Kontinuierliche Niveaumessung mittels Differenzdruckmessung

Sicher unter Druck

Die Themen SIL (Safety Integrity Level) und PL (Performance Level) gewinnen in der Prozessindustrie und im Maschinen- und Anlagenbau eine immer wesentlichere Bedeutung. Doch Anwender stehen in der Praxis hier oft vor komplexen Herausforderungen. Jumo bündelt deshalb seine Produkte und Lösungen zu diesen Themen in der neuen Marke JSP (Jumo Safety Performance).


Insbesondere in der chemischen Industrie ist die Überwachung von Tankanlagen von hoher sicherheitstechnischer Relevanz.
Bild: JUMO GmbH & Co. KG

Als Folge des verheerenden Giftgasunfalls im italienischen Ort Seveso im Jahr 1976 wurde die Verschärfung der Gesetze und Verordnungen zum Schutz von Menschen, Lebewesen und Umwelt beschlossen. Erstes Ergebnis war die im Jahr 1998 veröffentlichte Norm IEC61508 'Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer programmierbarer Systeme', die seit 2002 als EN61508 angewendet wird. Diese Norm definierte zum ersten Mal umfassend die Sicherheitsanforderungen in der Automatisierungstechnik. Während sich die IEC61508 in erster Linie an die Hersteller von Komponenten für Schutzeinrichtungen richtet, ist die IEC61511 'Funktionale Sicherheit - Sicherheitstechnische Systeme in der Prozessindustrie' für Betreiber und Planer von Schutzeinrichtungen relevant. Ziel all dieser Normen ist es das, Risiko auf ein vertretbares Maß zu reduzieren. Bei einem Rohrleitungs- und Instrumentenfließschema in der Anlagen- und Verfahrenstechnik zur Sicherheitsbetrachtung eines Prozesses müssen z.B. die Einzelkomponenten Sensorik, Auswerteelektronik und Aktor separat betrachtet werden, um einen allgemeinen Lösungsansatz zu finden. Sensoren messen dabei physikalische Prozessgrößen wie Temperatur, Niveau oder Druck und formen den Messwert in ein Einheitssignal um. Bei der Auswertelektronik kommen in der Regel Steuerungseinheiten zum Einsatz, die die Prozessgrößen umwandeln, linearisieren, speichern sowie nach Regeln verarbeiten und dann dem Aktor zur Ausführung weiterleiten. Aktoren können anschließend Eingriffe in den Prozessablauf durch Verstellen von Funktionsgrößen unterschiedlichster Art vornehmen.

Lösung für Einzelapplikationen

Im Bereich der Auswerteelektronik 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 umfangreiche funktionelle Anwendungen sowie eine höhere Signaldichte und -anzahl aus. Allerdings sind hier komplexe Programmieranwendungen nötig und die Ein- und Ausgänge sind an Kartentypen und Mehrkanaligkeit gebunden. Investitionskosten differieren in Abhängigkeit von der Kanalanzahl und dem Softwareaufwand. Darüber hinaus muss jede Applikation separat nach SIL berechnet und bewertet werden. Realisierbar sind auf diesem Weg Lösungen bis zu SIL4. Eine Alternative zur speicherprogrammierbaren Sicherheitssteuerung ist der Einsatz von Sicherheitswächtern oder -begrenzern wie der SafetyM-Serie. Diese Lösung eignet sich besonders für kleinere Anwendungen wie Sondermaschinen und Einzelapplikationen mit niedriger Signaldichte und -anzahl. Neben geringen Investitionskosten liegen die Vorteile hier bei einem geringeren Aufwand an Parametrierung je Applikation. Die Anwendung arbeitet mit Einheitssignalen und zeichnet sich durch eine redundante interne Struktur mit redundanten Sensoreingängen aus. Zur Verfügung stehen weiterhin drei unterschiedliche Funktionsausgänge (analog/binär). Auf diese Weise sind Lösungen bis zu SIL3 möglich. In Verbindung mit definierter Sensorik ist die gesamte SIL-Kette bereits berechnet und entsprechende Zertifikate können direkt ausgestellt werden.

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LED-Signale bei Grenzwertüberschreitungen

Vor allen Dingen in der chemischen Industrie ist die Drucküberwachung in Tankanlagen ein Thema von hoher sicherheitstechnischer Relevanz. Kernstück des Konzepts JSP ist der SafetyM STB/STW. Dieser Sicherheitsbegrenzer/Sicherheitswächter nach DIN EN14597 hat die primäre Aufgabe, Prozesse zuverlässig zu überwachen und die Anlagen bei Störung in den betriebssicheren Zustand zu versetzen. Eine Grenzwertüberschreitung wird von den eingebauten LEDs 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 EN61508 und der DIN EN13849 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 SafetyM auch zur Drucküberwachung. Hierzu wird ein Differenzdruckmessumformer über zwei Ex-i Speise-/Eingangstrennverstärker mit dem SafetyM verbunden. Bereits mit dieser Lösung ist eine Grenzwertabschaltung bis SIL3 für eine eingestellte Niveauhöhe realisierbar. Der Anwender erhält so eine kompakte einkanalige Sicherheitssteuerung mit wählbaren redundanten Eingangssignalen für Einheitssignale. Die Konfiguration erfolgt komfortabel mit Hilfe der Gerätesoftware.

Schulungskonzept für Anwender

Als Differenzdruckmessumformer kommt der DTrans P20 Delta Ex zum Einsatz. Der Messumformer ist programmierbar und dadurch an vielfältige Messaufgaben anpassbar. In der Ausführung mit Explosionsschutz Ex ia (eigensicher) kann der Druckmessumformer bis an Zone 0 montiert werden. Der SafetyM kann darüber hinaus an das Mess,- Regel- und Automatisierungssystem MTron T angebunden werden. Hierzu wird entweder das Binärsignal des Voralarms oder das analoge Ausgangssignal verwendet. Mit dieser Lösung erhält der Anwender einen gesteigerten Funktionsumfang sowie umfassende Visualisierungsmöglichkeiten. Weitere SIL-Lösungen, die mit dem SafetyM realisiert werden können, sind die Temperaturüberwachung in Wärmebehandlungsanlagen, die Überwachung von Pumpen, Überfüllabschaltungen oder Extruder. Neben Produkten und Lösungsentwicklungen steht die Beratungskompetenz im Fokus. Mit einem eigenen Schulungskonzept wurden Mitarbeiterinnen und -Mitarbeiter zu JSP-Produktspezialisten ausgebildet. Diese verfügen über Kenntnisse in Temperatur-, Druck- und Durchflussmesstechnik, im Explosionsschutz sowie natürlich in funktionaler Sicherheit.

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