In Branchen wie der Land- und Baumaschinenindustrie ist die Gewährleistung der funktionalen Sicherheit von Mensch-Maschine-Schnittstellen (HMI) unerlässlich. Mit SAFETY TOUCH® können wir Touchdisplays gemäß Performance Level d realisieren, die diese strengen Anforderungen erfüllen. Was das konkret bedeutet, und warum dies für einen sicheren Betrieb entscheidend ist, erfahren Sie hier. Dieser Beitrag befasst sich mit dem PL d, den Anforderungen nach DIN EN ISO 13849 und ISO 25119 und den Herausforderungen bei der Umsetzung eines sicherheitsrelevanten Touchsystems.
Wofür steht der Performance Level (PL)
Der Performance Level (PL) ist ein Maßstab für die Zuverlässigkeit sicherheitsrelevanter Funktionen von Steuer- und Bediensystemen. Er wird definiert in der für die Sicherheit von Maschinen maßgeblichen DIN EN ISO 13849-1 sowie in der ISO 25119, welche die funktionale Sicherheit von elektronischen Systemen in land- und forstwirtschaftlichen Maschinen regelt.
Die Klassifizierung des PL erfolgt in fünf Stufen von PL a bis PL e, wobei PL a die niedrigste und PL e die höchste Sicherheitsstufe darstellt. Bei der Einteilung werden drei Schlüsselfaktoren berücksichtigt:
- Hardwarekategorie (1-4) – Systemarchitektur und Redundanz
- Diagnosedeckungsgrad (DC) – Fähigkeit, Ausfälle zu erkennen
- Mean Time to Dangerous Failure (MTTFd) – erwartete Lebensdauer des Systems, bevor ein gefährlicher Fehler auftritt
Um den PL d zu erreichen, muss ein System folgende Kriterien erfüllen:
- Eine Systemarchitektur, die eine Fehlererkennung und einen ausfallsicheren Betrieb gewährleistet
- Einen Diagnosedeckungsgrad (DC) von >90%
- Eine hohe MTTFd (typischerweise >100 Jahre für elektronische Komponenten)
Herausforderungen für die Entwicklung PL d-konformer Touchscreens
Im Gegensatz zu herkömmlichen Sicherheitskomponenten wie Not-Aus-Tasten oder redundanten Sensoren ist die Konstruktion eines Safety Touchscreen mit speziellen Herausforderungen verbunden:
1. Gewährleistung einer zuverlässigen Berührungserkennung
Konventionelle kapazitive Touchscreens bieten nicht die erforderliche Sicherheit, da es ihnen an Redundanz bei der Eingabeerkennung mangelt. SAFETY TOUCH® überwindet dieses Problem, indem es eine überwachte Berührungserkennung implementiert. Sie überprüft die Benutzereingabe mit Hilfe mehrerer Erfassungsmechanismen in Kombination mit einer Krafterkennung, um zuverlässig zwischen beabsichtigten, auszuführenden Touchbefehlen und versehentlichen Berührungen des Touchdisplays zu unterscheiden.
2. Überprüfung der Anzeige und Integritätskontrolle
Eine fehlerhafte Displayanzeige mit falschen Inhalten kann zu Fehlbedienungen mit gefährlichen Konsequenzen führen. Um dies zu verhindern, verfügt SAFETY TOUCH® über eine optische und elektrische Überwachung, die LCD-Fehler und Bildschirmausfälle erkennt. Darüber hinaus stellt eine Integritätsprüfung des Inhalts sicher, dass stets die richtigen Informationen angezeigt werden.
3. Diagnoseumfang und Fehlererkennung
Eine komplett redundant ausgelegte Hardware-Architektur ist für Touchscreens schwer realisierbar. Daher muss der erforderliche Sicherheitsgrad durch geeignete Diagnosemaßnahmen und Fehlererkennung gewährleistet werden. Ein PL d-konformes System erfordert einen Diagnosedeckungsgrad von über 90%. Das bedeutet, dass mehr als 90% der potenziell gefährlichen Fehler vom System erkannt werden müssen. Durch eine systematische Fehlermöglichkeits-, Einfluss- und Diagnoseanalyse (FMEDA) lassen sich potenzielle Fehlerquellen des Systems identifizieren. So kann jeder mögliche Fehler nach Schwere und Häufigkeit bewertet werden. Aus dieser Analyse werden geeignete Korrektur- und Diagnosemaßnahmen abgeleitet, um die Zuverlässigkeit des Systems zu verbessern und die PL d-Anforderungen zu erfüllen. SAFETY TOUCH® erreicht eine hohe Diagnoseabdeckung durch:
Funktionsstörungserkennung und Fehlerberichte in Echtzeit für eine schnelle Fehlerbehandlung und einen sicheren Betrieb
Hochentwickelte Algorithmen zur Unterscheidung zwischen beabsichtigter und unbeabsichtigter Touchbedienung
Kontinuierliche Selbsttests zur Überwachung des Zustands von LCD, Touchsensor und dessen Zuleitungen sowie des Touch-Controllers und der Kommunikationsschnittstelle
4. Kriterien für die Beständigkeit der Komponenten und die MTTFd
Für PL d muss die MTTFd eines Teil-Systems i.d.R. mehr als hundert Jahre betragen. Dies stellt eine Herausforderung für Touchscreens dar, die dauerhaft rauen Umgebungen, Vibrationen und Temperaturschwankungen ausgesetzt sind. SAFETY TOUCH® löst dieses Problem durch den Einsatz langlebiger Komponenten in Industriequalität. Die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit des Systems muss in intensiven Lebensdauertests geprüft und nachgewiesen werden.
