144LD / 244LD Intelligenter Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte. Funktionale Sicherheit. Safety Integrity Level.

SIL - Sicherheitshinweise

01.05

DOKT 556 966 014(de)

144LD / 244LD Intelligenter Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte Funktionale Sicherheit

Safety Integrity Level

SIL 2 certified acc. to IEC 61508 / IEC 61511

Der intelligente Messumformer 144LD / 244LD misst Füllstand, Trennschicht und Dichte von Flüssigkeiten kontinuierlich im Prozess von allen Industrieanwendungen, welche den besonderen Anforderungen der Sicherheitstechnik nach IEC 61508 / IEC 61511-1 genügen sollen. MERKMALE x

Funktionale Sicherheit gemäß IEC 61508 / IEC 61511-1

x

Einsetzbar bis SIL 2, unabhängig beurteilt durch exida.com

x

Explosionsschutz (je nach Version)

x

Elektromagnetische Verträglichkeit nach EN 61326 und NAMUR-Empfehlung NE21

2

144LD / 244LD

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INHALTSVERZEICHNIS

1

ANWENDUNGSBEREICH

3

1.1

Allgemein

3

1.2

Voraussetzungen

3

2

ALLGEMEIN

4

2.1

Relevante Normen

4

2.2

Begriffe

4

2.3

Abkürzungen

5

2.4 Auslegungstabellen 2.4.1 Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (PFDavg) 2.4.2 Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls (PFH) Sicherheitsintegrität der Hardware 2.4.3 2.4.4 Sicherheitsbezogenes System

5 5 6 6 7

3

VERHALTEN IM BETRIEB UND BEI STÖRUNG

8

4

WIEDERKEHRENDE PRÜFUNGEN DES MESSUMFORMERS

8

4.1

Sicherheitsüberprüfung

8

4.2

Funktionsüberprüfung

8

4.3

Reparaturen

8

5

SICHERHEITSTECHNISCHE KENNGRÖSSEN

9

5.1

Annahmen

9

5.2

Kenngrössen

9

6

LITERATURVERZEICHNIS

10

7

KONFORMITÄTSERKLÄRUNG

11

8

MANAGEMENT SUMMARY

12

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144LD / 244LD

3

1 ANWENDUNGSBEREICH 1.1

Allgemein

Der Anwendungsbereich erstreckt sich auf die intelligenten Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte vom Typ 144LD und 244LD (HART und 4-20mA ohne Kommunikation) für kontinuierliche Messung. Die Messung basiert auf dem archimedischen Auftriebsprinzip. Mit PC oder Handterminal lassen sich die Geräte bequem und sicher fernabfragen und einstellen; sie können aber auch konventionell über Drucktasten eingestellt werden. Die Messumformer sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen geeignet. Weitere Merkmale: S kontinuierliche Selbstdiagnose S konfigurierbarer Sicherheitswert S Softwareplombe für Tasten und Umkonfigurierung S einfache Inbetriebnahme S Messung ist nahezu unabhängig von Produkteigenschaften

1.2

Voraussetzungen

Für den Einsatz unter den besonderen Anforderungen der Sicherheitstechnik nach IEC 61508 / IEC 61511-1 sind folgende Voraussetzungen zu beachten: c Bei der Projektierung der Anlage ist darauf zu achten, dass die in [Ref. 5] spezifizierten technischen Daten, insbesondere bzgl. Einsatz- und Umgebungsbedingungen, der Messumformer eingehalten werden. c Die mittlere Einsatztemperatur über einen längeren Zeitraum ist nicht grösser als 40°C. c Nach der Projektierung der Messumformer ist eine Funktionsprüfung durchzuführen. Der erforderliche Prüfumfang ist im Sicherheitshandbuch der Anlage festzulegen. Folgende Prüfungen sollten durchgeführt werden: c Nullpunktkontrolle c Messwertkontrolle c Simulation verschiedener Messwerte c Überprüfung der eingestellten Sicherheitswerte c Auch bei Ferneinstellung der messrelevanten Parameter ist die oben genannte Funktionsprüfung durchzuführen. c Vor Inbetriebnahme des sicheren Prozesses ist die HART-Kommunikation und die lokale Bedienung zu verriegeln (Schreibschutz aktivieren). c Die regelmässige Funktionsprüfung (siehe Wiederkehrende Prüfung) ist durchzuführen c Die intelligenten Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte 144LD / 244LD können sowohl in Anwendungen mit niedriger als auch mit hoher Anforderungsrate eingesetzt werden.

4

144LD / 244LD

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2 ALLGEMEIN 2.1

Relevante Normen

c DIN EN 61508 Teil 1 bis 7: Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektonischer/programmierbarer elektronischer Systeme c DIN IEC 61511 Teil 1 bis 3: Funktionale Sicherheit – Sicherheitstechnische Systeme für die Prozessindustrie

2.2

Begriffe

Die hier aufgeführten Begriffe sind gemäß [Ref. 1], Teil 4 und [Ref. 2], Teil 1 definiert.

Name

Beschreibung

Aktor

Teil eines sicherheitstechnischen Systems, das die Eingriffe in den Prozess ausführt, um einen sicheren Zustand zu errichen.

Ausfall

Beendigung der Fähigkeit einer Funktionseinheit, eine geforderte Funktion auszuführen.

Diagnosedeckungs- Verhältnis der Ausfallrate der durch Diagnosetests erkannten Fehler zur grad Gesamtausfallrate der Komponente oder Teilsystems. Der Diagnosegrad beinhaltet keine bei Wiederholungsprüfungen festgestellten Fehler. Fehler

Anomaler Zustand, der eine Verminderung oder Verlust der Fähigkeit einer Funktionseinheit verursachen kann, eine geforderte Funktion auszuführen.

Funktionale Sicherheit

Teil der Gesamtsicherheit, der sich auf den Prozess und das BPCS bezieht und der von der bestimmungsgemäßen Funktion des SIS und anderer Sicherheitsebenen abhängt.

Funktionseinheit

Einheit aus Hardware oder Software oder beidem, die zur Durchführung einer festgelegten Aufgabe geeignet ist.

Gefährlicher Ausfall Ausfall mit dem Potential, das sicherheitstechnische System in einen gefahrbringenden oder funktionsunfähigen Zustand zu versetzen. Sicherheit

Freiheit von unvertretbaren Risiken

Sicherheitsfunktion Funktion, die von einem SIS, einem sicherheitsbezogenen System anderer Technologie oder von externen Einrichtungen zur Risikominderung ausgeführt wird, mit dem Ziel, unter Berücksichtigung eines festgelegten gefährlichen Vorfalls einen sicheren Zustand für den Prozeß zu erreichen oder aufrecht zu erhalten. Sicherheitsintegrität Mittlere Wahrscheinlichkeit, dass ein sicherheitstechnisches System die geforderten sicherheitstechnischen Funktionen unter allen festgelegten Bedingungen innerhalb eines festgelegten Zeitraumes anforderungsgemäß ausführt. SicherheitsEine von vier diskreten Stufen zur Spezifikation der Anforderungen für die SicherIntegritätslevel (SIL) heitsintegrität der Sicherheitsfunktionen, die dem sicherheitstechnischen System zugeordnet werden, wobei der Sicherheits-Integritätslevel 4 den höchsten Grad der Sicherheitsintegrität, der Sicherheits-Integritätslevel 1 den niedrigsten darstellt. Sicherheitstechnisches System (SIS)

Sicherheitstechnisches System zur Ausführung einer oder mehrerer sicherheitstechnischer Funktionen. Ein SIS besteht aus Sensor(en), Logiksystem und Aktor(en).

Ungefährlicher Ausfall

Ausfall ohne das Potential, das sicherheitstechnische System in einen gefahrbringenden oder funktionsunfähigen Zustand zu setzen.

DOKT 556 966 014 (de) 2.3

144LD / 244LD

5

Abkürzungen

Abkürzung

Beschreibung (englisch)

Beschreibung (deutsch)

BPCS

Basic process control system

Betriebs- und Überwachungseinrichtungen als ein System

DC

Diagnostic coverage

Diagnose-Deckungsgrad

HFT

Hardware fault tolerance

Hardware-Fehlertoleranz

PFD

Probability of failure on demand

Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung

PFDavg

Average probability of failure on demand Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung

SFF

Safe failure fraction

Anteil ungefährlicher Ausfälle

SIL

Safety integrity level

Sicherheits-Integritätslevel

SIS

Safety instrumented system

Sicherheitstechnisches System

2.4

Auslegungstabellen

Die nachfolgenden Tabellen dienen zur Bestimmung des Sicherheits-Integritätslevels (SIL). 2.4.1

Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (PFDavg)

Diese Tabelle gibt den erreichbaren Sicherheits-Integritätslevel (SIL) in Abhängigkeit von der mittleren Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung wieder. Die angegebenen Ausfallgrenzwerte sind hierbei gültig für eine Sicherheitsfunktion, die in der Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate betrieben wird (siehe [Ref. 1] Teil 1, Kapitel 7.6.2.9).

SicherheitsIntegritätslevel (SIL)

PFDavg mit niedriger Anforderungsrate

4

t 10-5 bis < 10-4

3

t 10-4 bis < 10-3

2

t 10-3 bis < 10-2

1

t 10-2 bis < 10-1

6

144LD / 244LD

2.4.2

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Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls pro Stunde (PFH)

Ist die Anforderungsrate mehr als ein mal pro Jahr oder grösser als die doppelte Frequenz der Wiederholungsprüfung, so ist das Messsystem in der Betriebsart mit hoher Anforderungsrate einzusetzen (siehe [Rev 1] Teil1, Kapitel 3.5.12).

2.4.3

SicherheitsIntegritätslevel (SIL)

PFH mit hoher Anforderungsrate Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls pro Stunde

4

t 10-9 bis < 10-8

3

t 10-8 bis < 10-7

2

t 10-7 bis < 10-6

1

t 10-6 bis < 10-5

Sicherheitsintegrität der Hardware

Diese Tabelle gibt den erreichbaren Sicherheits-Integritätslevel (SIL) in Abhängigkeit vom Anteil der ungefährlichen Ausfälle (SFF) und der Fehlertoleranz der Hardware (HFT) für sicherheitsbezogene Typ B-Teilsysteme (siehe [Ref. 1] Teil 2, Kapitel 7.4.3.1.4).

Anteil ungefährlicher Ausfälle (SFF)

Fehlertoleranz der Hardware (HFT) 0

1 (0)1

2

< 60%

Nicht erlaubt

SIL 1

SIL 2

60% - < 90%

SIL 1

SIL 2

SIL 3

90% - < 99%

SIL 2

SIL 3

SIL 4

t 99%

SIL 3

SIL 4

SIL 4

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144LD / 244LD

7

1) Nach [Ref. 2] Teil 1, Kapitel 11.4.4 dürfen bei Teilsystemen wie z.B. Sensoren und Aktoren die Fehlertoleranz der Hardware (HFT) um eins reduziert werden (Werte in Klammern), wenn das verwendete Gerät alle folgenden Bedingungen erfüllt:    

Das Gerät ist betriebsbewährt Am Gerät können nur prozessrelevante Parameter geändert werden Die Veränderung der prozessrelevanten Parameter ist geschützt (z.B. Passwort, Jumper, usw.) Die Funktion hat einen geforderten Sicherheits-Integritätslevel von weniger als 4.

Diese genannten Bedingungen treffen auf die intelligenten Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte 144LD / 244LD zu.

2.4.4

Sicherheitsbezogenes System

Ein sicherheitsbezogenes System besteht üblicherweise aus den drei Teilsystemen EingangsTeilsystem (Sensor), Logik-Teilsystem (SPS oder Leitsystem) und Ausgangs-Teilsystem (Stellgerät). Die mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung wird dabei üblicherweise wie folgt aufgeteilt:

Eingangs-Teilsystem (Sensor)

d 35%

Logik-Teilsystem (z.B. DCS)

d 15%

AusgangsTeilsystem (Aktor)

d 50%

8

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3 VERHALTEN IM BETRIEB UND BEI STÖRUNG Das Verhalten im Betrieb und bei Störungen ist in den Inbetriebnahme- und Wartungsanleitungen MI EML0610 A-(de) und MI EML0710 A-(de) [Ref. 4] beschrieben.

4 WIEDERKEHRENDE PRÜFUNGEN DES MESSUMFORMERS FÜR FÜLLSTAND, TRENNSCHICHT UND DICHTE 4.1

Sicherheitsüberprüfung

Gemäß IEC 61508/61511 ist die Sicherheitsfunktion des gesamten Sicherheitskreises regelmäßig zu überprüfen. Die hierfür notwendigen Testintervalle werden bei der Berechnung des jeweiligen Sicherheitskreises bestimmt.

4.2

Funktionsüberprüfung

Die ordnungsgemäße Funktionsfähigkeit des Messumformers für Füllstand, Trennschicht und Dichte ist regelmäßig alle 5 Jahre zu überprüfen. Die Überprüfung kann nur durch der Hersteller oder eine authorisierte Werkstatt durchgeführt werden. Hierbei sind folgende Arbeiten auszuführen: c Aufnehmerteil zerlegen (MI EML0610 A-de, Kapitel 10.6 ff, MI EML0710 A-de, Kapitel 10.7 ff). c Prüfen des Torsionsrohres auf Korrosion und Dichtheit (ev. austauschen) c Prüfen des Sandwich-Gehäuselagers (195-197) auf Verschmutzung Kap. 10.12 ff (ev. reinigen oder austauschen) c Prüfen des Kugellagers in Trägerplatte (163) auf Leichtgängigkeit c Dichtringe im Aufnehmerteil ersetzen (Cu-haltiges Fett verwenden) c Dichtringe im Verstärkerteil prüfen und bei Bedarf ersetzen (einfetten) c Beim Zusammenbau die in der MI angegebenen Schrauben-Anzugsdrehmomente beachten c Einstellen des Messumformers nach MI EML0610 A-de / MI EML0710 A-de, Kapitel 8 c Einstellen des Sicherheitsbereiches c Überprüfung aller Einstellungen durch Anfahren des Nullpunktes, des Endwertes, eines Mittelwertes (z.B. 50%-Wert) und der Sicherheitseinstellungen c Verriegelung der Einstellungen (Hardware-Schreibschutz, MI EML0610 A-de / MI EML0710 A-de, Kap. 8.2) Der Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte vom Typ 144LD und 244LD unterliegt der Druckgeräterichtlinie (DGRL 97/23/EG). Es sind daher auch die in der sicherheitstechnischen Betriebsanleitung Ex EML0010 A-(de) genannten Fristen für die wiederkehrende Prüfung (nach BertrSichV vom 27.09.2002) zu beachten.[Rev.6]

4.3

Reparaturen

Defekte Geräte sollten unter Angabe der genauen Störung bzw. Ursache an die Reparaturabteilung der Fa. Foxboro Eckardt GmbH gesandt werden.

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144LD / 244LD

9

5 SICHERHEITSTECHNISCHE KENNGRÖSSEN Über diese Zusammenfassung hinausgehende Informationen, sind in Kapitel 8 beinhaltet.

5.1

Annahmen

Die angegebenen Kenngrößen gelten unter folgenden Annahmen: c Die Voraussetzungen aus Kapitel 1.2 sind erfüllt. c Die Reparaturzeit (MTTR) nach einem Gerätefehler beträgt 8 Stunden. c Prüfinterval: d 5 Jahre. c Diagnosezeit: < 5 min c c

5.2

Kenngrößen

Gerätetyp

c HFT

c SFF

c PFDav

c Odu

c Odd

c Osu

c Osd

150 FIT

421 FIT

217 FIT

60 FIT

g

c B

c

c 0

c 82%

3,3E-03

10

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6 LITERATURVERZEICHNIS

[Ref. 1]

DIN EN 61508 Teil 1-7 Beuth-Verlag, Berlin

[Ref. 2]

DIN IEC 61511 Teil 1-3 Beuth-Verlag, Berlin

[Ref. 3]

Functional safety and IEC 61508 – A basic guide, November 2002 IEC

[Ref. 4]

144LD / 244LD Intelligenter Messumformer für Füllstand, Trennschicht und Dichte Inbetriebnahme- und Wartungsanleitung Foxboro Eckardt GmbH, MI EML0610 A-(de) / MI EML0710 A-(de)

[Ref. 5]

Typenblatt PSS EML0610 A-(de), PSS EML0710 A-(de)

[Ref. 6]

Sicherheitstechnische Betriebsanleitung 140er Serie Ex EML0010 A-(de)

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8 MANAGEMENT SUMMARY

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