Your Global Automation Partner. Analogsignaltrenner IMX12-AO. Sicherheitshandbuch
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- Ingrid Schulze
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1 Your Global Automation Partner Analogsignaltrenner IMX12-AO Sicherheitshandbuch
2 2 Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
3 Inhalt 1 Über dieses Dokument 5 2 Geltungsbereich 5 3 Safety Integrity Level (SIL) 5 4 Produktbeschreibung Sicherheitsfunktion Sicherer Zustand 6 5 Sicherheitsplanung Architektonische Anforderungen Annahmen Ergebnisse der FMEDA Beispiele für die Verwendung der Ergebnisse Häufigkeit eines gefährlichen Fehlers pro Stunde (High Demand Mode) Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (Low Demand Mode) 7 6 Hinweise zum Betrieb Allgemeines Vor dem Betrieb Betrieb Außerbetriebnahme 11 7 Anhang: Anschlussbilder IMX12-AO01-1I-1I IMX12-AO01-2I-2I 12 8 Anhang: Begriffe und Abkürzungen 13 9 Anhang: Funktionstests Anhang: Dokumentenhistorie Anlage: Zertifikate 15 V /06 3
4 4 Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
5 1 Über dieses Dokument Dieses Sicherheitshandbuch enthält alle Informationen, die der Benutzer benötigt, um das Gerät in Anwendungen Funktionaler Sicherheit zu betreiben. Lesen Sie dieses Handbuch sorgfältig durch, bevor Sie das Gerät in Betrieb nehmen. Dieses Dokument befasst sich nur mit der Funktionalen Sicherheit nach IEC Andere Themen, wie z. B. Eigensicherheit, werden hier nicht berücksichtigt. Um die Funktionale Sicherheit zu gewährleisten, müssen sämtliche Anweisungen erfüllt werden. Achten Sie darauf, dass Sie ausschließlich die aktuelle Version des Sicherheitshandbuchs verwenden (erhältlich auf Die englische Version ist das maßgebliche Dokument. Die Übersetzung dieses Dokuments wurde mit aller Sorgfalt erstellt. Sollte es irgendeine Unsicherheit bei der Auslegung geben, beziehen Sie sich auf die englische Version des Sicherheitshandbuches oder kontaktieren Sie TURCK. 2 Geltungsbereich Dieses Sicherheitshandbuch gilt für die folgenden Geräte. Produktnummer Produktbezeichnung Anzahl der Anschlussklemmen Power-Rail-Anschluss Kanäle IMX12-AO01-1I-1I-HPR/24VDC 1 Schraubklemmen ja IMX12-AO01-1I-1I-H0/24VDC 1 Schraubklemmen nein IMX12-AO01-1I-1I-HPR/24VDC/CC 1 Federzugklemmen ja IMX12-AO01-1I-1I-H0/24VDC/CC 1 Federzugklemmen nein IMX12-AO01-2I-2I-HPR/24VDC 2 Schraubklemmen ja IMX12-AO01-2I-2I-H0/24VDC 2 Schraubklemmen nein IMX12-AO01-2I-2I-HPR/24VDC/CC 2 Federzugklemmen ja IMX12-AO01-2I-2I-H0/24VDC/CC 2 Federzugklemmen nein Die Power-Rail-Verbindung ist nicht sicherheitsgerichtet. 3 Safety Integrity Level (SIL) Die Geräte sind klassifiziert für Anwendungen bis zu: SIL2 4 Produktbeschreibung Über den Analogsignaltrenner IMX12-AO wird das normierte Stromsignal galvanisch getrennt aus dem Nicht-Ex-Bereich in den Ex-Bereich ohne Beeinflussung 1:1 übertragen. Neben den Analogsignalen werden auch bidirektional die digitalen Signale der HART -Kommunikation übertragen. Ausgang A1 ist dem Eingang E1 zugeordnet, Ausgang A2 ist dem Eingang E2 zugeordnet. Typische Anwendungen sind die Ansteuerung von I/P-Wandlern sowie Anzeigegeräten und Aktuatoren. V /06 5
6 Sicherheitsplanung 4.1 Sicherheitsfunktion 4.2 Sicherer Zustand Fließt ein am Eingang [E1, E2] ein Strom kleiner als 3,6 ma, wird innerhalb von 50 ms ein Strom von kleiner als 3,6 ma am entsprechenden Ausgang [A1, A2] ausgegeben. Die Übertragung des 4 20 ma-stromsignals ist nicht Teil der Sicherheitsfunktion. Die Power-Rail ist nicht Teil der Sicherheitsfunktion. Im sicheren Zustand fließt ein Strom kleiner als 3,6 ma am Ausgang [A1, A2]. 5 Sicherheitsplanung Dieses Kapitel enthält Informationen zur Planung eines sicherheitsgerichteten Kreises. Das Gerät ist nicht für eine bestimmte Anwendung ausgelegt. Stellen Sie sicher, dass die Angaben in diesem Kapitel für Ihre Zielanwendung gelten. Besondere anwendungsspezifische Faktoren können zur vorzeitigen Abnutzung des Geräts führen und müssen bei der Planung von Systemen berücksichtigt werden. Treffen Sie besondere Maßnahmen, um einen Mangel an Erfahrungswerten zu kompensieren, beispielsweise durch Einführung kürzerer Prüfintervalle. Die Eignung für bestimmte Anwendungen muss, unter Berücksichtigung des jeweiligen sicherheitstechnischen Gesamtsystems, im Hinblick auf die Anforderungen der IEC bewertet werden. Die Sicherheitsplanung darf nur von geschultem und qualifiziertem Personal durchgeführt werden. Im Zweifelsfall wenden Sie sich direkt an TURCK. 5.1 Architektonische Anforderungen Aufgrund architektonischer Betrachtungen werden die folgenden Merkmale angegeben: 5.2 Annahmen Typ A HFT 0 Lebensdauer 10 Jahre Die Ausfallraten sind konstant, der mechanische Verschleiß wird nicht berücksichtigt. Die Ausbreitung von Ausfällen ist nicht relevant. Die Ausfallraten einer externen Spannungsversorgung sind nicht berücksichtigt. Alle Komponenten, die nicht Teil der Sicherheitsfunktion sind und die Sicherheitsfunktion (Feedback-immun) nicht beeinflussen können, sind ausgeschlossen. 6 Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
7 5.3 Ergebnisse der FMEDA Auf Basis der FMEDA wurden folgende Kennwerte ermittelt. λsd λsu λdd λdu ohne Effekt SFF DC 0 FIT 324 FIT 0 FIT 76 FIT 588 FIT 80 % 0 % Der angegebene SFF (Anteil sicherer Ausfälle) dient nur als Referenz. Um den SFF-Gesamtwert bestimmen zu können, muss das vollständige Subsystem ausgewertet werden. Die in dieser Analyse verwendeten Ausfallraten sind die grundlegenden Ausfallraten der Siemens-Norm SN No effect bezeichnet die Ausfallart einer Komponente, die zwar an der Umsetzung der Sicherheitsfunktion beteiligt ist, aber weder einen sicheren noch einen gefährlichen Ausfall darstellt. Nach IEC ist es möglich, No-effect-Ausfälle als sicher nicht erkannte Ausfälle zu klassifizieren. Wird diese Klassifizierung nicht vorgenommen, stellt dies den Worst Case dar. 5.4 Beispiele für die Verwendung der Ergebnisse Häufigkeit eines gefährlichen Fehlers pro Stunde (High Demand Mode) Die PFH-Werte basieren auf einer Worst-Case-Diagnose-Testrate und einer Reaktionszeit von 20 ms. Das Verhältnis der Diagnose-Testrate zur Anforderungsrate muss größer oder gleich als 100 sein. PFH 7.63E-08 1/h Mittlere Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls bei Anforderung (Low Demand Mode) Mit den Ergebnissen der FMEDA und den in den folgenden Tabelle angegebenen Werten kann die durchschnittliche Häufigkeit der gefährlichen Ausfälle exemplarisch berechnet werden: T h MTTR 24 h PFDavg 7.84E-04 V /06 7
8 Hinweise zum Betrieb 6 Hinweise zum Betrieb 6.1 Allgemeines Die SIL-Registrierungs-Karte liegt dem Produkt bei. Im Fall einer sicherheitsgerichteten Anwendung muss die SIL-Karte vollständig ausgefüllt an Turck gesendet werden. Das Gerät darf nur von geschultem und qualifiziertem Personal montiert, installiert, in Betrieb genommen und instand gehalten werden. Das Gerät ist nicht für eine bestimmte Anwendung ausgelegt. Stellen Sie sicher, dass anwendungsspezifische Aspekte berücksichtigt werden. Daten aus anderen Dokumenten (wie z. B. Datenblätter) gelten nicht für Anwendungen der Funktionalen Sicherheit. Die Geräte müssen in Schaltschränken in einer typischen industriellen Umgebung eingesetzt werden. Folgende Einschränkungen gelten für die Bedienung und Lagerung: Stellen Sie sicher, dass die Umgebung die folgenden Bedingungen erfüllt: Min. Umgebungstemperatur -25 C Max. Umgebungstemperatur 70 C Maximale durchschnittliche Umgebungstemperatur über einen langen Zeitraum 40 C Min. Lagertemperatur -40 C Max. Lagertemperatur 80 C Max. Luftfeuchtigkeit 95 % Min. Luftdruck 80 kpa Max. Luftdruck 110 kpa Stellen Sie sicher, dass eine ausreichende Wärmeabfuhr gewährleistet ist. Schützen Sie das Gerät vor Wärmestrahlung und starken Temperaturschwankungen. Schützen Sie das Gerät vor Staub, Schmutz, Feuchtigkeit, Schock, Vibration, chemischer Belastung, erhöhter Strahlung und anderen Umwelteinflüssen. Achten Sie auf einen Schutz von mindestens IP20 nach IEC an der Montagestelle. Stellen Sie sicher, dass die elektromagnetische Belastung nicht die Anforderungen der IEC übersteigt. Ersetzen Sie das Gerät vor Ablauf der Lebensdauer (siehe 5.1 Architektonische Anforderungen auf Seite 6). Das Gerät darf nicht repariert werden. Bei Problemen im Hinblick auf die Funktionale Sicherheit muss TURCK sofort benachrichtigt und das Gerät zurückgesendet werden an: Hans Turck GmbH & Co. KG Witzlebenstraße Mülheim an der Ruhr Deutschland 8 Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
9 6.2 Vor dem Betrieb Befestigen Sie das Gerät wie folgt an einer DIN-Schiene nach EN (TH35): Schließen Sie die Kabel gemäß den Anschlussbildern an (siehe 7 Anhang: Anschlussbilder auf Seite 12). Verwenden Sie ausschließlich Leiter (starr oder flexibel) mit einem Querschnitt von 0,2 2,5 mm². Bei der Verdrahtung mit Litzendrähten: Befestigen Sie die Drahtenden mit Ader-Endhülsen. Anschluss über Schraubklemmen Führen Sie die abisolierten Leitungsenden (10 mm) in die Führungen der Kabelverschraubungen ein. Befestigen Sie die Schrauben. Das max. Anzugsdrehmoment beträgt 0,5 Nm mm² mm 0.5 Nm V /06 9
10 Hinweise zum Betrieb Anschluss über Federzugklemmen: Drücken Sie die Federzugklemme mit einem geeigneten Schraubendreher nach unten. Führen Sie die abisolierten Leitungsenden (10 mm) in die Führungen der Kabelverschraubungen ein. Ziehen Sie den Schraubendreher heraus, um die Kabelenden zu fixieren mm² mm 6.3 Betrieb Stellen Sie sicher, dass nur geeignete Geräte (z. B. Sensoren) an das Gerät angeschlossen sind (siehe 7 Anhang: Anschlussbilder auf Seite 12). Stellen Sie sicher, dass eine geeignete Spannungsversorgung mit den folgenden Merkmalen verwendet wird: Min. Spannung Max. Spannung Min. Leistung Nach der Installation muss ein Funktionstest ausgeführt werden, um die gewünschte Funktion zu überprüfen (siehe 9 Anhang: Funktionstests auf Seite 13) Das Gerät muss gegen unbeabsichtigte Bedienung/Änderung gesperrt werden. Falls das Gerät im Low-demand-Modus betrieben wird, müssen Funktionstests durchgeführt werden (siehe 9 Anhang: Funktionstests auf Seite 13). Stellen Sie sicher, dass die Verbindungen und Kabel immer in einem ordnungsgemäßen Zustand sind. Das Gerät muss sofort ausgetauscht werden, wenn die Klemmen fehlerhaft sind oder das Gerät sichtbare Mängel hat. Wenn eine Reinigung erforderlich ist, verwenden Sie keine flüssigen oder statisch aufladenden Reinigungsmittel. Führen Sie nach jeder Reinigung Funktionstests durch (siehe 9 Anhang: Funktionstests auf Seite 13). 10 V 30 V 4 W 10 Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
11 6.4 Außerbetriebnahme Lösen Sie den Klemmenanschluss am Gerät. Entfernen Sie das Gerät gemäß Abbildung aus seiner Befestigung: Entsorgen sie das Gerät fachgerecht. V /06 11
12 Anhang: Anschlussbilder 7 Anhang: Anschlussbilder 7.1 IMX12-AO01-1I-1I Die Anschlussbelegung finden Sie auf der Seite des Geräts. Lastwiderstand (A1, A2): 800 Ω A ma Source ma RD 10 E1 Pwr GN NC X1 X2 X3 X4 X VDC IMX12-AO01-2I-2I A ma Source A RD 10 E ma 11 + RD 12 E2 Pwr GN NC X1 X2 X3 X4 X VDC Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
13 8 Anhang: Begriffe und Abkürzungen DC FIT FMEDA HFT λdd λdu λsd λsu MTTR PFDavg PFH SFF SIL T1 Typ A 9 Anhang: Funktionstests Diagnostic Coverage/Diagnosedeckungsgrad Failure in time/ausfälle pro Zeit: 1 FIT ist 1 Fehler pro 10E09 Stunden Failure Modes, Effects and Diagnostic Analysis Hardware failure tolerance/hardwarefehlertoleranz Detected dangerous failure rate (per hour)/rate gefährlicher erkannter Ausfälle (pro Stunde) Undetected dangerous failure rate (per hour)/rate gefährlicher nicht erkannter Ausfälle (pro Stunde) Detected safe failure rate (per hour)/rate sicher erkannter Ausfälle (pro Stunde) Undetected safe failure rate (per hour)/rate sicher nicht erkannter Ausfälle (pro Stunde) Mean time to restoration/mittlere Dauer bis zur Wiederherstellung (Stunden) Average probability of failure on demand/mittlere Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls bei Anforderung Average frequency of dangerous failure/mittlere Häufigkeit eines gefahrbringenden Ausfalls pro Stunde Safe Failure Fraction/Anteil sicherer Ausfälle Safety Integrity Level/Sicherheits-Integritätslevel Proof test interval (hour)/wiederholungsprüfung (Stunden) Non-complex element (all failure modes are well defined); for details see of IEC / Nicht-komplexes Element (alle Ausfallarten sind gut definiert); Einzelheiten finden Sie unter der IEC Funktionstests müssen durchgeführt werden, um gefährliche Fehler aufzudecken, die durch Diagnosefunktionen nicht entdeckt werden. Das bedeutet, es muss festgelegt werden, wie die nicht erkannten gefährlichen Fehler, die im Rahmen der FMEDA ermittelt wurden, durch Funktionstests aufgedeckt werden können. Stellen Sie sicher, dass der Funktionstest nur durch Fachpersonal durchgeführt wird. Ein Funktionstest besteht aus den folgenden Schritten (Vorschlag): Schritt Maßnahme 1. Überbrücken Sie die Sicherheitsfunktionen und verhindern Sie durch geeignete Maßnahmen eine Fehlauslösung. 2. Geben Sie geeignete Eingabe-/Steuersignale an das Gerät, um zu überprüfen, ob das Gerät die erwarteten Signal-Eingabe-/Ausgabebedingungen an den Schnittstellen zur Verfügung stellt. 3. Überprüfen Sie, ob die interne Fehlererkennung funktioniert, falls diese aktiviert ist. 4. Geben Sie geeignete Eingabe-/Steuersignale an das Gerät, um zu überprüfen, ob die Sicherheitsfunktion korrekt durchgeführt wird. 5. Entfernen Sie die Überbrückung und stellen Sie den normalen Betrieb wieder her. Dieser Test erkennt 85 % aller möglichen, gefährlichen unentdeckten Fehler. Sobald die Prüfung abgeschlossen ist, dokumentieren und archivieren Sie die Ergebnisse. V /06 13
14 Anhang: Dokumentenhistorie 10 Anhang: Dokumentenhistorie Version Datum Modifikationen Erste Version 14 Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
15 11 Anlage: Zertifikate V /06 15
16 Anlage: Zertifikate 16 Hans Turck GmbH & Co. KG T F more@turck.com
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18 ...with 28 subsidiaries and over 60 representations worldwide! D /06 *D201480ßß1506*
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