Prüfdienstleistung EMV und die funktionale Sicherheit

Matthias Wirth, Phoenix Testlab: »Die allgemein in der EMV üblichen Bewertungskriterien für das Verhalten des Prüflings während einer Störfestigkeitsprüfung lassen sich nicht einfach auf Sicherheitsfunktionen übertragen.«
Matthias Wirth, Phoenix Testlab: »Die allgemein in der EMV üblichen Bewertungskriterien für das Verhalten des Prüflings während einer Störfestigkeitsprüfung lassen sich nicht einfach auf Sicherheitsfunktionen übertragen.«

Bei der Entwicklung von Geräten mit Sicherheitsfunktion sind vor allem die Richtlinien der elektromagnetischen Verträglichkeit zu beachten. Doch worauf kommt es dabei wirklich an? Den besten Überblick über die Besonderheiten der geforderten Tests haben Prüfdienstleister.

»Die Normensituation für EMV-Prüfungen von Geräten mit Sicherheitsfunktionen ist derzeit sehr unübersichtlich«, ist Matthias Wirth, Section Manager Test Laboratory EMC Industrial bei Phoenix Testlab überzeugt. »Verschiedene Produktnormen enthalten Anforderungen zu EMV und funktionaler Sicherheit, oder sie enthalten zumindest Empfehlungen dazu. In Zukunft wird jedoch die neue Fachgrundnorm ‚IEC 61000-6-7 - EMV-Störfestigkeit im Industriebereich für Geräte mit Sicherheitsfunktion‘ als Basis für EMV und funktionale Sicherheit dienen.«

Relevante Normen

In der Automatisierungstechnik gilt für Geräte mit Sicherheitsfunktion die IEC 61508 (»Funktionale Sicherheit elektrischer/elektronischer/programmierbar elektronischer sicherheitsbezogener Systeme«) als zentrale Norm. Sie enthält bezüglich EMV-Prüfungen lediglich den allgemeinen Hinweis, dass die Prüfungen mit erhöhtem Prüfpegel durchzuführen sind. Für die funktionale Sicherheit von Maschinen gibt es weitere Normen wie die DIN EN ISO 13849-1 (»Sicherheit in Maschinen – Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen«) und die DIN EN 62061 (»Sicherheit von Maschinen – funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Steuerungssysteme«). Die Anforderungen bezüglich der EMV-Prüfung stehen im informativen Anhang der EN 62061. Weitere wichtige Normen im Zusammenhang von EMV und funktionaler Sicherheit sind die DIN EN 61326-3-1 und EN 61326-3-2. 3-1 definiert Anforderungen für die Industrieumgebung, 3-2 die Anforderungen für die industrielle Anwendung in spezifizierter elektromagnetischer Umgebung. Die Ansätze zur Erreichung der funktionalen Sicherheit sind in diesen beiden Normen unterschiedlich: Im Teil 3-1 geht man von einer normalen Industrieumgebung aus und erhöht die Prüfpegel, während man beim Teil 3-2 die Prüfpegel belässt und die elektromagnetische Umgebung bezüglich ihres Störpotentials begrenzend spezifiziert.

Herausforderung: erhöhte Prüfpegel

»EMV-Normen zur funktionalen Sicherheit fordern in der Regel erhöhte Prüfpegel gegenüber der üblichen EMV-Prüfung nach Produkt- oder Fachgrundnorm«, erklärt Wirth. »Der Grund ist, dass es durch die EMV zu kritischen Ausfällen der Sicherheitsfunktion kommen kann. Wenn zum Beispiel ein sicherer Eingang zweikanalig ausgelegt ist, kann es durch EMV-Beeinflussung dazu kommen, dass beide Kanäle gleichzeitig gestört werden und es zum Ausfall der Sicherheitsfunktion kommt. Die Sicherheit für Mensch und Maschine wäre dann nicht mehr gewährleistet.«

Die Prüfung der erhöhten Pegel erfordert entsprechende Prüfeinrichtungen. Beispielsweise ist für die Erzeugung von 20 V/m homogener Feldfläche bei der Prüfung der Störfestigkeit gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern erheblich mehr Verstärkerleistung nötig, als für die üblichen 10 V/m Feldstärke. Auch Impulsgeneratoren für Burst- und Surge-Prüfungen müssen in der Lage sein, hohe Störpegel zu erzeugen.

»Geräte mit Sicherheitsfunktionen müssen immer in mehreren Betriebszuständen geprüft werden«, verdeutlicht Wirth und nennt die folgenden:

  1. Prüfung im aktiven Mode des Gerätes, Sicherheitsfunktion in Bereitschaft: Dieser Betriebszustand ist der übliche Betriebsfall, der bei jeder EMV-Prüfung zu prüfen ist. Aus Sicht der funktionalen Sicherheit ist dieser Betriebszustand unkritisch, weil es lediglich zu einer Fehlauslösung der Sicherheitsfunktion kommen kann. Eine Fehlauslösung beeinträchtigt die Verfügbarkeit des Gerätes, führt aber nicht zu unsicheren Zuständen. Die Verfügbarkeit des Gerätes ist vielmehr ein Qualitätsmerkmal. Es zeigt die Fähigkeit des Gerätes ein sicheres Ereignis eindeutig von einem Störsignal unterscheiden zu können.
  2. Prüfung im sicher abgeschalteten Zustand: Wenn ein Gerät sicher abgeschaltet wurde, darf es sich auf keinen Fall selbständig wieder einschalten. Auch unter Störbeeinflussung muss der sichere Zustand in jedem Fall gehalten werden.
  3. Auslösung der Sicherheitsfunktion unter Störbeeinflussung: Bei diesem Betriebszustand wird die Sicherheitsfunktion zyklisch ausgelöst. Hierbei soll sichergestellt werden, dass die Sicherheitsfunktion auch unter Störbeeinflussung stets verfügbar ist und korrekt funktioniert.