In den letzten Jahren ist der Anteil von PLT-Schutzeinrichtungen in der chemischen Industrie auf heute fast 15% gestiegen. Ihre Aufgabe ist es, das Risiko der Prozesse, von denen Gefahren für Mensch, Umwelt und Sachwerten ausgehen können, zu minimieren. In den relevanten Normen und Empfehlungen werden die Anforderungen beim Einsatz von PLT-Schutzeinrichtungen an den Betreiber, aber auch an die Hersteller von Messtechnik, beschrieben. Zentrales Thema ist die Vermeidung systematischer Fehler, damit ein mögliches Restrisiko auf ein Minimum reduziert werden kann.

Impact Analyse, FMEDA (Failure Modes, Effects and Diagnostic Coverage Analysis), Safe Failure Fraction – Messtechnikhersteller wie Endress+Hauser entwickeln ihre Messgeräte gemäß den erforderlichen Prozessen und Prüfungen, wie sie auch die IEC 61508 fordert. Unabhängige Prüfstellen wie der TÜV sichern die Qualität und Zuverlässigkeit der Geräte, die sich aus diesen standardisierten Produktionsprozessen ergeben. Sie überwachen die Umsetzung der Richtlinien und bescheinigen die ermittelten Kennwerte zum Einsatz der Geräte in SIL-Schutzeinrichtungen.

Verkürzte Betriebsbewährungsphase

Die NAMUR NE130 definiert für Geräte in PLT-Schutzeinrichtungen eine erforderliche Betriebsbewährungsphase von einem Jahr. In diesem Jahr muss das Gerät in mindestens zehn relevanten Anwendungen und 1.000 Betriebsstunden fehlerfrei funktionieren. Bei nach IEC 61508 entwickelten Geräten ist eine verkürzte Betriebsbewährungsphase von nur sechs Monaten ausreichend. Zudem ist – ebenfalls gemäß NE130 – nach einem Software Update bei nach IEC 61508 entwickelten Geräten keine erneute Betriebsbewährungsphase mehr notwendig.

Bereits in der Planungsphase von PLT-Schutzeinrichtungen können geeignete Werkzeuge und gute Konzepte helfen, systematische Fehler zu vermeiden. Die Auswahl der geeigneten Messtechnologie und die korrekte Geräteauslegung bzw. spätere Parametrierung, sind entscheidend für eine zuverlässige und sichere Funktion der PLT-Schutzeinrichtungen.

Sichere Geräteauswahl und Dokumentation

Zunächst muss für die jeweilige Messaufgabe die geeignete Technologie ermittelt werden. Hier bieten Tools für eine sichere  Auswahl und Auslegung der Geräte eine gute Hilfestellung: so z.B. der „Applicator“ von Endress+Hauser. Er führt mit wenigen Clicks zum optimalen Messgerät für nahezu jeden Anwendungsfall. Die einheitliche SIL-Dokumentation zu den Geräten spezifiziert alle relevanten Sicherheitskennwerte und definiert die jeweiligen Einsatzbedingungen der Geräte in Schutzeinrichtungen. Damit sind alle relevanten Daten zur Instrumentierung der Schutzeinrichtung schnell zur Hand. Die SIL-Dokumentationen sämtlicher Geräte sind zentral auf der Homepage verfügbar.

Inbetriebnahme und Verriegelung

Für SIL-Schutzeinrichtungen und Standard-Betriebsmessungen kommen die gleichen Geräte mit identischer Hard- und Software zum Einsatz. In Schutzeinrichtungen wird jedoch bei der Inbetriebnahme zusätzlich die SIL-Sequenz im Gerät aktiviert. Dabei werden alle Parameter auf die für die Schutzeinrichtung korrekten Voreinstellungen gesetzt. Beim Durchlaufen der Sequenz werden alle Einstellungen geprüft und durch den Inbetriebnehmer bestätigt.

Die SIL-Sequenz hilft dem Anwender, mögliche systematische Fehler bei der Parametrierung zu vermeiden – beispielsweise die folgenden:

•           langsame Reaktionszeit aufgrund einer zu hohen Dämpfung des Messwertes,

•           versehentlicher Betrieb im Simulationsmode,

•           unerwünschter Offset auf dem Messwert,

•           falsche Alarmierung bei Gerätedefekt oder

•           zu frühe Alarme bei Prozesseinflüssen.

Damit sind eine fehlerfreie Geräteeinstellung und eine sichere Funktion der Schutzeinrichtung garantiert.

Die SIL-Sequenz wird mit der Aktivierung der Verriegelung abgeschlossen. Außerdem hat der Anwender die Möglichkeit, die Geräte mit einem individuellen Kundencode vor Fremdzugriff zu schützen. Darüber hinaus blockiert der Hardware Schreibschutzschalter den Zugriff über jegliche Bedien- und Kommunikationsschnittstellen und verhindert so einen unbefugten Zugriff.

Eindeutige Gerätediagnose nach NE107

Durch Selbstüberwachung können Feldgeräte Informationen über ihren Zustand liefern. Die wichtigste Funktion der Selbstüberwachung durch Gerätediagnose: gefährliche Gerätefehler, die zum Ausfall der Schutzeinrichtung führen können, sicher erkennen. Mit Hilfe der erzeugten Alarme soll die Anlage in den sicheren Zustand gebracht werden. Gerade in PLT-Schutzeinrichtungen ist im Fehlerfall eine eindeutige und schnelle Diagnose besonders wichtig. Die nach IEC 61508 entwickelten Geräte zeichnen sich durch eine hohe Diagnoseabdeckung von bis zu 98,3% aus. Dadurch ergibt sich eine sehr hohe Safe Failure Fraction (SFF), die für ein geringes Restrisiko durch gefährliche unerkannte Fehler entscheidend ist. Die Gerätemeldungen werden konsequent nach der NAMUR NE107 Anforderung kategorisiert: Wartungsbedarf, Außerhalb der Spezifikation, Funktionskontrolle, Ausfall/Error.  Zusammen mit einer Volltext-Fehlerhilfe vermeidet bzw. verkürzt das die Anlagenstillstände.

Instandsetzung von Schutzeinrichtungen

Die Schutzeinrichtung hat eine herausragende Bedeutung für die sichere Funktion und Verfügbarkeit der Produktionsanlage. Deswegen ist bei einem Ausfall einer Schutzeinrichtung die schnelle und sichere Instandsetzung besonders wichtig. Folgende Faktoren sind hier ausschlaggebend:

•           die eindeutige Eingrenzung der Fehlerursache,

•           die einfache Identifikation der richtigen Ersatzteile,

•           der reibungslose Austausch der defekten Komponenten,

•           die fehlerfreie Übertragung der Messstellenparameter und

•           die einfache Inbetriebnahme und Prüfung der in Stand gesetzten Messstelle.

Eindeutige Identifikation von Ersatzteilen

Idealerweise sind sowohl im Gerätdeckel als auch über eine Online-Suche alle erforderlichen Ersatzteile zum Gerät ersichtlich. Auch bei Geräten in PLT-Schutzeinrichtungen ist eine Reparatur von zugelassenen identischen Ersatzteilen ohne Nachkalibrierung problemlos möglich.

Damit wird ein Ausbau von Geräten im Störungsfall vermieden und eine hohe Anlagenverfügbarkeit sichergestellt. Der Datenspeicher HistoROM ermöglicht dabei einen reibungslosen Austausch von Komponenten und eine fehlerfreie Übertragung der Messstellenparameter ohne Neuabgleich. Das Speichermodul ist unverlierbar mit dem Gehäuse verbunden und kopiert nach einem Teile-Austausch – z. B. der Elektronik – automatisch die komplette Gerätekonfiguration auf das neue Modul.

Einfache Wiederholprüfung im eingebauten Zustand

PLT-Schutzeinrichtungen müssen gemäß IEC 61511 und VDI/VDE 2180 in regelmäßigen Abständen geprüft werden. Aufgabe der Wiederholprüfung ist es, die einwandfreie Funktion der Schutzeinrichtung zu gewährleisten. Gerade bei Durchfluss- und Füllstandmessgeräten ist der Aufwand für die Wiederholprüfung besonders groß. Hier müssen die Geräte zur Überprüfung meist ausgebaut werden. Endress+Hauser bietet für die Wiederholprüfung von Schutzeinrichtungen mit Durchfluss- und Füllstandmessgeräten neue Möglichkeiten, um normenkonform die Intervalle für eine Vollprüfung zu verlängern oder ganz zu ersetzen.

So ist die Heartbeat Technology eine neue Prüfmethode für die Wiederholprüfung in der Anwendung – konzipiert über die Gebrauchsdauer des Messgerätes. Durch die neue Technologie wird die gesamte Signalkette vom Messaufnehmer über den Messumformer bis zu den Ausgängen sicher geprüft.

Die Wiederholprüfung auf Knopfdruck bestätigt die Gerätefunktionen innerhalb der spezifizierten Messtoleranz mit einer Testabdeckung von mehr als 95%. Der Anwender profitiert von einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit. Besonders im Bereich des WHG (Wasserhaushaltsgesetz) und von SIL-Schutzeinrichtungen mit jährlichen Prüfzyklen sind Prüfkonzepte wie die Heartbeat Technology innerhalb kurzer Zeit amortisiert.