‚Safety first‘ in der Prozesstechnik

Nach Informationen von Endress+Hauser in Weil am Rhein

Funktionale Sicherheit bezeichnet die Fähigkeit eines Systems, selbsttätig den sicheren, kontrollierten Zustand einer Anlage zu erhalten oder zu erlangen – sowohl im Normalbetrieb als auch im Störfall. Ziel ist es, systematische Fehler zu vermeiden, zufällige Ausfälle zu erkennen und zu beherrschen und das Risiko gefährlicher Ausfälle zu begrenzen. Definiert sind die Anforderungen an die funktionale Sicherheit elektrischer, elektronischer oder programmierbarer elektronischer Systeme in der internationalen Norm IEC 61508, ergänzt in der IEC 61511 durch Regeln für verfahrenstechnische Anwendungen.

SIL bezeichnet die Sicherheitsanforderungsstufe (Safety Integrity Level). Stufen von SIL 1 (niedrig) bis 4 (hoch) ordnen ein, wie zuverlässig die Sicherheitsfunktionen arbeiten müssen, um Risiken für Mensch, Umwelt und Güter auf ein annehmbares Maß zu beschränken – bestenfalls auf das unvermeidbare Restrisiko. Maßgeblich dafür ist die Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ereignisses, seine möglichen Auswirkungen – bestimmt durch Ausmaß und Dauer – sowie die Möglichkeiten der Gefahrenabwehr.

Verantwortlich sind die Anlagenbetreiber. Sie müssen mit einer Gefährdungs- und Risikoanalyse sämtliche Gefahren erfassen, die von ihrer Anlage ausgehen – und so ermitteln, ob und in welchem Umfang funktionale Sicherheit erforderlich ist. Dazu müssen sie das Sicherheits-Management betrachten, die Qualifikation des Personals sowie die technischen Anforderungen an das Sicherheitssystem über den gesamten Lebenszyklus. Anders als ältere Normen verlangt die IEC 61511 dafür einen quantitativen Nachweis vom Betreiber.

Ein Sicherheitssystem setzt sich immer aus verschiedenen Komponenten zusammen – im Regelfall Steuerungselemente, Aktoren und Sensoren. Die Anforderungen an das einzelne Gerät ergeben sich aus der Architektur des gesamten Sicherheitssystems. So ist es beispielsweise möglich, SIL 3 zu erreichen, indem eine sicherheitsrelevante Messstelle redundant ausgelegt und mit zwei gleichartigen SIL-2-Instrumenten bestückt wird: Fällt eines der Geräte aus, liefert das andere immer noch einen Messwert. Auch Dreifach-Redundanzen sind möglich, oder die Verwendung zweier unterschiedlicher Messprinzipien.

Um systematische Fehler auszuschließen, lässt die IEC 61511 prinzipiell zwei Wege offen: Hersteller müssen Geräte entweder bereits den Vorgaben der IEC 61508 entsprechend entwickeln oder deren Bewährung im Betrieb nachweisen. Endress+Hauser hat die Bedeutung der funktionalen Sicherheit schon früh erkannt. Ergebnis ist das bislang umfassendste Portfolio an sicherheitsorientierten Messgeräten für die verfahrenstechnische Industrie. 250 zertifizierte Produktlinien für Durchfluss, Füllstand, Druck, Temperatur und Flüssigkeitsanalyse stehen bereit – alle entwickelt gemäß IEC 61508, viele mit einer SIL-Einstufung von 2 oder 3.

SIL-konforme Messgeräte zeichnen sich durch kontinuierliche Selbstüberwachung aus. Die vorgeschriebene Abnahmeprüfung kann auf Tastendruck oder mit einer Softwaresimulation gestartet werden, ohne den Sensor auszubauen. Belastbare Diagnose- und Sicherheitsparameter verlängern die Intervalle zwischen den Abnahmeprüfungen. All dies erhöht die Verfügbarkeit der Anlage und senkt die Betriebskosten.

Wie alle Geräte des Herstellers zeichnen sich auch die SIL-zertifizierten Instrumente durch mechanische Integrität aus. Sie halten selbst härtesten Prozessbedingungen stand wie starken Schwingungen, extremen Drücken, hohen Temperaturen oder aggressiven Medien. Strenge Belastungstests helfen, sichere Betriebsbereiche festzulegen. Auf die Stabilität der Software ist ebenfalls Verlass. Sie ist so aufgebaut, dass unerkannte Ausfälle vermieden werden.

Ein gutes Beispiel dafür ist der Liquiphant FailSafe. Der Füllstand-Grenzschalter arbeitet nach dem bewährten Stimmgabel-Prinzip – allerdings nicht, wie sonst üblich, mit einem Relais, sondern einem Subsystem auf Zweileiter-Technik. Ehe nur ein einziges Gerät verkauft wurde, absolvierte der Füllstand-Grenzschalter mehr als 100.000 Betriebsstunden mit 500.000 Starts und 1,7 Millionen Schaltvorgängen. Der Aufwand hat sich gelohnt: Die Geräte sind bis SIL 3 zertifiziert. Die redundante Installation zweier Sonden ist nicht nötig; es genügt ein Gerät und damit ein Prozessanschluss, das ist ein Vorteil bei anspruchsvollen Prozessen. Der Abstand zwischen den Abnahmeprüfungen kann bis zu zwölf Jahre betragen.

Auch bei der funktionalen Sicherheit ist wichtig, die richtige Messtechnik in der richtigen Anwendung einzusetzen. Endress+Hauser sammelte mehr als sechs Jahrzehnte Erfahrung auf diesem Gebiet, die Kunden über den gesamten Lebenszyklus der Anlage zugutekommen – von der Auswahl des geeigneten Messprinzips und der optimalen Auslegung des Geräts über die sachgemäße Installation und Inbetriebnahme bis hin zu Instandhaltung, Kalibrierung, Reparatur und Ersatz.

Mit dem W@M Life Cycle Management verfügt das Unternehmen über eine Plattform, die mit gerätebezogenen Daten und Dokumenten den Informationsfluss über den gesamten Sicherheitslebenszyklus des Systems unterstützt. Seminare zum Thema bieten allen Kunden schließlich die Möglichkeit, ihr Wissen auf den neuesten Stand zu bringen und sich mit anderen Praktikern über ihre Erfahrungen auszutauschen.

Endress+Hauser hat in den vergangenen Jahren das Angebot an Schulungen, Kursen und Seminaren Zug um Zug ausgebaut. Vertriebsgesellschaften in vielen Ländern verfügen inzwischen über eigene Schulungszentren. Ein ausführliches Kundenseminar zum Thema Sicherheit in der Prozesstechnik findet vom 16. bis 18. November 2015 in Reinach/Schweiz statt. ge

Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG

Hans-Peter Maier

Colmarer Str. 6

79576 Weil am Rhein

Tel: +497621 975 01

Mehr Informationen zum Thema bietet das Whitepaper: SIL – sicher und effizient umsetzen, Funktionale Sicherheit in der Prozesstechnik