OPTISWITCH 5300C. Safety Manual. Vibrationsfüllstandschalter. Transistor (NPN/PNP) Mit SIL-Qualifikation

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1 OPTISWITCH 5300C Safety Manual Vibrationsfüllstandschalter Transistor (NPN/PNP) Mit SIL-Qualifikation

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Dokumentensprache 2 Geltungsbereich 2.1 Geräteausführung Einsatzbereich SIL-Konformität Projektierung 3.1 Sicherheitsfunktion Sicherer Zustand Voraussetzungen zum Betrieb Sicherheitstechnische Kennzahlen 4.1 Kenngröße gemäß IEC Kennzahlen gemäß ISO Ergänzende Informationen In Betrieb nehmen 5.1 Allgemein Geräteparametrierung Diagnose und Service 6.1 Verhalten im Fehlerfall Reparatur Wiederholungsprüfung 7.1 Allgemein Prüfung 1 - ohne Befüllung oder Sensorausbau Prüfung 2 - mit Befüllung oder Sensorausbau Anhang A - Prüfprotokoll 9 Anhang B - Begriffsdefinitionen 2 Redaktionsstand:

3 1 Dokumentensprache 1 Dokumentensprache DE EN FR RU Das vorliegende Safety Manual für Funktionale Sicherheit ist verfügbar in den Sprachen Deutsch, Englisch, Französisch und Russisch. The current Safety Manual for Functional Safety is available in German, English, French and Russian language. Le présent Safety Manual de sécurité fonctionnelle est disponible dans les langues suivantes: allemand, anglais, français et russe. Данное руководство по функциональной безопасности Safety Manual имеется на немецком, английском, французском и русском языках. 3

4 2 Geltungsbereich 2 Geltungsbereich 2.1 Geräteausführung Dieses Sicherheitshandbuch gilt für die Grenzstandsensoren OPTISWITCH 5300C - Transistor (NPN/PNP) mit SIL-Qualifikation Elektronikeinsatz: SG60HT-I Gültige Versionen: ab HW Ver ab SW Ver Die Ausführungen "Kunststoffgehäuse" und "externes Gehäuse" sind ausgeschlossen! 2.2 Einsatzbereich Der Messumformer kann zur Grenzstanderfassung in Flüssigkeiten in einem sicherheitsbezogenen System gemäß IEC in den Betriebsarten low demand mode oder high demand mode eingesetzt werden: Bis SIL2 in einkanaliger Architektur Bis SIL3 in mehrkanaliger Architektur (systematische Eignung SC3) Zur Ausgabe des Messwertes ist folgende Schnittstelle verwendbar: Transistor (NPN/PNP) Es sind beide Transistorausgänge auszuwerten! Zum Anschluss sind abgeschirmte Kabel zu verwenden! 2.3 SIL-Konformität Die SIL-Konformität wurde durch TÜV Rheinland nach IEC 61508:2010 (Ed.2) unabhängig beurteilt und zertifiziert. 1) Das Zertifikat ist für alle Geräte, die vor Ablauf der Gültigkeit des Zertifikates in Verkehr gebracht werden, über die gesamte Produktlebensdauer gültig! 4 1) Nachweisdokumente siehe Anhang.

5 3 Projektierung 3 Projektierung Sicherheitsfunktion Sicherer Zustand 3.1 Sicherheitsfunktion Zur Überwachung einer Füllstandgrenze detektiert der Sensor über die Zustände "Schwingelement unbedeckt" oder "Schwingelement bedeckt" einen durch den Montageort festgelegten Grenzstand. Der erkannte Zustand wird am Ausgang mit "Transistor nichtleitend" oder "Transistor leitend" gemeldet. 3.2 Sicherer Zustand Der sichere Zustand der Transistorausgänge ist unabhängig von der am Sensor eingestellten Betriebsart. Für die Sicherheitsfunktion müssen beide Transistorausgänge verwendet werden! Beispiele: Bei Ansteuerung einer Ausgangslast wird diese an den Klemmen 2 und 3 angeschlossen Bei nachgeschalteter SSPS werden die Ausgänge NPN und PNP durch zwei separate Kanäle ausgewertet Betriebsart Überlaufschutz Betriebsart max. Trockenlaufschutz Betriebsart min. Schwingelement bedeckt unbedeckt Transistoren Nichtleitend Nichtleitend (stromlos) (stromlos) Ausgangssignale bei Funktionsstörung Hinweise und Einschränkungen Transistorausgänge: Nichtleitend 3.3 Voraussetzungen zum Betrieb Es ist auf einen anwendungsgemäßen Einsatz des Messsystems unter Berücksichtigung von Druck, Temperatur, Dichte und chemische Eigenschaften des Mediums zu achten. Die anwendungsspezifischen Grenzen sind einzuhalten. Die Spezifikationen laut Angaben der Betriebsanleitung, insbesondere die Strombelastung der Ausgangskreise, sind innerhalb der genannten Grenzen zu halten Es sind die Hinweise im Kapitel "Sicherheitstechnische Kennzahlen", Abschnitt "Ergänzende Informationen" zu beachten Alle Bestandteile der Messkette müssen dem vorgesehenen "Safety Integrity Level (SIL)" entsprechen 5

6 4 Sicherheitstechnische Kennzahlen 4 Sicherheitstechnische Kennzahlen 4.1 Kenngröße gemäß IEC Kenngröße Wert Safety Integrity Level SIL2 in einkanaliger Architektur SIL3 in mehrkanaliger Architektur 2) Hardwarefehlertoleranz HFT = 0 Gerätetyp Typ B Betriebsart Low demand mode, High demand mode SFF > 90 % MTTR 8 h MTBF = MTTF + MTTR 3) 1,17 x 10 6 h (134 Jahre) Diagnosetestintervall 4) < 120 s Fehlerreaktionszeit 5) < 2 s Ausfallraten λ S λ DD λ DU λ H λ L λ AD λ AU 211 FIT 167 FIT 31 FIT 0 FIT 0 FIT 11 FIT 43 FIT PFD AVG 0,026 x 10-2 (T1 = 1 Jahr) PFD AVG 0,038 x 10-2 (T1 = 2 Jahre) PFD AVG 0,075 x 10-2 (T1 = 5 Jahre) PFH 0,031 x /h 4.2 Kennzahlen gemäß ISO Abgeleitet von den sicherheitstechnischen Kennzahlen ergeben sich gemäß ISO (Maschinensicherheit) folgende Kennzahlen: 6) Kenngröße MTTFd Wert 544 Jahre DC 85 % Performance Level 3,12 x /h (entspricht "e") Ermittlung der Ausfallraten 4.3 Ergänzende Informationen Die Ausfallraten des Gerätes wurden durch eine FMEDA nach IEC ermittelt. Den Berechnungen sind Ausfallraten der Bauelemente nach SN zugrunde gelegt. 6 2) Homogene Redundanz möglich. 3) Einschließlich Fehlern, die außerhalb der Sicherheitsfunktion liegen. 4) Zeit, in der alle internen Diagnosen mindestens einmal ausgeführt werden. 5) Zeit zwischen Eintritt des Ereignisses und Ausgabe der Störmeldung. 6) Die ISO war nicht Gegenstand der Zertifizierung des Gerätes.

7 4 Sicherheitstechnische Kennzahlen Annahmen der FMEDA Berechnung von PFD AVG Alle Zahlenwerte beziehen sich auf eine mittlere Umgebungstemperatur während der Betriebszeit von 40 C (104 F). Für höhere Temperaturen sollten die Werte korrigiert werden: Dauereinsatztemperatur > 50 C (122 F) um Faktor 1,3 Dauereinsatztemperatur > 60 C (140 F) um Faktor 2,5 Ähnliche Faktoren gelten, wenn häufige Temperaturschwankungen zu erwarten sind. Die Ausfallraten sind konstant. Hierbei ist auf die nutzbare Gebrauchsdauer der Bauelemente gemäß IEC zu achten. Mehrfachausfälle sind nicht betrachtet Abnützung von mechanischen Teilen sind nicht betrachtet Ausfallraten von externen Stromversorgungen sind nicht mit einberechnet Die Umweltbedingungen entsprechen einer durchschnittlichen industriellen Umgebung Die oben angegebenen Werte für PFD AVG wurden für eine 1oo1-Architektur folgendermaßen berechnet: PTC λdu T1 PFDAVG = + λdd x MTTR + 2 T1 = Proof Test Interval PTC = 90 % LT = 10 Jahre MTTR = 8 h (1 PTC) λdu LT 2 Randbedingungen bezüglich Konfiguration der Auswerteinheit Mehrkanalige Architektur Eine nachgeschaltete Steuer- und Auswerteinheit muss folgende Eigenschaften bieten: Der Ausgangskreis des Messumformers wird nach dem Ruhestromprinzip beurteilt "fail low"- und "fail high"-signale werden als Störung interpretiert, worauf mit einer Störmeldung reagiert wird Ist dies nicht der Fall, so müssen die entsprechenden Anteile der Ausfallraten den gefährlichen Ausfällen zugeordnet und die im Kapitel "Sicherheitstechnische Kennzahlen genannten Werte neu ermittelt werden! Aufgrund der systematischen Eignung SC3 darf dieses Gerät in mehrkanaligen Systemen bis SIL3 auch mit homogener Redundanz eingesetzt werden. Die sicherheitstechnischen Kennzahlen sind speziell für die gewählte Struktur der Messkette anhand der angegebenen Ausfallraten zu berechnen. Dabei ist ein geeigneter Common Cause Faktor (CCF) zu berücksichtigen (siehe IEC , Anhang D). 7

8 5 In Betrieb nehmen 5 In Betrieb nehmen Montage und Installation Bedienelemente Hinweise 5.1 Allgemein Es sind die Montage- und Installationshinweise der Betriebsanleitung zu beachten. Die Inbetriebnahme muss unter Prozessbedingungen erfolgen. 5.2 Geräteparametrierung Zur Parametrierung der Sicherheitsfunktion dienen folgende Bedienelemente: Schiebeschalter zur Umschaltung der Betriebsart (min./max.) Schiebeschalter zur Umschaltung der Empfindlichkeit Die Funktion der Bedienelemente ist in der Betriebsanleitung beschrieben. Während der Parametrierung muss die Sicherheitsfunktion als unsicher betrachtet werden! Gegebenenfalls müssen andere Maßnahmen ergriffen werden, um die Sicherheitsfunktion aufrecht zu erhalten. Der Sensor muss gegen ungewollte bzw. unbefugte Bedienung geschützt werden! 8

9 6 Diagnose und Service 6 Diagnose und Service Interne Diagnosen Verhalten bei Störungen Elektroniktausch 6.1 Verhalten im Fehlerfall Wird eine Funktionsstörung erkannt, so wechseln die entsprechenden Ausgangssignale in den sicheren Zustand (siehe Abschnitt "Sicherer Zustand"). Dieser Zustand wird für mindestens 1 Sekunde beibehalten. Wird kein Fehler mehr erkannt, so wird die Sicherheitsfunktion wieder korrekt ausgeführt. Das Diagnosetestintervall ist im Kapitel "Sicherheitstechnische Kennzahlen" angegeben. 6.2 Reparatur Bei festgestellten Fehlern muss das gesamte Messsystem außer Betrieb genommen und der Prozess durch andere Maßnahmen im sicheren Zustand gehalten werden. Das Auftreten eines gefährlichen, unentdeckten Fehlers ist dem Hersteller zu melden (inklusive einer Fehlerbeschreibung). Die Vorgehensweise ist in der Betriebsanleitung beschrieben. Es sind die Hinweise zur Parametrierung und Inbetriebnahme zu beachten. 9

10 7 Wiederholungsprüfung 7 Wiederholungsprüfung Zielsetzung Vorbereitung Unsicherer Gerätezustand 7.1 Allgemein Um mögliche gefahrbringende unerkannte Ausfälle zu erkennen, muss in angemessenen Zeitabständen die Sicherheitsfunktion durch eine Wiederholungsprüfung überprüft werden. Es liegt in der Verantwortung des Betreibers, die Art der Überprüfung zu wählen. Die Zeitabstände richten sich nach dem in Anspruch genommenen PFD AVG (siehe Kapitel "Sicherheitstechnische Kennzahlen"). Zur Dokumentation dieser Tests kann das Prüfprotokoll im Anhang verwendet werden. Verläuft einer der Tests negativ, so muss das gesamte Messsystem außer Betrieb genommen werden und der Prozess durch andere Maßnahmen im sicheren Zustand gehalten werden. In einer mehrkanaligen Architektur gilt dies getrennt für jeden Kanal. Sicherheitsfunktion feststellen (Betriebsart, Schaltpunkte) Bei Bedarf Gerät aus der Sicherheitskette entfernen und Sicherheitsfunktion anderweitig aufrechterhalten Warnung: Während des Funktionstests muss die Sicherheitsfunktion als unsicher betrachtet werden. Es ist zu berücksichtigen, dass der Funktionstest Auswirkungen auf nachgeschaltete Geräte hat. Gegebenenfalls müssen andere Maßnahmen ergriffen werden, um die Sicherheitsfunktion aufrecht zu erhalten. Nach Abschluss des Funktionstests muss der für die Sicherheitsfunktion spezifizierte Zustand wieder hergestellt werden. Bedingungen Ablauf Erwartetes Ergebnis Deckungsgrad der Prüfung Bedingungen Prüfung 1 - ohne Befüllung oder Sensorausbau Gerät im eingebauten Zustand Ausgangssignal entspricht dem Füllstand (bedecktes oder unbedecktes Schwingelement) Die beiden Transistorausgänge NPN und PNP müssen getrennt überprüft werden! 1. Neustart durchführen (Gerät aus- und wieder einschalten) 2. Min./Max.-Schalter betätigen zu 1: Ausgangssignal entspricht dem Füllstand zu 2: Ausgangssignal wechselt den Zustand Verbleibende gefährliche unerkannte Fehler: 11 FIT (PTC = 64 %) 7.3 Prüfung 2 - mit Befüllung oder Sensorausbau Alternative 1: das Gerät verbleibt im eingebauten Zustand und es besteht die Möglichkeit, einen Wechsel der Zustände "Schwin-

11 7 Wiederholungsprüfung Ablauf Erwartetes Ergebnis Deckungsgrad der Prüfung gelement unbedeckt"/"schwingelement bedeckt" durch Befüllung oder Entleerung bis zum Schaltpunkt herbeizuführen Alternative 2: das Gerät wird ausgebaut und es besteht die Möglichkeit, einen Wechsel der Zustände "Schwingelement unbedeckt"/"schwingelement bedeckt" durch Eintauchen in das Originalfüllgut herbeizuführen Ausgangssignal entspricht dem Füllstand (bedecktes oder unbedecktes Schwingelement) Die beiden Transistorausgänge NPN und PNP müssen getrennt überprüft werden! 1. Neustart durchführen (Gerät aus- und wieder einschalten) 2. Min./Max.-Schalter betätigen 3. Befüllung oder Entleerung bis zum Schaltpunkt bzw. Eintauchen in das Originalfüllgut zu 1: Ausgangssignal entspricht dem Füllstand zu 2: Ausgangssignal wechselt den Zustand zu 3: Ausgangssignal entspricht dem geänderten Füllstand Verbleibende gefährliche unerkannte Fehler: 2 FIT (PTC = 95 %) 11

12 8 Anhang A - Prüfprotokoll 8 Anhang A - Prüfprotokoll Identifikation Firma/Prüfer Anlage/Geräte-TAG Messstellen-TAG Gerätetyp/Bestellcode Geräte-Seriennummer Datum Inbetriebnahme Datum letzter Funktionstest Testgrund/Testumfang Inbetriebnahme ohne "Befüllung oder Sensorausbau" Inbetriebnahme mit "Befüllung oder Sensorausbau" Wiederholungsprüfung ohne "Befüllung oder Sensorausbau" Wiederholungsprüfung mit "Befüllung oder Sensorausbau" Betriebsart Überlaufschutz Trockenlaufschutz Empfindlichkeit 0,7 g/cm³ (0.025 lbs/in³) 0,5 g/cm³ (0.018 lbs/in³) Testergebnis (falls erforderlich) Testschritt Füllstand Erwarteter Messwert Istwert Testergebnis Bestätigung Datum: Unterschrift: 12

13 9 Anhang B - Begriffsdefinitionen Abkürzungen 9 Anhang B - Begriffsdefinitionen SIL Safety Integrity Level (SIL1, SIL2, SIL3, SIL4) SC Systematic Capability (SC1, SC2, SC3, SC4) HFT Hardware Fault Tolerance SFF Safe Failure Fraction PFD AVG PFH FMEDA Average Probability of dangerous Failure on Demand Average frequency of a dangerous failure per hour (Ed.2) Failure Mode, Effects and Diagnostics Analysis FIT Failure In Time (1 FIT = 1 failure/10 9 h) λ SD λ SU Rate for safe detected failure Rate for safe undetected failure λ S λ DD λ DU λ H λ L λ AD λ AU DC PTC T1 LT MTBF MTTF MTTR λ S = λ SD + λ SU Rate for dangerous detected failure Rate for dangerous undetected failure Rate for failure, who causes a high output current (> 21 ma) Rate for failure, who causes a low output current ( 3.6 ma) Rate for diagnostic failure (detected) Rate for diagnostic failure (undetected) Diagnostic Coverage Proof Test Coverage Proof Test Interval Useful Life Time Mean Time Between Failure Mean Time To Failure Mean Time To Restoration (Ed.2) MTTF d Mean Time To dangerous Failure (ISO ) PL Performance Level (ISO ) 13

14 Notizen 14

15 Notizen 15

16 KROHNE Produktübersicht Magnetisch-induktive Durchflussmessgeräte Schwebekörper-Durchflussmessgeräte Ultraschall-Durchflussmessgeräte Masse-Durchflussmessgeräte Wirbelfrequenz-Durchflussmessgeräte Durchflusskontrollgeräte Füllstandmessgeräte Temperaturmessgeräte Druckmessgeräte Analysenmesstechnik Produkte und Systeme für die Öl- und Gasindustrie Änderungen vorbehalten KROHNE Messtechnick GmbH & Co. KG Ludwig-Krohne-Straße 5 D Duisburg Tel.: +49 (0) Tel.: +49 (0) info@krohne.de Die aktuelle Liste aller KROHNE Kontakte siehe: