Was ist eine Safety-SPS und wann wird sie benötigt?

Eine Safety-SPS (Sicherheits-SPS) ist eine speziell zertifizierte speicherprogrammierbare Steuerung, die nicht nur Produktionsprozesse steuert, sondern gleichzeitig sicherheitsgerichtete Funktionen übernimmt und dabei definierte Sicherheitsintegritätslevel (SIL) oder Performance Level (PL) erfüllt. Sie wird immer dann benötigt, wenn Maschinen oder Anlagen Gefährdungspotenziale für Personen, Umwelt oder Sachwerte aufweisen und die Risikobeurteilung eine sicherheitsgerichtete Steuerungsfunktion fordert. Die folgenden Abschnitte beantworten die wichtigsten Fragen rund um Einsatz, Anforderungen und Integration der Safety-SPS.

Wie unterscheidet sich eine Safety-SPS von einer Standard-SPS?

Eine Safety-SPS unterscheidet sich von einer Standard-SPS vor allem durch ihre zertifizierte Fähigkeit, auch bei internen Fehlern einen sicheren Zustand zu erreichen und zu halten. Während eine normale SPS primär auf Verfügbarkeit und Funktion ausgelegt ist, muss eine Sicherheits-SPS nachweislich fehlersicher arbeiten und dafür normativ anerkannte Diagnose- und Redundanzmechanismen bereitstellen.

Konkret bedeutet das: Eine Safety-SPS führt in der Regel eine zyklische Selbstdiagnose durch, prüft ihre eigene Hardwareintegrität und vergleicht interne Berechnungsergebnisse über redundante Kanäle. Typische Merkmale sind:

Redundante Prozessoren oder Kanäle, die Ergebnisse gegenseitig überwachen
Watchdog-Funktionen, die bei Programmfehlern automatisch abschalten
Zertifizierte Sicherheitsbibliotheken für Standardfunktionen wie Not-Halt oder Schutztürüberwachung
Getrennte Speicherbereiche für sicherheitsrelevante und nicht sicherheitsrelevante Programmteile
Normkonforme Dokumentation und Zertifizierung nach IEC 61508 oder IEC 62061

Eine Standard-SPS kann zwar dieselben Sensoren und Aktoren ansteuern, aber sie ist nicht darauf ausgelegt, systematische Fehler oder Hardwareausfälle so zu behandeln, dass ein sicherer Zustand garantiert bleibt. Für sicherheitskritische Aufgaben ist sie daher normativ nicht zulässig.

Wann ist der Einsatz einer Safety-SPS gesetzlich vorgeschrieben?

Der Einsatz einer Safety-SPS ist immer dann gesetzlich oder normativ vorgeschrieben, wenn eine Risikobeurteilung ergibt, dass eine sicherheitsgerichtete Steuerungsfunktion einen bestimmten SIL oder PL erreichen muss, der mit einer Standard-SPS nicht erreichbar ist. Die Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) sowie die ab 2027 gültige Maschinenverordnung (EU) 2023/1230 verpflichten Maschinenhersteller grundsätzlich zur Risikobeurteilung.

Konkrete Situationen, in denen eine Sicherheits-SPS typischerweise erforderlich wird:

Maschinen mit automatischem Anlauf, bei denen Personen in den Gefahrenbereich eingreifen können
Roboterzellen und kollaborative Roboteranwendungen
Pressen, Stanzen oder andere Anlagen mit hohem Quetsch- oder Schnittrisiko
Anlagen in der Prozessindustrie, die unter IEC 61511 (funktionale Sicherheit für die Prozessindustrie) fallen
Aufzüge, Fördertechnik und Krane mit Personengefährdung

Entscheidend ist nicht die Branche allein, sondern das Ergebnis der Gefährdungsbeurteilung. Ergibt diese, dass eine Sicherheitsfunktion SIL 1 oder höher bzw. PL c oder höher erreichen muss, ist eine zertifizierte Sicherheits-SPS in der Regel die wirtschaftlichste und normkonforme Lösung.

Welche Sicherheitsfunktionen kann eine Safety-SPS übernehmen?

Eine Safety-SPS kann ein breites Spektrum sicherheitsgerichteter Funktionen direkt übernehmen, ohne dass zusätzliche externe Sicherheitsrelais oder -module erforderlich sind. Sie verarbeitet die Signale sicherheitsrelevanter Sensoren und steuert Aktoren so, dass die Maschine bei Gefahr zuverlässig in einen sicheren Zustand überführt wird.

Typische Sicherheitsfunktionen, die eine Safety-SPS realisiert:

Not-Halt (STO, Safe Torque Off): Abschalten des Antriebsmoments ohne mechanische Bremse
Schutztürüberwachung: Erkennung von Schutzeinrichtungen und sicheres Sperren des Wiederanlaufs
Sicherheitslichtgitter und Laserscanner: Auswertung von Personenschutzeinrichtungen
Zweihandsteuerung: Gleichzeitiges Betätigen beider Hände als Freigabebedingung
Sichere Drehzahl- und Positionsüberwachung (SLS, SLP): Begrenzen von Geschwindigkeit und Position im Einrichtbetrieb
Muting-Funktionen: Temporäres Überbrücken von Schutzeinrichtungen für Materialtransport

Der entscheidende Vorteil gegenüber klassischen Sicherheitsrelais liegt in der Flexibilität: Sicherheitsfunktionen lassen sich softwareseitig anpassen, ohne die Hardware zu ändern, sofern die Zertifizierung und Validierung entsprechend dokumentiert wird.

Was bedeuten SIL und PL im Kontext der Safety-SPS?

SIL (Safety Integrity Level) und PL (Performance Level) sind die beiden zentralen Kenngrößen, mit denen beschrieben wird, wie zuverlässig eine sicherheitsgerichtete Funktion Gefährdungen reduziert. SIL stammt aus der IEC 61508 und IEC 62061, PL aus der EN ISO 13849-1. Beide Systeme beschreiben dasselbe Grundprinzip, nutzen aber unterschiedliche Berechnungsmethoden.

Safety Integrity Level (SIL)

SIL wird in vier Stufen angegeben (SIL 1 bis SIL 4). Je höher der SIL, desto geringer darf die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls pro Stunde (PFH) sein. SIL 1 erlaubt eine PFH von bis zu 10^-5, SIL 3 fordert weniger als 10^-7. Für Maschinen ist SIL 4 praktisch nicht relevant; der Bereich SIL 1 bis SIL 3 deckt nahezu alle industriellen Anwendungen ab. Die Norm IEC 62061 beschreibt konkret, wie elektrische Steuerungssysteme für Maschinen diesen Level nachweisen.

Performance Level (PL)

PL wird in fünf Stufen angegeben (PL a bis PL e). PL e entspricht dabei in etwa SIL 3. Die EN ISO 13849-1 nutzt zur Berechnung neben der mittleren Zeit bis zum gefährlichen Ausfall (MTTF_d) auch die Diagnosedeckung (DC) und die Kategorie der Steuerungsarchitektur. Für die Praxis bedeutet das: Wer PL d oder PL e nachweisen muss, kommt in der Regel nicht ohne eine zertifizierte Safety-SPS aus.

Zur Bewertung und Berechnung dieser Kenngrößen wird in der Praxis häufig das Software-Tool SISTEMA eingesetzt, das vom IFA (Institut für Arbeitsschutz) kostenlos bereitgestellt wird und die Anforderungen der EN ISO 13849-1 abbildet.

Wie wird eine Safety-SPS in eine bestehende Anlage integriert?

Die Integration einer Safety-SPS in eine bestehende Anlage folgt einem strukturierten Prozess, der mit einer aktualisierten Risikobeurteilung beginnt und mit der Validierung der implementierten Sicherheitsfunktionen endet. Eine Nachrüstung ist technisch möglich, erfordert aber sorgfältige Planung, um Normkonformität sicherzustellen.

Die wesentlichen Schritte bei der Integration sind:

Gefährdungsbeurteilung aktualisieren: Welche Sicherheitsfunktionen werden benötigt, welchen SIL oder PL müssen sie erreichen?
Sicherheitskonzept erstellen: Festlegen der Sicherheitsarchitektur, Auswahl der Sensoren, Aktoren und der Safety-SPS-Plattform
Hardware dimensionieren und verdrahten: Sicherheitsrelevante Ein- und Ausgänge getrennt von der Standardsteuerung führen
Sicherheitsprogramm entwickeln und verifizieren: Programmierung mit zertifizierten Sicherheitsbausteinen, interne Verifikation durch Vier-Augen-Prinzip
Validierung und Abnahme: Funktionstest aller Sicherheitsfunktionen unter realen Bedingungen, Dokumentation nach Norm
Schulung des Bedienpersonals: Mitarbeiter müssen die Sicherheitsfunktionen und deren Grenzen kennen

Wichtig: Bei einer Nachrüstung gilt die Anlage nach Änderung als wesentlich verändert, was eine erneute Konformitätsbewertung nach Maschinenrichtlinie auslösen kann. Dieser Aspekt sollte frühzeitig mit dem zuständigen Fachplaner geklärt werden. Wer Steuerungs- und Automatisierungstechnik als Gesamtpaket beauftragt, profitiert davon, dass Sicherheitskonzept, Programmierung und Inbetriebnahme aus einer Hand kommen.

Welche Hersteller und Plattformen sind für Safety-SPS-Lösungen verbreitet?

Auf dem Markt für Safety-SPS-Lösungen haben sich einige wenige Plattformen als industrieller Standard etabliert. Die Wahl der Plattform hängt von der bestehenden Automatisierungsinfrastruktur, dem geforderten Sicherheitslevel und den verfügbaren Engineeringtools ab.

Zu den verbreitetsten Herstellern und Plattformen zählen:

Siemens: Die S7-1500F und S7-300F sind weit verbreitet und lassen sich nahtlos in das TIA-Portal-Engineering integrieren. Siemens bietet zertifizierte F-Bibliotheken für gängige Sicherheitsfunktionen.
Pilz: PSS 4000 und PNOZmulti sind besonders in der Maschinensicherheit etabliert, mit starkem Fokus auf einfache Parametrierung ohne aufwendige Programmierung.
Rockwell Automation (Allen-Bradley): GuardLogix-Plattform, weit verbreitet in nordamerikanischen Produktionsumgebungen und bei internationalen Fertigungslinien.
Beckhoff: TwinSAFE ermöglicht sicherheitsgerichtete Funktionen auf Basis von PC-basierter Steuerungstechnik, interessant für flexible und softwareintensive Anwendungen.
Schmersal, SICK, Hima: Spezialisierte Anbieter für bestimmte Branchen oder besonders hohe SIL-Anforderungen (SIL 3).

Herstellerunabhängige Planung ist dabei ein wichtiger Faktor: Nicht jede Plattform passt zu jeder Anlagenumgebung. Eine sorgfältige Auswahl auf Basis der konkreten Anforderungen, der vorhandenen Infrastruktur und der Lebenszykluskosten ist entscheidend für eine wirtschaftliche und normkonforme Lösung.

Wie KSV bei der Umsetzung von Safety-SPS-Projekten unterstützt

Wir bei KSV begleiten Safety-SPS-Projekte von der ersten Gefährdungsbeurteilung bis zur normenkonformen Abnahme und Mitarbeiterschulung. Dabei bringen wir langjährige Erfahrung in der funktionalen Sicherheit und der industriellen Automatisierungstechnik zusammen. Unser Ansatz ist herstellerunabhängig, sodass wir die jeweils passende Plattform für Ihre Anforderungen auswählen.

Was wir konkret leisten:

Erstellung und Bewertung von Sicherheitskonzepten und Gefährdungsbeurteilungen
Berechnung und Nachweis von SIL und PL mit dem Tool SISTEMA
Planung, Fertigung und Programmierung von Sicherheitssteuerungen auf Basis führender Plattformen
Integration von Safety-Funktionen in bestehende Anlagen und Steuerungsarchitekturen
Validierung, Abnahme und vollständige normkonforme Dokumentation
Schulung Ihrer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter im Umgang mit den implementierten Sicherheitsfunktionen

Ob Neuprojekt oder Nachrüstung einer bestehenden Anlage: Sprechen Sie uns an. Wir analysieren Ihre Anforderungen, entwickeln das passende Sicherheitskonzept und setzen es zuverlässig um.