Leistungsindikatoren des SIS-Systems: PFD und PFH

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Wenn wir die Leistung von Sicherheitssteuerungssystemen (SIS) bewerten, verwenden wir in der Regel zwei Indikatoren: Einer davon ist die häufig verwendete Fehlerwahrscheinlichkeit bei Auftreten eines Bedarfs – sie wird als PFD bezeichnet. Der andere Indikator ist die PFH. PFH stammt ursprünglich aus der Version 1997 der nationalen Norm IEC61508 und bezeichnet die (gefährliche) Ausfallwahrscheinlichkeit pro Stunde. In der neueren Literatur wurde die Definition von PFH auf die Ausfallhäufigkeit bei gefährlichen Ausfällen pro Stunde geändert. Dann stellt sich die Frage: Unter welchen Umständen sollten wir PFD verwenden und unter welchen Umständen PFH? PFD yunrun.com.cn/product/2849.html 1. Niedrigfrequente und hochoffene Anforderungen Im grundlegenden internationalen Standard IEC61508 wird die PFD – in der Praxis meist als Durchschnittswert verwendet: PFDavg – als Maß für SIS definiert, die im Niedrigfrequenzbetrieb arbeiten. PFH hingegen wird für den Hochfrequenz- oder kontinuierlichen Betrieb verwendet. Nachfrage bezieht sich tatsächlich auf einige Ereignisse, auf die eine Reaktion seitens des SIS erforderlich ist. Falls SIS nicht rechtzeitig reagiert, können diese Ereignisse Schäden an Geräten, Personen, Fabriken und sogar der Umwelt verursachen. Dann stellt sich die neue Frage: Was genau ist ein Muster niedriger Nachfragedichte – und was sind Muster hoher sowie kontinuierlicher Nachfrage? IEC61508 gibt auch einige Leitlinien zur Unterscheidung zwischen Hochfrequenz- und Niedrigfrequenz-Bedarfsmustern: Niedrigfrequenz-Bedarfsmuster: Die Häufigkeit des Auftretens des Bedarfs ist geringer als einmal im Jahr ； Hochfrequentes Bedarfsmuster: Die Häufigkeit des Bedarfs liegt über einmal pro Jahr. 2. Grenzen des Modells Diese Methode der Einteilung ist sehr einfach und verständlich – außerdem leicht anzuwenden. Aber die Frage ist: Warum wählen wir ein Jahr als Trennlinie zwischen den Modellen für niedrige und hohe Frequenz, anstatt sechs Monate oder zwei Jahre? Wir können einige Anhaltspunkte in den Ausfallmustern und Wartungsstrategien des SIS finden. Obwohl viele moderne SIS-Systeme mittlerweile eine Selbstdiagnosefunktion haben, gibt es dennoch einige Fehler, die durch diese Diagnosefunktion nicht erkannt werden können. Sie müssen durch regelmäßige Funktionsprüfungen aufgedeckt und beseitigt werden. Diese sogenannten nicht erkannten Gefahren (DU)-Fehler sind die Hauptursache für Ausfälle von Sicherheitsinstrumentierungssystemen. Bei den Berechnungen zur Leistungsfähigkeit eines einfachsten einkanaligen SIS – beispielsweise eines geschlossenen Ventils – entspricht PFDavg dem Produkt aus der Ausfallrate von DU und der Hälfte der Zeit eines Funktionstests. Die Hälfte der Funktionstestzeit ist im Grunde genommen die durchschnittliche Stillstandsdauer des SIS. In solchen Berechnungen berücksichtigen wir den Einfluss der Nachfrage nicht – oder wir gehen davon aus, dass das defekte SIS vor dem Eintreffen der Nachfrage repariert werden kann. Das bedeutet, dass die Berechnung von PFDavg bis zu einem gewissen Grad auf der Annahme beruht, dass, falls ein DU-Ausfall auftritt, die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass das System bei dem nächsten Funktionstest und der Wartung repariert wird – im Vergleich zur Wahrscheinlichkeit, dass ein neuer Bedarf entsteht. Langfristig sollte die Häufigkeit der Funktionsprüfungen höher sein als die Häufigkeit der Anforderungen. In vielen Fällen erfolgt die Prüfung des SIS einmal jährlich; diese Häufigkeit kann daher als maximale erforderliche Frequenz angesehen werden, um die Gültigkeit der PFD-Berechnungen zu gewährleisten. Obwohl die Reparaturrate eines defekten SIS tatsächlich alle sechs Monate stattfindet, kann man von einem Wert von einmal im Jahr ausgehen – das ist ein relativ sicherer und klarer Wert, um hohe und niedrige Anforderungshäufigkeiten voneinander zu unterscheiden. 3. Bedeutung der Messgrößen Zudem weisen die beiden Messgrößen PFD und PFH auch einige Unterschiede in ihrer Bedeutung auf. PFDavg ist im langfristigen Zusammenhang der durchschnittliche Prozentsatz der Zeit, in dem das SIS seine Sicherheitsfunktionen nicht ausführen kann; daher kann es auch als durchschnittliche Unverfügbarkeit des Systems angesehen werden. PFH weist einige Ähnlichkeiten mit einer anderen in der Zuverlässigkeitsanalyse gebräuchlichen Größe auf, nämlich der Versagenstempo (ROCOF). Der PFH des Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt kann als die Rate des bedingungslosen Ausfalls dieses Systems angesehen werden. Langfristig gesehen ist die PFH die durchschnittliche Versagenstaktung des Systems. Daher können wir verstehen, warum IEC 61508 für PFD und PFH zwei verschiedene Standards für Sicherheitsklassen (SIL) vorsieht. Auf der Changhui-Instrumenten-Website gibt es weitere technische Artikel zu diesen Themen – man kann dort weiteres Wissen erlangen. 4. Praktische Anwendung: In den derzeit gängigen Softwareprogrammen zur Berechnung von SIL-Ebenen, wie zum Beispiel RiskCloud von Shanghai Goalue und ExSILentia von E*DA, kann man den gewünschten Modus über einen Dropdown-Button auswählen. http://yunrun.com.cn/upload/201912/25/201912250027444114.png Das Bild stammt aus der SIL-Bewertungssoftware von RiskCloud.
http://yunrun.com.cn/upload/201912/25/201912250027589183.png Das Bild stammt aus der SIL-Bewertungssoftware von ExSILentia