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IEC 61000-6-7

Geräte mit Sicherheitsfunktionen auf ihre EMV prüfen

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Geräte mit Sicherheitsfunktionen müssen immer in mehreren Betriebszuständen geprüft werden. Allgemein müssen die folgenden drei Betriebszustände beachtet werden:

  • 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, da 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.
  • Prüfung im sicher abgeschalteten Zustand: Wenn ein Gerät sicher abgeschaltet wurde (durch ein digitales Signal am sicheren Eingang), darf dieses auf keinen Fall selbständig wieder einschalten. Auch unter Störbeeinflussung muss der sichere Zustand in jedem Fall gehalten werden.
  • 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.

Einen sicheren Zustand bei einem Gerät garantieren

Motorbewegung: Die Drehzahlen werden berührungslos direkt an der Motorwelle gemessen
Motorbewegung: Die Drehzahlen werden berührungslos direkt an der Motorwelle gemessen
(Phoenix Testlab)
Die allgemein in der EMV üblichen Bewertungskriterien für das Verhalten des Prüflings während einer Störfestigkeitsprüfung können so nicht auf Sicherheitsfunktionen übertragen werden. Beispielsweise das Kriterium B (vorübergehende Beeinflussung der Funktion, selbsterholend) ist für Sicherheitsfunktionen nicht denkbar. Die EMV-Normen zur Funktionalen Sicherheit definieren daher ein neues Kriterium FS (Fail Safe, sicherer Zustand). Das bedeutet, dass ein Gerät mit Sicherheitsfunktion unter Störbeeinflussung entweder keine Reaktion zeigen darf (Kriterium A) oder in den sicheren Zustand geht und diesen nicht wieder verlässt (Kriterium FS).

Ein selbständiger, automatischer Wechsel von Betriebszuständen muss für Sicherheitsfunktion unbedingt ausgeschlossen werden. Das Kriterium FS gilt ebenfalls, wenn das Gerät oder Teile während der Störfestigkeitsprüfung beschädigt werden. Hier muss ebenfalls der sichere Zustand erreicht werden. Zum Beispiel darf ein digitaler Ausgang, dessen sicherer Zustand „0“ ist, bei Zerstörung nicht dauerhaft auf „1“ durchgeschaltet sein. Die Schaltung sollte so konstruiert sein, dass bei Zerstörung des Ausgangstransistors der Ausgang automatisch und dauerhaft den Zustand „0“ einnimmt.

Im Normengremien wird aktuell darüber diskutiert, das Kriterium FS in DS (Defined State) umzubenennen. Der Grund: Einige zu prüfende Komponenten verfügen über keine Sicherheitsfunktion und erst im Zusammenspiel mit anderen Komponenten wird eine sichere Funktion realisiert. Wichtig dabei ist, dass jede Komponente immer einen vom Hersteller spezifizierten definierten Zustand einnimmt, wenn sie auf äußere Störungen reagiert.

Ein abgestimmter Prüfplan spart Kosten

Wenn für eine Komponente mit integrierter Sicherheitsfunktion eine Zertifizierung (DGUV oder TÜV) angestrebt wird, ist es sinnvoll, schon in der Projektierungs- und Entwicklungsphase Kontakt zum Zertifizierer aufzunehmen. Hierbei sollte neben dem Konzept für Hardware- und Softwaredesign auch unbedingt die Prüfung der EMV abgestimmt werden. Einige Zertifizierer verlangen dafür einen Prüfplan, der vor Beginn der Prüfung durch den Hersteller ausgearbeitet und durch den Zertifizierer genehmigt wird. Erfahrene Prüflabors, wie Phoenix Testlab, können den Hersteller bei der Erstellung des Prüfplans aufgrund ihrer Expertise unterstützen. Der Prüfplan definiert die folgenden Punkte:

  • Prüfling und seine Funktion genau beschreiben
  • Betriebszustände des Prüflings, die bei der EMV-Prüfung abzuprüfen sind
  • Durchzuführende Prüfungen und anzuwendende Prüfpegel
  • Art (geschirmt, verdrillt) und Länge der anzuschließenden Leitungen
  • Den Prüfling während der Prüfung überwachen (Monitoring)

Ein Prüfplan hat für alle Seiten Vorteile: Der Hersteller erarbeitet ein Konzept für die Prüfung und kann das Gerätedesign darauf abstimmen. Der Zertifizierer prüft bereits vor der Prüfung, ob der Prüfumfang und das Monitoring ausreichend sind. Hierbei kann der Zertifizierer unabhängig von der angewendeten Norm weitere Betriebszustände oder Prüfbedingungen fordern, wenn es für das zu prüfende Gerät notwendig ist. Das Prüflabor bekommt detaillierte Informationen, wie die Prüfung durchzuführen ist.

Durch die Abstimmung des Prüfplans vor der Prüfung werden alle beteiligten Parteien frühzeitig ins Boot geholt und Vereinbarungen getroffen, nach denen sich alle richten können. Damit werden Missverständnisse vermieden und ein reibungsloser Prüf- und Zertifizierungsdurchlauf gewährleistet. Ein abgestimmter Prüfplan erfordert im Vorfeld der Prüfung zwar etwas Mehraufwand, rechnet sich aber in jedem Fall für den Hersteller, da Verzögerungen oder erhöhte Kosten durch zusätzliche Nachprüfungen minimiert werden.

Detaillierte Informationen zum Prüfvorgang

Besonderes Augenmerk sollte auf das Monitoring gelegt werden. EMV-Störfestigkeitsprüfungen beurteilen die Funktionen des Prüflings unter EMV-Beeinflussung. Wenn Überwachungsgeräte ebenfalls der Störbeeinflussung unterliegen (bei der Bestrahlung mit elektromagnetischen Feldern), muss der Nachweis über deren Störfestigkeit erbracht werden. Ansonsten kann bei Fehlfunktionen nicht eindeutig ermittelt werden, ob der Prüfling oder das Überwachungssystem Ursache dieser Fehlfunktion war. Der Nachweis kann dadurch erfolgen, dass eine Vorprüfung des Überwachungssystems ohne Prüfling erfolgt. Zum Beispiel kann für die Prüfung eines Antriebsreglers eine Überwachung der Drehzahl am angeschlossenen Motor erfolgen.

Dieses Überwachungssystem kann eine Drehzahlabweichung im aktiven Modus und den Stillstand im sicher abgeschalteten Modus detektieren. Optische Systeme direkt an der Motorachse haben sich dabei bewährt. Bei der Bestrahlung mit elektromagnetischen Feldern ist das optische System ebenfalls dem Feld ausgesetzt, so dass eine ausreichende Störfestigkeit des Systems durch eine Vorprüfung sicherzustellen ist.

Die Überwachung sollte genau dort angesetzt werden, wo es durch Fehlfunktionen zu unsicheren Zuständen kommen kann. Am Beispiel der Drehzahlüberwachung bei der Prüfung eines Antriebsreglers ist das die Motorwelle. Es genügt daher nicht, die Drehzahl am Display des Antriebsreglers zu überwachen. Durch EMV-Beeinflussung könnte die Displayanzeige gestört sein.

Das Prüflabor führt die Prüfung normgerecht durch und gibt dem Zertifizierer detaillierte Informationen zur durchgeführten Prüfung. Der Prüfbericht muss daher insbesondere eine umfangreiche Fotodokumentation der Prüfaufbauten sowie eine detaillierte Beschreibung möglicher Fehlfunktionen des Prüflings enthalten. Gerade die Reaktionen, die der Prüfling während der Prüfung zeigt, sind die Punkte, die der Zertifizierer mit dem Hersteller diskutieren und abschließend bewerten muss.

* Matthias Wirth ist Section Manager Test Laboratory EMC Industrial bei Phoenix Testlab in Blomberg.

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