SIL und Ex, Hand in Hand

Ein gutes Beispiel für eine mit Trennstufen lange nicht bzw. nur mit separaten Fehlermeldekontakten zu lösende Aufgabe war: die lückenlose Überwachung von Signalen auf der Feldseite bei konventionellen Trennstufen für digitale Signale, wie z. B. die Auswertung von Näherungsschaltern mit Namur-Signalen sowie die Ansteuerung von Magnetventilen. Herkömmliche Trennstufen bieten zwar eine Diagnose auf Kurzschluss oder Unterbrechung der Feldverdrahtung – die Signalisierung ist jedoch häufig auf LED-Anzeige und den besagten separaten Fehlermeldekontakt an der Trennstufe begrenzt. Die nachgeschaltete Steuerungstechnik in Form einer Sicherheits-SPS konnte zum Beispiel den Unterschied zwischen Schaltzustand „Aus“ und einem Drahtbruch aufgrund der zwischengeschalteten Ex-i-Trennstufe nicht erkennen. Dies ist ein klarer Nachteil im Vergleich zum Einsatz von digitalen Signalkreisen, die auf eine Ex-i-Trennung verzichten können. Neue Varianten des Schaltverstärkers Typ 9170 LFT und der Binärausgaben Typ 9175 LFT aus der Trennstufenreihe ISpac von R. Stahl können nun Störungen von der Feldseite direkt an die Schnittstelle zur SPS bzw. zum Leitsystem übergeben. Damit entfällt die Nutzung eines separaten Kontaktes und des damit verbundenen Digitaleingangs. Diese Funktion ist zwar für den Einsatz in sicherheitsgerichteten Anwendungen kein Muss, aber die klare Zuordnung der Fehlermeldung zu den einzelnen Kanälen stellt für ein durchgängiges Engineering, den Anlagenbetrieb und eventuell erforderliche Entstörung einen großen Vorteil dar. So wird zum Beispiel die Verfügbarkeit erhöht, da eine Fehlersuche deutlich gezielter und damit zeitsparender durchgeführt werden kann.

Neben den reinen Trennübertragern, die ein eigensicheres Signal in ein nicht eigensicheres Signal wandeln, gibt es zudem seit kurzem auch Messumformer und Grenzwertschalter, die die Anforderungen nach SIL 2 erfüllen und eine Weiterverarbeitung des Feldsignals ermöglichen. Der Temperaturmessumformer Typ 9182 erlaubt den Anschluss von eigensicheren Temperatursensoren wie Pt100- oder Thermoelementen und wandelt das Messsignal in ein 4…20 mA-Normsignal als Schnittstelle zum Leitsystem um. Die gemessenen Werte können mithilfe von Grenzwertkontakten auf durch den Anwender eingestellte Grenzwerte überwacht werden. Der Typ 9162 wiederum, ein Messumformerspeisegerät mit Grenzwerteinstellung, eignet sich in erster Linie für die Speisung der weitverbreiteten eigensicheren Zweileitermessumformer. Im Unterschied zum Standardgerät erlaubt dieses Gerät die Auswertung von Grenzwerten mittels Kontakt. Beide Geräte sind sehr kompakt aufgebaut und erreichen nur 17,6 mm Breite. Diese und weitere ISpac-Module machen auch Lösungen im Explosionsschutz für nichtelektrische Geräte möglich, etwa bei Pumpen oder Ventilatoren mit Schutz durch Zündquellenüberwachung „b“ nach EN 13463-6.

Gerade der Explosionsschutz für nichtelektrische Geräte und Einrichtungen stellt oft eine besondere Herausforderung dar. Speziell für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen muss beurteilt werden, ob zündfähige Funken oder eine heiße Oberfläche durch Störungen oder Auftreten von Fehlern in einem der Betriebsmittel verursacht werden können. Eine der anwendbaren Zündschutzarten stellt die Zündquellenüberwachung dar. Bei dieser Zündschutzart ist eine Überwachungseinrichtung erforderlich, die Bediener in kritischen Situationen alarmiert oder die Anlage in den sicheren Zustand bringt. Die Zündschutzart „Überwachung von Zündquellen“ ist mit der Norm EN 13463-6 festgelegt worden. Eine geeignete Überwachungseinrichtung, die bei einer bestimmten kritischen Temperatur alarmiert bzw. abschaltet, lässt sich mit einem Temperatursensor und einem Temperaturmessumformer mit Grenzwertfunktion der zuvor beschriebenen Typen aufbauen. Von elementarer Bedeutung ist dabei die Zuverlässigkeit dieser Ex-Geräte, da die Zündquellenüberwachung bewertet und auf Einhaltung eines der nach EN 13463-6 geforderten Zündschutzniveaus (Ignition Prevention Level – IPL) geprüft werden muss. In der Praxis ist zur Beurteilung eine Bewertung der Überwachungseinrichtung nach Betriebsbewährtheit oder eine Bewertung nach EN 61508 möglich. Maschinen und Anlagen der Prozessindustrie erfordern in den meisten Fällen sogenannte „Low Demand“-Sicherheitseinrichtungen, die durch eine wahrscheinliche Beanspruchung „einmal pro Jahr“ oder „seltener“ definiert sind. Grenzwertgeräte wie der Typ 9162 stellen in solchen Szenarien eine kostengünstige und kompakte Lösung mit hoher Verfügbarkeit und geringen Ausfallraten dar.

Als Alternative zu den vorherrschenden Punkt-zu-Punkt-Verbindungen können Anwender inzwischen auf das Remote-I/O-System IS1 zurückgreifen, um auch in Ex-Anwendungen mit SIL-Anforderungen die Vorteile leistungsfähiger Buskommunikation zu erschließen. Aufgrund der Tatsache, dass ein Remote-I/O System auf klassischen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zu feldseitig installierten Sensoren und Aktoren basiert, können alle derzeit verfügbaren SIL-fähigen Feldgeräte eingesetzt werden. Das im Moment noch begrenzte Angebot an Feldgeräten, die über eine ProfiSafe- bzw. FF-SIF-Schnittstelle verfügen, stellt also keine Beschränkung dar. Das Remote I/O ist damit eine ideale Lösung für all jene, die die Vorteile der Buskommunikation auch für Anwendungen der funktionalen Sicherheit zum Einsatz bringen wollen. Der erste Schritt in diese Richtung ist bereits getan. In seiner neuesten Generation gewährleistet IS 1 umfassende Unterstützung des ProfiSafe-Protokolls. Das System stellt analoge Eingangsmodule zur Verfügung, über die SIL-2-gerecht via ProfiSafe kommuniziert werden kann. ProfiSafe bietet einen großen Vorteil: Es basiert auf dem Standard-Profibus- oder Profinet-Protokoll.

Die funktionale Sicherheit wird bei ProfiSafe über zusätzliche Sicherungsprozeduren erzielt, die an den jeweiligen Endpunkten der Kommunikation wirksam werden. Dies ist in diesem Fall das analoge Eingangsmodul des IS1-Systems auf der einen Seite und die Sicherheits-SPS auf der anderen Seite. Die Kommunikation wird über Profibus DP abgewickelt. Das bedeutet, dass sowohl die Prozessdaten als auch die Daten für die funktionale Sicherheit über ein- und denselben Verbindungsweg übertragen werden können.

Für zusätzlichen Komfort sorgen beim Remote-I/O-System darüber hinaus weitere Anwendervorteile, so etwa die vollständige Hart-Transparenz dieser Systeme, die den Weg zu einem leistungsfähigen Asset Management bahnt.

Online-Info www.cav.de/0110422