Liquiphant M/S mit Elektronikeinsatz FEL55

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1 Handbuch zur Funktionalen Sicherheit Liquiphant M/S mit Elektronikeinsatz FEL55 Grenzstand-Messsystem Anwendungsbereich Minimumdetektion (auch Trockenlaufschutz) von Flüssigkeiten aller Art in Behältern, welche den besonderen Anforderungen der Sicherheitstechnik nach IEC 61508/IEC genügen sollen. Die Messeinrichtung erfüllt die Anforderungen an Explosionsschutz durch Eigensicherheit oder druckfeste Kapselung an elektromagnetische Verträglichkeit nach EN und NAMUR-Empfehlung NE 21 an Elektrische Sicherheit nach IEC/EN Ihre Vorteile Für Minimumdetektion bis SIL 2 geeignet unabhängig beurteilt (Functional Assessment) durch exida.com nach IEC 61508/IEC Überwachung auf Korrosion an der Schwinggabel des Messaufnehmers keinerlei Abgleich Fremdvibrationssicher einfache Inbetriebnahme SD279F/00/de

2 Inhaltsverzeichnis SIL Konformitätserklärung Allgemeines Aufbau des Messsystems mit Liquiphant M/S mit FEL Einstellungen und Installationshinweise Installationshinweise Verhalten im Betrieb und bei Störung Wiederkehrende Prüfung des Messsystems Anhang Spezifische Werte und Verschaltungsarten für das Messsystem Liquiphant M/S mit FEL Exida Management Summary

3 SIL Konformitätserklärung SIL_08004a_00_a2 3

4 ! Hinweis! Aufbau des Messsystems mit Liquiphant M/S mit FEL55 Allgemeines Allgemeine Informationen über Funktionale Sicherheit (SIL) sind erhältlich unter: (deutsch) bzw. (englisch) und in der Kompetenzbroschüre CP002Z "Funktionale Sicherheit in der Prozess-Instrumentierung zur Risikoreduzierung". Grenzstand-Messsystem In der folgenden Abbildung sind die Geräte des Messsystems dargestellt (beispielhaft). Liquiphant M/S Elektronikeinsatz SD279de02 Sicherheitsfunktion Die Sicherheitsfunktion gilt nur für MIN-Sicherheit (Überwachung des Bedecktzustandes). Für die Sicherheitsfunktion sind folgende Einstellungen zugelassen: Gerät Einstellung Auslieferzustand Liquiphant M/S Dichteschalter-Stellung: 0,5 Dichteschalter-Stellung: 0,7 Sicherheitsschaltung "MIN" Dichteschalter-Stellung: 0,7 Sicherheitsschaltung "MAX" Der Stromausgang führt: beim Ansprechen des Trockenlaufschutz zu (Gabel frei) 8 ma ± 6 %. bei bedeckter Gabel zu 16 ma ± 5 %. Die Schaltschwelle für die Stromschwelle der Sicherheitsfunktion muss 12 ma sein. Das Ausgangssignal für Netzspannungsausfall und Sensorstörung ist < 3,6 ma. LED Anzeige Zusätzlich zum Stromausgang zeigt eine rote LED folgendes an (nicht Teil der Sicherheitsfunktion): Füllstandalarm (Gabel frei) - rote LED leuchtet Korrosionsalarm oder erkannte elektrische Störung - rote LED blinkt (1 Hz) Zulässige Varianten des Liquiphant M/S mit FEL55 für die Sicherheitsfunktion Folgende Kombinationen sind für das Messsystem zulässig: FTL50-######5###* FTL51-######5###* FTL50H-######5###* FTL51H-######5###* FTL51C-######5####* Liquiphant M mit FEL55 FTL70-######5####* FTL71-######5####* Liquiphant S mit FEL55 Zulässige Gerätetypen (# = alle Geräteausprägungen zulässig); * 5 = FEL55 4

5 ! Hinweis! Angaben für die Sicherheitsfunktion Die verbindlichen Einstellungen und Angaben für die Sicherheitsfunktion gehen aus dem Anhang (Seite 8) hervor. Die Reaktionszeit des Messsystems beträgt 1,4 s. MTTR wird mit 8 Stunden angesetzt. Sicherheitssysteme ohne selbstverriegelnde Funktion müssen nach Ausführung der Sicherheitsfunktion innerhalb MTTR in einen überwachten oder anderweitig sicheren Zustand gebracht werden. Mitgeltende Gerätedokumentation Für das Messsystem müssen folgende Dokumentationen vorhanden sein: Liquiphant M Liquiphant S Relevanter Inhalt Technische Information Typen FTL50, FTL51, FTL50H, FTL51H: TI328F Typ FTL51C: TI347F Für alle Gerätetypen: TI354F Anschlusswerte, Installationshinweise Betriebsanleitung Typen FTL50, FTL51: KA143F Typen FTL50, FTL51: KA163F (mit Alu-Gehäuse/separatem Anschlussraum) Typen FTL50H, FTL51H: KA144F Typen FTL50H, FTL51H: KA164F (mit Alu-Gehäuse/separatem Anschlussraum) Typ FTL51C: KA162F Typ FTL51C: KA165F (mit Alu-Gehäuse/separatem Anschlussraum) Typen FTL70, FTL71: KA172F Typen FTL70, FTL71: KA173F (mit Alu-Gehäuse/separatem Anschlussraum) Einstellung, Konfiguration, Hinweise, Funktionstests 5

6 Einstellungen und Installationshinweise Installationshinweise Die Hinweise zur korrekten Installation des Liquiphant M/S mit FEL55 sind der Kompaktanleitung (KA) zu entnehmen. Da die Anwendungsbedingungen Einfluss auf die Sicherheit der Messung haben, sind die entsprechenden Hinweise in der Technischen Information (TI) und Kompaktanleitung (KA) zu beachten. Die Anleitungen zu den Einstellungen der Geräte finden Sie in den folgenden Dokumentationen: Gerät Liquiphant M/S mit FEL55 Beschreibung der Einstellung in Dokumentation: KA143F, KA163F, KA144F, KA164F, KA162F, KA165F, KA172F, KA173F, * (* abhängig vom Typ, siehe Tabelle: Mitgeltende Gerätedokumentation, Seite 6) Einstellungen Liquiphant M/S mit FEL55: Die Einstellung am Dichteschalter ist dem Dichtebereich des Mediums entsprechend einzustellen. Die Einstellung der Sicherheitsschaltung hat Einfluss auf die Funktion. Der DIL-Schalter muss bei einer SIL Anwendung in Stellung MIN stehen. " Achtung! Der FEL55 wird an ein separates Schaltgerät (z.b. SPS, Trennverstärker) angeschlossen. Die sicherheitstechnischen Parameter dieser Geräte sind bei dem entsprechenden Hersteller anzufragen. " Achtung! Nach Inbetriebnahme des Messsystems können Änderungen der Einstellungen am Elektronikeinsatz FEL55 die Schutzfunktion beeinträchtigen! " Achtung! Bürde (anschließbare Last) R V DC Spannungsversorgung 15 V 22 ma 6

7 Verhalten im Betrieb und bei Störung Das Verhalten im Betrieb und bei Störung wird in den folgenden Dokumentationen beschrieben. Gerät Liquiphant M/S mit FEL55 Beschreibung der Einstellung in Dokumentation: KA143F, KA163F, KA144F, KA164F, KA162F, KA165F, KA172F, KA173F, * (* abhängig vom Typ, siehe Tabelle: Mitgeltende Gerätedokumentation, Seite 6) Wiederkehrende Prüfung des Messsystems Die Funktionsfähigkeit der Minimumdetektion ist jährlich zu prüfen, wenn die im Anhang genannten PFD avg - Werte verwendet werden. Die Prüfung ist so durchzuführen, dass die einwandfreie Funktion der Minimumdetektion im Zusammenwirken aller Komponenten nachgewiesen wird. Dies ist bei einem Absenken der Ansprechhöhe im Rahmen einer Entleerung gewährleistet. Wenn eine Entleerung bis zur Ansprechhöhe nicht praktikabel ist, so ist der Standaufnehmer durch geeignete Simulation des Füllstandes oder des physikalischen Messeffekts zum Ansprechen zu bringen. Falls die Funktionsfähigkeit des Standaufnehmers/Messumformers anderweitig erkennbar ist (Ausschluss funktionshemmender Fehler), kann die Prüfung auch durch Simulieren des entsprechenden Ausgangssignals durchgeführt werden. Bei der Wiederkehrenden Prüfung ist jede zulässige Einstellung zu prüfen, insbesondere ob die Erkennung von Leitungsbruch oder Kurzschluss zum Auslösen der Sicherheitsfunktion führt. " Achtung! Für den Funktionstest sind folgende Punkte zu beachten: Das Schalten des Stromausgangs kann z.b. mit Handmultimeter an den Klemmen oder durch Beobachten der nachfolgenden Trockenlaufschutzteile (z.b. Hupe, Stellglied) geprüft werden. Als positives Prüfergebnis muss ein Freiwerden der Schwinggabel erkannt werden und zum Alarm des Trockenlaufschutzes führen. Wenn bei der Wiederkehrenden Prüfung ein Freiwerden der Gabel nicht erkannt wird, muss der überwachte Prozess durch zusätzliche oder andere Maßnahmen in einen sicheren Zustand gebracht und/oder im sicheren Zustand gehalten werden, bis eine Instandsetzung des Sicherheitssystems erfolgt ist. 7

8 Anhang Spezifische Werte und Verschaltungsarten für das Messsystem Liquiphant M/S mit FEL55 # Warnung! Die Tabelle zeigt die sicherheitstechnischen Kenngrößen für das Messsystem. Hinweis! Zu der nachfolgenden Tabelle sind folgende Punkte zu beachten: Der PFD avg Wert gilt für den Elektronikeinsatz FEL55. Die Erkennung von Leitungsbruch (I 3,6 ma) und Kurzschluss (I 22 ma) ist in der nachfolgen Auswerteeinheit (SPS, Trenschaltverstärker...) einzuschalten. Diese Erkennung muss zu einem Auslösen der Sicherheitsfunktion führen. Bei sicherheitstechnischer Verwendung des Liquiphant M/S zur MIN-Detektion sind folgende Fehler auszuschließen: Fester und/oder schwerer Ansatz oder nicht "Newtonsche Medien". Feststoffanteile des Messmediums mit einem Durchmesser > 5,0 mm. Korrosion im Rahmen der Medienverträglichkeit bezüglich Gabelwerkstoff und Beschichtung. Auswahlschaltung: 1oo1 Liquiphant M/S mit FEL55 Einstellungen 1) Dichte 0,7 / 0,5 2) MIN-Sicherheit Bewerteter Transmitter MIN SD279xx04 SIL 1) SIL 2 HFT 0 SFF 78 % PFD avg 3,76 x 10-4 Verschaltung CH1 SD279xx05 Wiederkehrende Prüfung z.b. Anfahren des Füllstandes TI (Testintervall) = jährlich 1) Betrachtung gemäß IEC , Kapitel oo1D Struktur 4,00E-03 3,50E-03 3,00E-03 Probability 2,50E-03 2,00E-03 1,50E-03 1,00E-03 5,00E-04 0,00E+00 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 PFDavg Testintervall [Jahre] SD279de06 8

9 Exida Management Summary ManagementSummary FMEDA and Proven-in-use Assessment Project: Level limit switch Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 Applications with level limit detection in liquids (MIN detection) Customer: Endress+Hauser GmbH+Co.KG Maulburg Germany Contract No.: E+H 07/11-29 Report No.: E+H 07/11-29 R049 Version V1, Revision R0, July 2008 Stephan Aschenbrenner The document was prepared using best effort. The authors make no warranty of any kind and shall not be liable in any event for incidental or consequential damages in connection with the application of the document. All rights on the format of this technical report reserved. Management summary This report summarizes the results of the hardware assessment according to IEC with proven-in-use consideration carried out on Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 with software version V for applications with MIN detection. The hardware assessment consists of a Failure Modes, Effects and Diagnostics Analysis (FMEDA). A FMEDA is one of the steps taken to achieve functional safety assessment of a device per IEC From the FMEDA, failure rates are determined and consequently the Safe Failure Fraction (SFF) is calculated for the device. For full assessment purposes all requirements of IEC must be considered. The failure rates used in this analysis are the basic failure rates from the Siemens standard SN Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 is considered to be a Type B 1 subsystem with a hardware fault tolerance of 0. For Type B subsystems with a hardware fault tolerance of 0 the SFF shall be > 90% for SIL 2 subsystems according to table 3 of IEC As Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 is supposed to be a proven-in-use device, an assessment of the hardware with additional proven-in-use demonstration for the device and its software was carried out. The proven-in-use investigation was based on field return data collected and analyzed by Endress+Hauser GmbH+Co.KG. According to the requirements of IEC First Edition section and the exida proven-in-use assessment described in section 5, Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 with a SFF of < 90% might also be used for a SIL 2 safety function. The decision on the usage of proven-in-use devices, however, is always with the end-user. The listed SN29500 failure rates are valid for operating stress conditions typical of an industrial field environment similar to IEC class C (sheltered location) with an average temperature over a long period of time of 40ºC (25 C ambient temperature plus internal self heating). For a higher average temperature of 60 C, the failure rates should be multiplied with an experience based factor of 2,5. A similar multiplier should be used if frequent temperature fluctuation (daily fluctuation of > 15 C) must be assumed. The failure rates do not include failures resulting from incorrect use of Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55, in particular humidity entering through incompletely closed housings or inadequate cable feeding through the inlets. Assuming that a connected safety logic solver can detect both over-range (fail high) and underrange (fail low), the following tables show how the above stated requirements are fulfilled. 1 Type B subsystem: Complex subsystem (using micro controllers or programmable logic); for details see of IEC exida.com GmbH e+h r049 v1r0.doc, July 2, 2008 Stephan Aschenbrenner Page 2 of 3 ManagementSummary 9

10 Table 1: Summary Failure rates per IEC Failure category Failure rates (in FIT) Fail Safe (λsd) 54 Fail low 54 Fail Safe (λsu) 220 Fail safe undetected 86 Residual 129 Annunciation undetected 5 Fail Dangerous Detected (λdd) 47 Fail dangerous detected 1 Fail high 46 Fail Dangerous Undetected (λdu) 86 Fail dangerous undetected 86 No part 54 Total failure rate (safety function) 407 FIT SFF 78% DCD 54% MTBF = MTTF + MTTR 248 years The hardware assessment has shown that Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 has a Safe Failure Fraction (SFF) of > 78%. The proven-in-use information may be used to assist an end user in completing a prior-use justification per IEC A user of Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 can utilize these failure rates in a probabilistic model of a safety instrumented function (SIF) to determine suitability in part for safety instrumented system (SIS) usage in a particular safety integrity level (SIL). A full table of failure rates for different operating conditions is presented in section It is important to realize that the residual failures are included in the safe failure category according to IEC Note that these failures on their own will not affect system reliability or safety, and should not be included in spurious trip calculations. The failure rates are valid for the useful life of Liquiphant M/S with 16 / 8 ma current output FEL 55 (see Appendix 2). exida.com GmbH e+h r049 v1r0.doc, July 2, 2008 Stephan Aschenbrenner Page 3 of 3 ManagementSummary 10

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12 Deutschland Österreich Schweiz Endress+Hauser Messtechnik GmbH+Co. KG Colmarer Straße Weil am Rhein Fax 0800 EHFAXEN Fax Vertrieb Beratung Information Auftrag Bestellung Tel EHVERTRIEB Tel info@de.endress.com Service Help-Desk Feldservice Ersatzteile/Reparatur Kalibrierung Tel EHSERVICE Tel service@de.endress.com Technische Büros Hamburg Berlin Hannover Ratingen Frankfurt Stuttgart München Endress+Hauser Ges.m.b.H. Lehnergasse Wien Tel Fax info@at.endress.com Endress+Hauser Metso AG Kägenstrasse Reinach Tel Fax info@ch.endress.com SD279F/00/de/06.08 FM+SGML 6.0 ProMoDo