Sicherheits- und Medien- technik für die Allianz ... - Siemens

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Modellbasierte Analyse
Die modellbasierte Analyse
der Verfügbarkeit von Brandmeldeanlagen
geht von einem
charakteristischen Brandmeldesystem
(Fire Detection
System) aus. Diese beispielhaft
angenommene Anlage
besteht aus (siehe Abb.4)
■ 3 Baugruppen, jeweils
bestehend aus einem Line
Module (optional redundant
gedoppelt) mit je 4 Loops,
von denen wiederum jeder
2 Abschnitte mit 28 automatischen
und 3 manuellen
Meldern sowie einer Steuergruppe
mit 4 I/O-Elementen
und 4 Alarmtongebern hat
■ 1 Master Module (optional
redundant gedoppelt)
■ 1Control Module Driver I/O
■ 1 Power Supply Module
(optional redundant
gedoppelt)
■ 1 Bedienfeld (optional
redundant gedoppelt).
Abbildung 6: Instandhaltung und Modernisierung
■ Im Laufe der Betriebsdauer
wird ein System
gestresst (Umwelt …)
■ Umgebungs- und
Nutzungsänderungen
■ Bauteilewerte
verschieben sich
■ Ende der Produkt-
Lebensdauer
Alarm – Nr.24/2007
10
Verfügbarkeit einer BMA mit
– 1000 Feldelementen
ohne Systemredundanz
99,9702 %
2,61 h/a nicht verfügbar
– 1000 Feldelementen
mit Systemredundanzen
99,9889 %
0,97 h/a nicht verfügbar
Einzelgerät mit MTBF-Angabe
„M von N Gatter“
für Redundanzgrad
Teilfehlerbaum mit
berechneter MTBF
Abbildung 5: Verfügbarkeit von Brandmeldeanlagen – theoretisch-mathematische Ableitung
Die so spezifizierte Gesamtanlage
mit 3 Baugruppen
umfasst also 744 Melder,
96 I/O-Elemente und 96
Alarmtongeber.
Insgesamt vier der Systemkomponenten
lassen sich
optional redundant ausführen:
Master Module, Power
Supply Module, Bedienfeld
und Line Module der Baugruppe.
Die redundante Ausführung
wird in der entsprechenden
Systemarchitektur
jeweils mit „D“gekennzeichnet,
die einfache Ausführung
mit „E“. Für die Praxis ist
insbesondere ein Vergleich
der Varianten EEEE (keine
Komponente ist redundant
ausgeführt) und DDDE (alle
Komponenten bis auf das
Bedienfeld sind redundant
ausgeführt) relevant.
Die so beschriebene charakteristische
Brandmeldeanlage
Folgende Ursachen verschlechtern die Verfügbarkeit im Laufe der Zeit:
■ Auslaufen von Ersatzteilen
■ Wachsende Häufung
von Stör- und Ausfällen
■ Neue Technologien
■ Höhere Anforderungen
an Funktionalität
Instandhaltung und Modernisierung
verlängert die Lebensdauer eines
Systems.
Fazit
Eine maximale Verfügbarkeit
ist eine ganz
wesentliche Anforderung
an leistungsfähige Brandmeldeanlagen.
Zwei von
ZVEI und Siemens durchgeführte
Studien zur Verfügbarkeit
von Brandmeldeanlagen
ergaben auf
dem empirischen Weg ein
Ergebnis von 99,9 Prozent
und mit modellbasierter
Berechnung einen Wert
zwischen 99,9702 Prozent
und 99,9943 Prozent.
Diese Zahlen überzeugen,
wird für die Fragestellung
der Verfügbarkeit als physikalisches
System angesehen
und in diesem Sinn definiert
als eine Gruppe von technischen
und organisatorischen
Elementen zur Erfüllung
einer komplexen Aufgabe.
An jedem Punkt können
Fehler auftreten, deren Auswirkungen
auf die Systemfunktion
anhand eines sogenannten
Fehlerbaums
analysiert werden (siehe
Abb.5).
Die Fehlerbaumanalyse
(engl. Fault Tree Analysis)
ist ein mathematisches Verfahren,
um die Wahrscheinlichkeit
eines Systemausfalls
zu bestimmen. Sie ergibt
für das untersuchte prototypische
Brandmeldesystem
eine Verfügbarkeit zwischen
99,9702 Prozent für die
Variante EEEE und 99,9943
Prozent für DDDD (alle Kom-
Verfügbarkeit
auch in ihrer Übereinstimmung.
Jedoch gelten
diese positiven Ergebnisse
nur unter besonderen,
für Siemens-Kunden allerdings
selbstverständlichen
Bedingungen: Die Voraussetzung
für eine maximale
Verfügbarkeit sind
hochwertige und regelmäßig
durch qualifizierte
Fachfirmen gewartete
Brandmeldeanlagen, die
alle technischen Möglichkeiten
zur Optimierung
der Betriebssicherheit
nutzen.
ponenten sind redundant
ausgeführt), entsprechend
einer Nicht-Verfügbarkeit
zwischen 0,5 und 2,61 Stunden
pro Jahr.
Schlussfolgerungen
und Blick in die Zukunft
Die gute Übereinstimmung
von empirisch ermittelten
und modellbasierten Werten
zur Verfügbarkeit von Brandmeldeanlagen
fällt sofort ins
Auge. Für beide Ergebnisse
gilt gleichwohl, dass sie auf
besonders hochwertigen
Brandmeldeanlagen als Datengrundlage
basieren. Nur
diese bieten überhaupt die
Möglichkeit von redundant
ausgeführten Komponenten
wie bei den hier untersuchten
Varianten. Und selbstverständlich
setzt eine hohe
Verfügbarkeit auch optimal
instand gehaltene und regelmäßig
modernisierte Anlagen
voraus (siehe Abb.6).
0 5 10 15 20 25 30 35 Jahre
1
2
1
1
mit Instandhaltung 1 ohne Instandhaltung
mit Modernisierung 2 ohne Modernisierung
2
2