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Funktionale Sicherheit

Damit es nicht knallt: Jumo Safety Performance hilft durch Normen-Dschungel

| Autor/ Redakteur: Matthias Garbsch* / Sariana Kunze

SIL und PL gewinnen in der Prozessindustrie und im Maschinen- und Anlagenbau immer mehr an Bedeutung. Doch wie findet man im „Dschungel der Normen“ die passende Lösung für eine gewünschte Applikation? Jumo bündelt deshalb seine Produkt- und Lösungskompetenz in der Marke Jumo Safety Performance (JSP).

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Funktionale Sicherheit und Explosionsschutz: Mit Jumo Safety Performance ist eine zertifizierte Messkettenabsicherung bis SIL 3/PL e möglich.
Funktionale Sicherheit und Explosionsschutz: Mit Jumo Safety Performance ist eine zertifizierte Messkettenabsicherung bis SIL 3/PL e möglich.
(Bild: Jumo)

Als sich im norditalienischen Ort Seveso im Jahr 1976 ein dramatischer Giftgasunfall ereignete war das der Auslöser einer Entwicklung, deren Ergebnisse heute unter den Begriffen „Funktionale Sicherheit“ oder „SIL“ (Safety Integrity Level) bekannt sind. Damals kam es in einer Anlage, die weder über automatische Kühlsysteme noch über Warnanlagen verfügte, zu einer folgenschweren Überhitzungsreaktion und der Freisetzung großer Mengen von Dioxin. 200.000 Menschen mussten ärztlich behandelt sowie rund 70.000 Tiere notgeschlachtet werden.

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Als Folge dieser Katastrophe wurde die Verschärfung der Gesetze und Verordnungen zum Schutz von Menschen, Lebewesen und Umwelt beschlossen. Erstes Ergebnis war die im Jahr 1998 veröffentlichte Norm IEC 61508 „Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer programmierbarer Systeme“, die seit 2002 als EN 61508 angewendet wird. Diese Norm definierte zum ersten Mal umfassend die Sicherheitsanforderungen in der Automatisierungstechnik. Während sich die IEC 61508 in erster Linie an die Hersteller von Komponenten für Schutzeinrichtungen richtet, ist die IEC 61511 „Funktionale Sicherheit – Sicherheitstechnische Systeme in der Prozessindustrie“ für Betreiber und Planer von Schutzeinrichtungen relevant. Die IEC 61511 gibt Empfehlungen und Vorgaben zur Beurteilung des Schadenrisikos von Anlagen und unterstützt bei der Auswahl geeigneter, sicherheitsgerichteter Komponenten. Ziel all dieser Normen ist es, das Risiko auf ein vertretbares Maß zu reduzieren. Die Schwierigkeit bei SIL und PL (Performance Level) liegt im Detail. Eine SIL-Kennzeichnung auf einem Sensor lässt keine Rückschlüsse darauf zu, welches Maß an Risikoreduzierung beim Einsatz in einer Anlage erreicht werden kann. Denn bei SIL und PL muss immer die komplette Messkette mit allen Komponenten bewertet und berechnet werden. Das ist in der Regel mit einem erheblichen Zeitaufwand verbunden. Gleichzeitig wird vom Anwender ein enormes Fachwissen gefordert. Hierfür bietet Jumo Safety Performance eine Lösung. Unter diesem Markennamen sind alle Produkte und Dienstleistungen von Jumo zu den Themen SIL und PL zu finden.

SIL-Messkette bereits berechnet

Bei SIL steht die Bewertung der Sicherheitskette im Vordergrund. Diese Sicherheitskette besteht typischerweise aus Sensor, Steuerung und Aktor. Grundsätzlich sind sicherheitsgerichtete Varianten durch zwei Herangehensweisen realisierbar. So können Anwender auf eine speicherprogrammierbare Sicherheitssteuerung setzen. Diese Lösung eignet sich besonders für den Sonderanlagenbau mit Prozessleitsystem und zeichnet sich durch funktionelle Anwendungen sowie eine höhere Signaldichte und -anzahl aus. Allerdings sind hier umfangreichere Programmieranwendungen nötig und die Ein- und Ausgänge sind an Kartentypen und Mehrkanaligkeit gebunden. Die Investitionskosten unterscheiden sich dabei je nach Kanalanzahl und dem Softwareaufwand. Darüber hinaus muss jede Applikation separat nach SIL berechnet und bewertet werten. Realisierbar sind auf diesem Weg Lösungen bis zu SIL 4. Als alternative Variante bietet Jumo für die Messgröße Temperatur eine kompakte einkanalige Sicherheitssteuerung mit wählbaren redundanten Eingangssignalen für Einheitssignale und Temperatursensoren an, mit der SIL 3 oder PL e realisiert werden können. Bei einer Kombination aus dem Sicherheitstemperaturbegrenzer/-wächter Jumo Safety M und berechneter Jumo-Sensorik ist die gesamte SIL-Messkette aus Sensor, Steuerung und Aktor bereits berechnet und wird mit einer entsprechenden Herstellererklärung geliefert. Da keine aufwendige Steuerung zum Einsatz kommt, sind für die Inbetriebnahme keinerlei Programmierkenntnisse nötig. Jumo Safety M STB/STW Ex ist auch für ATEX-/IECEx-/EAC-Anwendungen geeignet und erfüllt die Druckgeräte und Maschinenrichtlinie. Zudem kann diese Lösung mit nahezu allen Temperaturfühlervarianten des Unternehmens realisiert werden. Auch für weitere Messgrößen wie Druck, Füllstand oder Durchfluss bietet Jumo SIL- und PL-geeignete Lösungen an. Aber auch die Kontrolle von Pumpen, Überfüllabschaltungen oder Extruder-Überwachungen sind möglich. Weitere Jumo-Produkte, die ab sofort in signalgelber JSP-Variante angeboten werden, sind der 2-Kanal-Temperaturmessumformer Jumo dTrans T07, der Ex-i Speise- und Eingangstrennverstärker, das explosionsgeschützte Aufbauthermostat Jumo exTherm-AT sowie der Vierdrahtmessumformer Jumo dTrans T06.

Grenzwertabschaltung bis SIL 3 realisierbar

Besonders in der chemischen Industrie hat die Drucküberwachung in Tankanlagen eine besonders hohe sicherheitstechnische Relevanz. Kernstück einer Jumo-Lösung hierfür ist der Safety M STB/STW. Dieser Sicherheitsbegrenzer/-wächter nach DIN EN 1459 hat die primäre Aufgabe, Prozesse zuverlässig zu überwachen und die Anlagen bei Störung in den betriebssicheren Zustand zu versetzen. Eine Grenzwertüberschreitung wird von eingebauten LED K1 und K2 (rot) für jeden Kanal signalisiert und der eingebaute Relaisausgang-Alarm schaltet die Anlage in einen betriebssicheren Zustand (Alarmbereich).

Die hohen Anforderungen der DIN EN 61508 und der DIN EN 13849 werden durch ein Gerätekonzept erfüllt, dessen 1oo2D-Struktur das sichere Erkennen von Fehlern gewährleistet und somit auch bei Anwendungen, die der neuen Maschinenrichtlinie 2006/ 42/EG unterliegen, eingesetzt werden kann. Da der Messwert am Analogeingang über verschiedene Fühler oder Einheitssignale erfasst werden kann, eignet sich der Sicherheitsbegrenzer/-wächter auch zur Drucküberwachung. Hierzu werden zwei Differenzdruckmessumformer über zwei Ex-i Speise-/Eingangstrennverstärker (Typ 707530) mit dem Jumo Safety M verbunden. Bereits mit dieser Lösung ist eine Grenzwertabschaltung bis SIL 3 für eine eingestellte Niveauhöhe realisierbar. So ist eine einkanalige Sicherheitssteuerung mit wählbaren redundanten Eingangssignalen für Einheitssignale und Temperatursensoren verfügbar. Die Konfiguration erfolgt mit der Hilfe der Gerätesoftware. Der Jumo Safety M kann darüber hinaus an das Mess,- Regel- und Automatisierungssystem Jumo mTron T angebunden werden. Hierzu wird entweder das Binärsignal des Voralarms oder das analoge Ausgangssignal verwendet. Weitere SIL-Lösungen sind beispielsweise die Temperaturüberwachung in Wärmebehandlungsanlagen, die Überwachung von Pumpen, Überfüllabschaltungen oder Extruder-Überwachungen.

Tipp: Anwendertreff Maschinensicherheit Erfahren Sie auf dem Anwendertreff Maschinensicherheit, wie Sie die funktionale Sicherheit Ihrer Maschinen und Anlagen normengerecht gewährleisten: Der Kongress unterstützt Konstrukteure, Entwickler, Hersteller und Betreiber dabei, die funktionale Sicherheit ihrer Maschinen und Anlagen so zu gestalten, dass sie den Anforderungen der Maschinenrichtlinie genügt, auch in einer smarten Fabrikumgebung.
Mehr Infos: Anwendertreff Maschinensicherheit

* Matthias Garbsch, Produktmanager Safety, Jumo

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