Der Anschluss eines falschen Schlauchs kann schwerwiegende Folgen haben. Im besten Fall wird nur ein Teilprozess kontaminiert, der Produktverlust bleibt überschaubar und mit einer einfachen Reinigung ist die Ausgangssituation wiederhergestellt. Es kann aber durchaus auch zu größeren Schäden kommen, etwa durch unerwünschte Reaktionen, die eine aufwändige Reinigung und Entsorgung erfordern oder sogar größere Reparaturen inklusive des Austauschs von Anlagenteilen nach sich ziehen. Bei brennbaren und explosiven Medien kann es im Sinne des Wortes brenzlig und für die in der Anlage tätigen Menschen hochgefährlich werden. In jedem Fall steht eine Anlage still, die Produktion ist unterbrochen und Folgeprozesse werden in Mitleidenschaft gezogen.

RFID für eindeutige Identifikation

Zündfähige Medien gehören in der chemischen Industrie zum Alltag. Für viele Schlauchbahnhöfe gelten daher hohe regulatorische Anforderungen an die funktionale Sicherheit. Sie mit herkömmlichen „händischen“ Mitteln zu erfüllen, ist umständlich und bleibt letztlich doch immer fehleranfällig. Neue Anlagen werden daher in der Regel mit einem technischen Sicherungssystem ausgestattet, und auch bei älteren Installationen gibt es einen Trend zur entsprechenden Nachrüstung.

Die naheliegende Lösung ist hier der Einsatz der RFID-Technologie, die eine eindeutige und zuverlässige Identifikation jedes Schlauchs erlaubt. Für diese Anwendung bietet Pepperl+Fuchs neben einer explo­sionsgeschützten Gesamtlösung auch eine, die die Anforderungen bis SIL 2 und PL d erfüllt, an.

Der RFID-Transponder wird am Schlauchanschlussstück befestigt. Er enthält die für die Identifikation notwendigen Daten. Diese werden von einem RFID-Schreib-/Lesekopf ausgelesen, der am Stutzen angebracht ist. Die Steuerung erkennt anhand der kombinierten Daten, ob die richtige Kopplung vorgenommen wurde. Erst dann wird der Medienfluss freigegeben. Bei einer Fehlkopplung werden die vorgesehenen Sicherheitsfunktionen aktiviert: Die Ventile bleiben geschlossen, die vorgesehenen Warnhinweise werden ausgegeben.

Ex-Schutz und hohe Schutzart

Für diese Anwendung existieren verschiedene RFID-System, darunter auch der vergussgekapselte RFID-Schreib-/Lesekopf IPH-30GM-Ex. Alle spannungsführenden Bauteile sind darin durch die Gussmasse isoliert (Ex m). Ein 15 m langes Kabel ermöglicht den Anschluss außerhalb der Ex-Zone. Das Gerät besitzt die ATEX-Zulassung für die Zonen 1 und 21. Für einen Anschluss innerhalb der Ex-Zone existiert zudem ein breites Portfolio ex-geschützter Verbindungskomponenten.

Die Anschlussstutzen von Schlauchbahnhöfen werden häufig und mit aggressiven Verfahren gereinigt. Um diesen Einflüssen zu widerstehen, besitzt der Schreib-/Lesekopf die Schutzart IP68. Als Alternative zur Vergusskapselung stehen im Portfolio von Pepperl+Fuchs auch druckgekapselte Schreib-/Leseköpfe (Ex d) zur Verfügung.

Die Signale werden von beiden Gerätevarianten an eine Auswerteeinheit IdentControl übertragen, an die bis zu vier Schreib-/Leseköpfe angeschlossen werden können. Diese Einheit dient auch als Gateway zur Buskommunikation und steht als unterschiedliche Varianten mit allen gängigen Schnittstellen zur Verfügung, z.B. für TCP/IP, Modbus/TCP, EtherNet/IP und Profinet IO. Die Steckverbinder entsprechen den AIDA-Vorgaben der Automobilindustrie; ein integrierter Switch ermöglicht die Einbindung in eine Linientopologie.

„Für viele Schlauchbahnhöfe gelten hohe regulatorische Anforderungen an die funktionale Sicherheit.“

Systemischer Ansatz für SIL

Allerdings genügt der Einsatz geeigneter Komponenten allein noch nicht, um die Voraussetzungen für PL d oder SIL 2 zu erfüllen. Funktionale Sicherheit benötigt grundsätzlich eine systemische Herangehensweise. Dazu gehört – nicht nur beim Schlauchbahnhof – z.B. ein bestimmter Diagnosedeckungsgrad. Um ihn in diesem Anwendungsfall zu erreichen, werden die Daten zweimal hintereinander an unterschiedlichen Anfangsadressen gelesen und auf der Logikebene verglichen. Über das Status-Bit wird festgestellt, ob sich der Transponder im Erfassungsbereich befindet und ob der Lesekopf funktioniert.
Durch Mehrfachlesen können Controller-Fehler identifiziert werden. Ein Quervergleich der Information auf dem Transponder mit einem Tabellenwert prüft die Plausibilität. Auf der Ebene „Logik“ muss eine sichere Steuerung eingesetzt werden, die die Anforderungen für PL d bzw. SIL 2 erfüllt.

Know-how, Service und Schulung

Die Funktionale Sicherheit hat ihre Wurzeln in Deutschland. Hier wurden die ersten Safety-Konzepte entwickelt, und bis heute spielen deutsche Hersteller in diesem Marktsegment eine bedeutende Rolle. ­Pepperl+Fuchs gehörte von Anfang an zu den Pionieren auf diesem Gebiet und brachte in den 1970er-Jahren als erster Anbieter sichere Schaltverstärker und Sensoren auf den Markt, die bereits dem FS-Prinzip folgten.

Dessen Normierung begann im Jahr 1998 mit der Veröffentlichung der IEC 61508 „Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbar elektronischer Systeme“, die als erste einschlägige Vorgabe mit internationaler Geltung gilt. An ihrer Entstehung waren die Pioniere aus Deutschland maßgeblich beteiligt.

Zur Gesamtlösung gehört auch die Unterstützung durch zertifizierte Experten für funktionale Sicherheit. Mit einem optimierten Ansatz lassen sich bei Einhaltung aller Vorgaben beträchtliche Kosten einsparen. Zudem können unsere nicht nur auf die Datenblätter der benötigten Sensoren, sondern auf das gesamte interne Entwickler-Know-how eines Spezialanbieters für funktionale Sicherheit zurückgreifen.

Nicht zuletzt ist für eine nachhaltige Sicherheitskultur unerlässlich, dass das zuständige Personal die grundlegenden Anforderungen kennt und die Zusammenhänge versteht. Hier unterstützt Pepperl+Fuchs seine Kunden mit einem umfassenden Schulungs- und Seminarprogramm.

Autorin: Stefanie Arnold, Business Development Manager, Pepperl+Fuchs, Mannheim