Elektropneumatische Stellungsregler TZIDC / TZIDC-200

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1 SIL-Sicherheitshinweise 37/18-79-DE Elektropneumatische Stellungsregler TZIDC / TZIDC-200 und Shutdown-Modul für TZIDC / TZIDC-200 Hinweise zur funktionalen Sicherheit

2 Inhalt Blinder Text Elektropneumatische Stellungsregler TZIDC / TZIDC-200 SIL-Sicherheitshinweise 37/18-79-DE Rev. E Originalanleitung Hersteller: ABB Automation Products GmbH Process Automation Schillerstraße Minden Deutschland Tel.: Fax: vertrieb.messtechnik-produkte@de.abb.com Kundencenter Service Tel.: Fax: automation.service@de.abb.com Copyright 2014 by ABB Automation Products GmbH Änderungen vorbehalten Dieses Dokument ist urheberrechtlich geschützt. Es unterstützt den Anwender bei der sicheren und effizienten Nutzung des Gerätes. Der Inhalt darf weder ganz noch teilweise ohne vorherige Genehmigung des Rechtsinhabers vervielfältigt oder reproduziert werden. 2 TZIDC / TZIDC /18-79-DE

3 Inhalt 1 Anwendungsbereich Akronyme und Abkürzungen Relevante Normen Begriffe und Definitionen Bestimmung des Safety Integrity Level (SIL) Sicherheitsbezogenes System Angaben für die Sicherheitsfunktion Mitgeltende Gerätedokumentationen Verhalten im Betrieb und bei Störung Wiederkehrende Prüfungen Sicherheitstechnische Kenngrößen Annahmen Spezifische sicherheitstechnische Kenngrößen SIL-Konformitätserklärung Management Summary /18-79-DE TZIDC / TZIDC-200 3

4 Anwendungsbereich 1 Anwendungsbereich Zur Stellungsregelung an Armaturen mit pneumatischen Antrieben, welche den besonderen Anforderungen der Sicherheitstechnik bis SIL 2 nach IEC genügen sollen. Es handelt sich dabei um einfach wirkende, entlüftende ABB Stellungsregler der Typen TZIDC / TZIDC-200 und um pneumatische Antriebe mit Federrückstellung. Bei einem Ausfall der Hilfsenergie (elektrisch bzw. pneumatisch) entlüftet der Stellungsregler den Antrieb und die Feder im Antrieb fährt die Armatur in eine vorbestimmte, sichere Endlage (AUF oder ZU). Die Stellungsregler erfüllen folgende Anforderungen: - Funktionale Sicherheit gemäß IEC Explosionsschutz (je nach Version) - Elektromagnetische Verträglichkeit nach EN TZIDC / TZIDC /18-79-DE

5 Akronyme und Abkürzungen 2 Akronyme und Abkürzungen Abkürzung Englisch Deutsch HFT Hardware Fault Tolerance Hardware Fehlertoleranz Fähigkeit einer Funktionseinheit, eine geforderte Funktion bei Bestehen von Fehlern oder Abweichungen weiter auszuführen. MTBF Mean Time Between Failures Mittlere Zeitdauer zwischen zwei Ausfällen. MTTR Mean Time To Repair Mittlere Zeitdauer zwischen dem Auftreten eines Fehlers in einem Gerät oder System und der Reparatur. PFD PFD av Probability of Failure on Demand Average Probability of Failure on Demand Wahrscheinlichkeit gefahrbringender Ausfälle einer Sicherheitsfunktion im Anforderungsfall. Mittlere Wahrscheinlichkeit gefahrbringender Ausfälle einer Sicherheitsfunktion im Anforderungsfall. SIL Safety Integrity Level Safety Integrity Level Die internationale Norm IEC definiert vier diskrete Safety Integrity Level (SIL 1 bis SIL 4). Jeder Level entspricht einem Wahrscheinlichkeitsbereich für das Versagen einer Sicherheitsfunktion. Je höher der Safety Integrity Level der sicherheitsbezogenen Systeme ist, um so geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie die geforderten Sicherheitsfunktionen nicht ausführen. SFF Safe Failure Fraction Anteil ungefährlicher Ausfälle. FIT Failure in Time 1 x 10-9 Fehler pro Stunde. TI λ sd λ su λ dd λ du Test Interval between life testing of the safety function Failure rate for all safe detected failures Failure rate for all safe undetected failures Failure rate for all dangerous detected failures Failure rate for all dangerous undetected failures Prüfintervall zwischen Funktionstests der Schutzfunktion. Gesamtrate für sichere erkannte Ausfälle. Gesamtrate für sichere unerkannte Ausfälle. Gesamtrate für gefährliche erkannte Ausfälle. Gesamtrate für gefährliche unerkannte Ausfälle. 37/18-79-DE TZIDC / TZIDC-200 5

6 Relevante Normen 3 Relevante Normen Norm Englisch Deutsch IEC 61508, Teil 1 bis 7 Functional safety of electrical / electronic / programmable electronic safety-related systems (Target group: Manufacturers and Suppliers of Devices). Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer / elektronischer / programmierbarer elektronischer Systeme (Zielgruppe: Hersteller und Lieferanten von Geräten). 4 Begriffe und Definitionen Begriff Gefahrbringender Ausfall Sicherheitsbezogenes System Sicherheitsfunktion Erklärung Ausfall mit dem Potenzial, das sicherheitsbezogene System in einen gefährlichen oder funktionsunfähigen Zustand zu versetzen. Ein sicherheitsbezogenes System führt die Sicherheitsfunktionen aus, die erforderlich sind, um einen sicheren Zustand, z.b. in einer Anlage, zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. Beispiel: Druckmessgerät - Logikeinheit (z.b. Grenzsignalgeber) - Ventil bilden ein sicherheitsbezogenes System. Definierte Funktion, die von einem sicherheitsbezogenen System ausgeführt wird, mit dem Ziel, unter Berücksichtigung eines festgelegten gefährlichen Vorfalls, einen sicheren Zustand für die Anlage zu erreichen oder aufrechtzuerhalten. Beispiel: Grenzdrucküberwachung 6 TZIDC / TZIDC /18-79-DE

7 5 Bestimmung des Safety Integrity Level (SIL) Bestimmung des Safety Integrity Level (SIL) Der erreichbare Safety Integrity Level wird durch folgende sicherheitstechnische Kenngrößen bestimmt: Mittlere Wahrscheinlichkeit gefahrbringender Ausfälle einer Sicherheitsfunktion im Anforderungsfall (PFD av ) Hardware Fehlertoleranz (HFT) Anteil ungefährlicher Ausfälle (SFF) Die spezifischen sicherheitstechnischen Kenngrößen für den TZIDC / TZIDC-200 und das Shutdown-Modul, als Teil der Sicherheitsfunktion, sind im Kapitel Sicherheitstechnische Kenngrößen" aufgeführt. Die folgende Tabelle zeigt die Abhängigkeit des Safety Integrity Level (SIL) von der mittleren Wahrscheinlichkeit gefahrbringender Ausfälle einer Sicherheitsfunktion des gesamten sicherheitsbezogenen Systems" (PFD av ). Dabei wird der Low demand mode" betrachtet, d.h. die Sicherheitsfunktion wird maximal einmal im Jahr geprüft. Safety Integrity Level (SIL) (low demand mode) < < 10-3 PFD av < < /18-79-DE TZIDC / TZIDC-200 7

8 Sicherheitsbezogenes System 6 Sicherheitsbezogenes System Sensor, Logikeinheit und Aktor (Stellungsregler, pneumatischer Antrieb und Armatur) bilden zusammen ein sicherheitsbezogenes System, das eine Sicherheitsfunktion ausführt. Die mittlere Wahrscheinlichkeit gefahrbringender Ausfälle des gesamten sicherheitsbezogenen Systems" (PFD av ) teilt sich auf die Teilsysteme Sensor, Logikeinheit und Aktor üblicherweise gemäß der nachfolgenden Tabelle auf. Übliche Aufteilung der mittleren Wahrscheinlichkeit gefahrbringender Ausfälle einer Sicherheitsfunktion im Anforderungsfall (PFD av ) auf die Teilsysteme Sensor, z.b. Druckmessgerät Logikeinheit z.b. SPS Aktor z.b. Ventil 35 % 15 % 50 % Wichtig Diese Dokumentation behandelt die elektropneumatischen Stellungsregler TZIDC, TZIDC-200 und das Shutdown-Modul für die Stellungsregler als Teil einer Sicherheitsfunktion. Die folgende Tabelle zeigt den erreichbaren Safety Integrity Level (SIL) des gesamten sicherheitsbezogenen Systems für Systeme vom Typ A abhängig vom Anteil ungefährlicher Ausfälle (SFF) und der Hardware Fehlertoleranz (HFT). Abb. 1 Sicherheitsfunktion Systemunabhängige Anlagenüberwachung mit Stellungsregler TZIDC-200 und Shutdown Modul als Teilsysteme 1 Messumformer 265xx mit Vor-Ort- Bedienung, Möglichkeit zur Einstellung von Messanfang, Messende und Dämpfung. 2 Überwachung 3 Regelung 4 Pneumatischer Stellungsregler TZIDC mit Regelventil und Vor-Ort-Bedienung zur Inbetriebnahme, Konfiguration und Parametrierung. 5 Im Stellungsregler eingebautes Shutdown Modul zum Entlüften des pneumatischen Antriebs. Die Ansteuerung des Moduls erfolgt unabhängig vom Regelsystem. 8 TZIDC / TZIDC /18-79-DE

9 Funktionsbeschreibung Angaben für die Sicherheitsfunktion Die Ansteuerung des Shutdown Moduls ist vom übrigen Stellungsregler galvanisch getrennt. Daher ist es einem Überwachungssystem möglich, unabhängig vom Regelsystem, auf das Stellgerät einzuwirken. Beim Wegfall der separat eingespeisten 24 V DC für das Shutdown Modul wird die Versorgung des I/P-Wandlers im Stellungsregler unterbrochen und entlüftet daraufhin den pneumatischen Antrieb, der dann federgetrieben die Armatur in eine sichere Endlage (AUF oder ZU) fährt. Die Hauptplatine im Stellungsregler einschließlich Kommunikation und Rückmeldungen ist weiterhin aktiv, da sie über das analoge Sollwertsignal gespeist wird. 7 Angaben für die Sicherheitsfunktion Achtung! Beim Wegfall des Eingangssignals entlüftet das Pneumatikmodul im Stellungsregler den Antrieb und die darin eingebaute Feder fährt die Armatur in eine vorbestimmte Endlage (AUF oder ZU). Wichtig Sicherheitsbezogene Systeme ohne selbstverriegelnde Funktion müssen nach Ausführung der Sicherheitsfunktion innerhalb der MTTR (8 Stunden) in einen überwachten oder anderweitig sicheren Zustand gebracht werden. Die Lebensdauer der Geräte ist entsprechend den angegebenen Werten für die MTBF zu beurteilen. 8 Mitgeltende Gerätedokumentationen Für den Stellungsregler und das Shutdown-Modul muss je nach Ausführung folgende Dokumentation vorhanden sein: Typ TZIDC und Shutdown-Modul TZIDC-200 und Shutdown-Modul Betriebsanleitung 42/18-84 xx 42/18-85 xx Für Geräte in explosionsgeschützter Ausführung muss die entsprechende EG- Baumusterprüfbescheinigung vorhanden sein. 9 Verhalten im Betrieb und bei Störung Wichtig Das Verhalten im Betrieb und bei Störung wird in der Betriebsanleitung beschrieben. 37/18-79-DE TZIDC / TZIDC-200 9

10 Wiederkehrende Prüfungen 10 Wiederkehrende Prüfungen Überprüfung der Sicherheit Die Sicherheitsfunktion des gesamten Sicherheitskreises ist gemäß IEC regelmäßig zu prüfen. Die Testintervalle werden u.a. bei der Berechnung jedes einzelnen Sicherheitskreises einer Anlage (PFD av 's) bestimmt. Überprüfung der Funktion Die Sicherheitsfunktionen in der Anwendung (0 ma-signal, Shutdown-Modul (wenn montiert)) müssen jährlich geprüft werden. Lebensdauer elektrischer Bauteile Die zu Grunde gelegten Ausfallraten elektrischer Bauteile gelten innerhalb der nutzbaren Lebensdauer gemäß IEC , Abschnitt , Hinweis 3. Reparatur Defekte Geräte müssen, möglichst mit Angabe der Störung und der Ursache, an die Reparaturabteilung eingesendet werden. Wichtig Bei der Bestellung von Ersatzgeräten bitte die Seriennummer (auf dem Typenschild) des Originalgeräts angeben. Anschrift ABB Automation GmbH Abt. Parts & Repair Schillerstraße Minden DEUTSCHLAND 10 TZIDC / TZIDC /18-79-DE

11 Sicherheitstechnische Kenngrößen 11 Sicherheitstechnische Kenngrößen 11.1 Annahmen - Die Kommunikation mit HART-Protokoll wird nur verwendet, um das Gerät zu konfigurieren und zu kalibrieren. Sie wird auch für Diagnosefunktionen verwendet, jedoch nicht für sicherheitstechnisch kritische Operationen. - Bei einem Ausfall der Hilfsenergie ( ma) wird der pneumatische Ausgang des Stellungsreglers TZIDC / TZIDC-200 entlüftet und eine Feder im pneumatischen Antrieb fährt die Armatur in eine vordefinierte Endlage. - Die pneumatische Hilfsenergie ist frei von Öl, Wasser und Staub nach DIN / ISO Die Reparaturzeit (MTTR) nach einem Gerätefehler beträgt 8 Stunden. - Die mittlere Temperatur über einen langen Zeitraum betrachtet beträgt 40 C. - Der Stellungsregler wird nur in Anwendungen mit niedriger Anforderungsrate eingesetzt (low demand mode) Spezifische sicherheitstechnische Kenngrößen Stellungsregler-Typ Kategorie SFF PFDav λ dd + λ s λ du TZIDC / TZIDC-200 als Shutdown-Modul TZIDC / TZIDC-200 mit Versorgungsstrom 0 ma SIL2 94 % 1,76 x FIT 140 FIT 94 % 1,76 x FIT 40 FIT λ dd + λ s : λ du : Fehlerrate gefährliche entdeckte und sichere Fehler Fehlerrate gefährliche unentdeckte Fehler Wichtig Die in der oben dargestellten Tabelle genannten PFD av -Werte beziehen sich nur auf die Stellungsregler TZIDC / TZIDC-200 bzw. das Shutdown-Modul. Weitere Detailinformationen siehe Management Summary. 37/18-79-DE TZIDC / TZIDC

12 SIL-Konformitätserklärung 12 SIL-Konformitätserklärung 12 TZIDC / TZIDC /18-79-DE

13 Management Summary 13 Management Summary 37/18-79-DE TZIDC / TZIDC

14 Management Summary 14 TZIDC / TZIDC /18-79-DE

15 Management Summary 37/18-79-DE TZIDC / TZIDC

16 ABB bietet umfassende und kompetente Beratung in über 100 Ländern, weltweit. ABB optimiert kontinuierlich ihre Produkte, deshalb sind Änderungen der technischen Daten in diesem Dokument vorbehalten. Printed in the Fed. Rep. of Germany ( ) ABB KXE341001R /18-79-DE Rev. E ABB Automation Products GmbH Process Automation Borsigstr Alzenau Deutschland Tel: Fax: Mail: vertrieb.messtechnik-produkte@de.abb.com ABB Automation Products GmbH Process Automation Im Segelhof 5405 Baden-Dättwil Schweiz Tel: Fax: Mail: instr.ch@ch.abb.com ABB AG Process Automation Clemens-Holzmeister-Str Wien Österreich Tel: Fax: Mail: instr.at@at.abb.com