PROZESSAUTOMATION IEC61508/61511 SAFETY INTEGRITY LEVEL

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1 PROZESSAUTOMATION IEC61508/61511 SAFETY INTEGRITY LEVEL IEC 61508/61511

2 SICHERHEITSRISIKEN SENKEN Verfahrenstechnische Anlagen beinhalten Risiken. Diese Risiken werden von der Art der Prozesse mit ihren verwendeten Stoffen und vom Umfeld der Anlagen bestimmt. Automatisierungstechnische Einrichtungen sind in der Lage diese Risiken zu reduzieren. Dazu muss die funktionale Sicherheit der Feldinstrumentierung, sowie der Steuerungsund Überwachungssysteme in Form von ausreichenden Maßnahmen zur Fehlervermeidung, Fehlererkennung und Fehlerbeherrschung gewährleistet werden. ANALYSE Das Risikopotenzial einer verfahrenstechnischen Anlage wird gemäß der IEC ermittelt. Je nach gegebenem Risiko ist eine Risikoreduktion durchzuführen. Erfolgt diese Risikoreduktion mit Mitteln der elektrischen/ elektronischen Automatisierungstechnik, so müssen die verwendeten Komponenten die Anforderungen der IEC bzw. IEC erfüllen. Beide Normen unterteilen Anlagen und risikoreduzierende Maßnahmen in jeweils vier Sicherheitsstufen, von SIL1 (geringe Gefahr) bis SIL4 (extreme Gefahr) basierend auf IEC IEC (der Bereich der Verfahrenstechnologie) ist auf SIL3 begrenzt. Ausmaß des Schadens (S) S1 Verletzungen einer Person, unbedeutender Schaden an der Umwelt S2 Schwere, irreversible Verletzungen einer oder mehrerer Personen, Tod einer Person, schwerer aber vorübergehender Schaden an der Umwelt S3 Tod mehrerer Personen, schwerer dauerhafter Schaden an der Umwelt S4 Tod sehr vieler Personen RISIKOMATRIX (NACH IEC 61508) Kritischer Bereich Aufenthalt im Gefahrenbereich (A) A1 Selten bis öfter A2 Häufig bis dauerhaft Vermeidung der Gefahr (G) G1 Möglich unter bestimmten Bedingungen G2 Kaum möglich Wahrscheinlichkeit eines ungewollten Ereignisses (W) W1 Sehr gering W2 Gering W3 Relativ hoch SIL1 BIS SIL4 Das Gegengewicht zum Gefährdungspotenzial sind alle organisatorischen und technischen Maßnahmen zur Risikoreduzierung. Aus der Risikoanalyse ergibt sich der Wert SIL1 bis SIL4 (SIL = Safety Integrity Level). Je höher das Risiko, um so zuverlässiger müssen die Maßnahmen zur Risikominderung durchgeführt werden und um so zuverlässiger müssen die verwendeten Komponenten sein. HFT PFD T proof HFT = Die Hardwarefehlertoleranz (Auswertestruktur) = Der Anteil der sicheren Fehler oder sicheren Ausfälle PFD = Die Fehlerwahrscheinlichkeit im Falle der Anforderung T proof = Das Prüfintervall der gesamten Sicherheitseinrichtung

3 SICHERHEITSRISIKEN SENKEN Die Hardwarefehlertoleranz steht für die maximale Anzahl von Hardwarefehlern, ohne dass diese zu einem gefährlichen Ausfall führen können. Die Hardwarefehlertoleranz Null bedeutet, dass ein einzelner Fehler einen Verlust der Sicherheitsfunktion verursachen kann. HFT PFD T proof Die IEC verlangt in Abhängigkeit von der Safe Failure Fraction () ein Mindestmaß an Hardwarefehlertoleranz (HFT). Die Tabelle rechts zeigt dies. Der Anteil der sicheren Ausfälle Hardwarefehlertoleranz HFT Die der Pepperl+Fuchs-Geräte erreicht den Bereich zwischen 60 % und 90 %, bei Ventilsteuerbausteinen bis zu 100 %. Deshalb erreichen diese Bausteine auch SIL3 bei 1oo1-Auswertestruktur. < 60 % SIL1 SIL2 SIL3 60 % < 90 % SIL2 SIL3 SIL4 90 % < 99 % SIL3 SIL4 SIL4 _> 99 % SIL3 SIL4 SIL4 Maximal zulässiger SIL in Abhängigkeit von der Fehlertoleranz und dem Anteil sicherer Ausfälle (gemäß IEC ) für Subsysteme vom Typ A (nicht komplexe Subsysteme). HFT PFD T proof Dangerous Undetected DU Die (Safe Failure Fraction) ist der Anteil der sicheren Fehler, welche die Sicherheitsfunktion nicht gefährden (bestehend aus SD und SU ). Dangerous Detected DD Safe Detected SD Hinzu kommen die gefährlichen Fehler, die allerdings vom System erkannt und dadurch berücksichtigt werden ( DD ). Die die Sicherheitsfunktion beeinträchtigenden Faktoren sind vor allem die nicht vom System erkannten gefährlichen Fehler ( DU ). Safe Undected SU

4 AUSWERTESTRUKTUR UND ORGANISATORISCHE MASSNAHMEN HFT PFD T proof FEHLERVERTEILUNG IM REGELKREIS: Der Wert PFD (Probability of Failure on Demand) ist die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Gerät als Bestandteil der kompletten Sicherheitseinrichtung im low demand Modus versagt. 10 % Signalweg 10 % Signalweg 35 % Sensorik und Signalweg 15 % SSPS 50 % Aktuator und Signalweg Der PFD-Wert der kompletten sicherheitsbezogenen Funktion berechnet sich aus den Werten der Einzelkomponenten. Da Sensor und Aktuator im Feld montiert sind, werden diese physikalischen Belastungen ausgesetzt (Prozessmedium, Druck, Temperatur, Vibration usw.). Entsprechend hoch ist das Fehlerrisiko dieser Komponenten. Deshalb müssen für den Sensor 25 % und für den Aktuator 40 % des Gesamt-PFD vorgesehen werden. Für die fehlersichere Steuerung bleiben 15 % und für die Interfacebausteine je 10 % (Interfacebausteine und Steuerung haben keinerlei Kontakt zum Prozessmedium und sind im geschützten Schaltraum untergebracht). HFT PFD T proof ORGANISATORISCHE MASSNAHMEN: In der Prozessautomation befindet sich eine Sicherheitseinrichtung gewöhnlich im low demand Modus. Im Mittel entspricht dies einer Anforderung innerhalb eines Jahres. Die wichtigste organisatorische Maßnahme ist deshalb der regelmäßige Funktionstest der kompletten Sicherheitseinrichtung. Durch den Funktionstest wird die Funktionsfähigkeit der kompletten Sicherheitseinrichtung inklusive seiner mechanischen Komponenten überprüft. Je kürzer die Abstände zwischen den Tests, um so höher ist die Wahrscheinlichkeit der ordnungsgemäßen Funktion der Sicherheitseinrichtung.

5 ALLE WICHTIGEN KENNWERTE AUF EINEN BLICK Name = 1 Jahr PFD = 2 Jahre T proof = 5 Jahre Trennschaltverstärker KFD2-SR2-Ex2.W PFD = 3,21E-04 PFD = 6,42E-04 PFD = 1,60E-03 > 74 % KFD2-SR2-Ex1.W PFD = 3,21E-04 PFD = 6,42E-04 PFD = 1,60E-03 > 74 % Ventilsteuerbausteine Sensoren KFD2-SD-Ex1.17 PFD = 0,00E+00 PFD = 0,00E+00 PFD = 0,00E % SJ 2-N PFD = 3,02E-05 PFD = 6,05E-05 PFD = 1,51E-04 > 76 % SJ 3,5-N PFD = 4,82E-05 PFD = 9,64E-05 PFD = 2,41E-04 > 68 % Transmitterspeisegeräte KFD2-STC4-Ex1 PFD = 1,6E-04 PFD = 3,2E-04 PFD = 8,0E-03 > 91 % Ausfallkategorien: Fail Low (L) = Safe Fail High (H) = Safe Name = 1 Jahr = 5 Jahre = 10 Jahre HART Multiplexer KFD2-HMM-16 PFD = 6,13E-08 PFD = 3,07E-07 PFD = 6,13E-07 _> 60 % HiD 2700 PFD = 2,50E-07 PFD = 1,25E-06 PFD = 2,50E-06 _> 60 % Alle SIL-Bewertungen von Pepperl+Fuchs stehen im Internet kostenlos zur Verfügung. Besuchen Sie die Website WICHTIGE KENNWERTE AUF EINEN BLICK: Sichere Signale aus dem Standardprogramm Kein Mehrpreis Bewährte Technik Einfache Planung

6 GERÄTEÜBERSICHT Pepperl+Fuchs bietet SIL-Einstufungen für viele Standardgeräte. Das bedeutet für unsere Kunden: SIL Funktion Typ 2 AI SMART-Transmitterspeisegerät ED2-STC4-**2 2 DO Ventilsteuerbausteine ED2-VM-Ex*.3** 2 DI Schaltverstärker EG*-*** 2 AI SMART-Transmitterspeisegerät HiC AO Ausgangstrenner (Strom) HiC2031 Betriebsbewährte Geräte Keine veränderten Zulassungswerte Einheitliche Nachweise der Eigensicherheit Einheitliche Gerätedokumentation Einfache Lager- und Ersatzteilhaltung Hohe weltweite Verfügbarkeit Kein Mehrpreis für den Anwender Einfache Planung und Inbetriebnahme 2 DI Schaltverstärker HiC DI Schaltverstärker HiC DO Ventilsteuerbausteine HiC AI SMART-Transmitterspeisegerät HiD2025/2026(SK) 2 AI SMART-Transmitterspeisegerät HiD2029/2030(SK) 2 AO Ausgangstrenner (Strom) HiD2033/ AO SMART Ausgangstrenner (Strom) HiD2037/ DI Schaltverstärker HiD2821/2822/ DI Schaltverstärker HiD2842/ DO Ventilsteuerbausteine HiD2871/ DO Ventilsteuerbausteine HiD2875/ DO Ventilsteuerbausteine HiD DI Sicherheits-Schaltverstärker K***-SH-Ex1 3 DO Ventilsteuerbausteine KCD0-SD-Ex AO SMART Ausgangstrenner (Strom) KCD2-SCD-Ex1 2 DI Schaltverstärker KCD2-SR-***.** 2 AI SMART-Transmitterspeisegerät KCD2-STC-Ex1 2 AI Transmitterspeisegeräte KF**-CRG-***.* 2 DI Drehzahlüberwachung KF**-DWB-***.* 2 AI Temperaturmessumformer mit Grenzwert KF**-GUT-***.* 2 DI Schaltverstärker KF**-SOT2-***.** 2 DI Schaltverstärker KF**-SR2-***.**.** 2 DI Frequenz- Strom-Wandler mit Grenzwert KF**-UFC-***.* 2 AO Ausgangstrenner (Strom) KFD0-CS-***.*** 3 HART HART-Multiplexer-Slave KFD0-HMS-16 3 DO Relaismodul KFD0-RSH-1 2 AO SMART Ausgangstrenner (Strom) KFD0-SCS-***.** 2 AO Ausgangstrenner (Strom) KFD2-CD*-***.**-** 3 HART HART-Multiplexer-Master KFD2-HMM-16 2 AO SMART Ausgangstrenner (Strom) KFD2-SCD*-***.** 3 DO Ventilsteuerbausteine KFD2-SD-***.**** 3 DO Ventilsteuerbausteine KFD2-SL-***.** 2 DO Ventilsteuerbausteine KFD2-SL2-***.** 2 DO Ventilsteuerbausteine KFD2-SL-4 2 DI Stillstandsüberwachung KFD2-SR2-**2.W.SM 2 DI Schaltverstärker KFD2-ST2-***.** 2 AI SMART-Transmitterspeisegerät KFD2-STC4-***.** 2 AI SMART-Transmitterspeisegerät KFD2-STV4-***.** 3 HART HART-Multiplexer-Master Mux SURGE Überspannungsschutz P-LB-*** SIL Funktion Typ 2 A Hydrostatischer Drucksensor LHC-M20/M40 2 A Geführte Mikrowellen LTC*** 2 D Vibrationsgrenzschalter LVL-M* mit FEL51... FEL58 2 D Induktiver Initiator NCB2-12GM35-N0 2 D Induktiver Initiator NCB2-V3-N0 2 D Induktivinitiator NCB5-18GM40-N0 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NCN3-F25*-SN4*** 2 D Induktivinitiator NCN4-12GM35-N0 2 D Induktivinitiator NCN4-V3-N0 2 D Induktivinitiator NCN8-18GM40-N0 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ10-30GK-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ15-30GK-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ15S+U*+N*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ20S+U*+N*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ2-11-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ2-11-SN-G*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ2-12GK-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ3-18GK-S1N*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ40-FP-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ4-12GK-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ5-18GK-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ5-30GK-S1N*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ6-22-SN*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ6-22-SN-G*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ6S1+U*+N1*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator NJ8-18GK-SN*** 2 A Prozessdruck-Transmitter PPC-M10/M20 2 D Induktivinitiator SC3,5-N0 2 D Induktivinitiator SJ2-N 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator SJ2-S1N*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator SJ2-SN*** 2 D Induktivinitiator SJ3,5-N 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator SJ3,5-S1N*** 3 D Induktiver Sicherheitsinitiator SJ3,5-SN*** A = Analogsensor, D = Binärsensor

7 AUSWERTESTRUKTUR, GERÄTEAUSWAHL, ORGANISATORISCHE MASSNAHMEN Geräteauswahl, Auswertestruktur und organisatorische Maßnahmen bestimmen gemeinsam den erreichbaren SIL des Signalkreises. DER TYPISCHE SIGNALKREIS: Messwertaufnehmer (Transmitter oder Sensor) Eingangstrenner (Transmitterspeisegerät) Sicherheitssteuerung (SSPS) Ausgangstrenner (Ventilsteuerbaustein) Stellglied (Ventil oder Stellungsregler) AUSWERTESTRUKTUR: Der Signalkreis mit einer einfachen 1oo1-Auswertestruktur hat keine Hardwarefehlertoleranz (HFT = 0). Der Ausfall eines Gerätes kann zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen. Transmitter Analog Ein 1oo1 Signalverarbeitung SIL2 UND SIL3 MIT DEN GLEICHEN GERÄTEN: Der Signalkreis mit redundanter 1oo2-Auswertestruktur hat die Hardwarefehlertoleranz von 1 (HFT = 1). Der Ausfall eines Gerätes führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion. Transmitter Transmitter Analog Analog Ein Ein 1oo2 Signalverarbeitung HARDWARELÖSUNGEN OHNE SSPS Trennschaltverstärker schalten ihre Ausgangsstufe entsprechend dem Sensoreingang. Deshalb ist bei einfachen Trennschaltverstärker-Anwendungen keine Sicherheitssteuerung (SSPS) notwendig. 1oo1-Struktur typisch für SIL2 1oo2-Struktur typisch für SIL

8 PROZESSAUTOMATION PROTECTING YOUR PROCESS Seit mehr als einem halben Jahrhundert entwickelt Pepperl+Fuchs neue Konzepte für die Welt der Prozessautomation. Unser Unternehmen setzt Maßstäbe für Qualität und innovative Technologie. Wir entwickeln, produzieren und vertreiben weltweit elektronische Interface-Bausteine, Human-Machine Interfaces und Geräte zum Schutz explosionsgefährdeter Bereiche, wobei wir die höchsten Ansprüche der Anwender erfüllen. Durch unsere weltweite Präsenz und unsere hohe Flexibilität in Produktion und Service können wir anwendungsbezogene Komplettlösungen anbieten wo immer und wann immer Sie uns brauchen. Wir sind die anerkannten Experten in unseren Technologien Pepperl+Fuchs hat sich als Partner der weltweit größten Anwender von Verfahrenstechnik etabliert und bietet das umfassendste Portfolio an bewährten Komponenten für die unterschiedlichsten Anforderungen Zentrale Deutschland/Weltweit Pepperl+Fuchs GmbH Mannheim Germany Tel pa-info@de.pepperl-fuchs.com Zentrale Asien Pepperl+Fuchs PTE Ltd. Singapur Tel pa-info@sg.pepperl-fuchs.com 3 Zentrale Westeuropa und Afrika Pepperl+Fuchs N.V. Schoten/Antwerpen Belgien Tel pa-info@be.pepperl-fuchs.com 6 Zentrale Nordeuropa Pepperl+Fuchs GB Ltd. Oldham England Tel pa-info@gb.pepperl-fuchs.com 4 Zentrale Mittlerer Osten/Indien Pepperl+Fuchs M.E (FZE) Dubai VAE Tel: pa-info@ae.pepperl-fuchs.com 7 Zentrale Süd-/Osteuropa Pepperl+Fuchs Elcon srl Sulbiate Italien Tel pa-info@it.pepperl-fuchs.com 5 Zentrale Nord-/Zentralamerika Pepperl+Fuchs Inc. Twinsburg Ohio USA Tel pa-info@us.pepperl-fuchs.com 8 Zentrale Südamerika Pepperl+Fuchs Ltda. São Bernardo do Campo SP Brasilien Tel pa-info@br.pepperl-fuchs.com Änderungen vorbehalten Copyright PEPPERL+FUCHS Printed in Germany Part No /08 02