Entspannte Inbetriebnahme

Remote-SIL-Inbetriebnahme und Hot Back-up-Funktion

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05.12.2018 Das Rad bei der Entwicklung von Druck- und Temperaturmessgeräten neu zu erfinden – diesen Anspruch hat heute wohl kein Anbieter mehr. Dennoch gibt es Entwicklungspotenzial – vor allem bei der Frage, wie der Einsatz von Feldgeräten und speziell SIL-Geräten vereinfacht werden kann.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Mit neuen Druck- und Temperaturmessgeräten greift Siemens gängige Problemstellungen in Anwendungen der Prozessindustrie auf.
  • Die für Sicherheitseinrichtungen geeigneten Druckmessumformer ermöglichen eine SIL-Inbetriebnahme von der Leitwarte aus.
  • Die neuen Temperaturmessumformer schalten sich bei einem Sensorausfall automatisch zum zweiten Sensor um.

Sitrans P320 und 420 mit Remote Safety Handling

Bilder: Siemens

Druck- und Temperaturmessgeräte werden oft als Commodities gesehen: Sie bilden das Rückgrat der Betriebsmesstechnik und kommen in sehr großen Stückzahlen zum Einsatz. Und weil das so ist, ist nicht nur der Markt für diese Messprinzipien sehr reif, sondern sind es auch die Geräte selbst. Zusätzlicher Nutzen für den Anwender entsteht deshalb vor allem dann, wenn deren Einsatzsituation durchdacht und das Handling der Geräte verbessert wird. Und so haben die Entwickler bei Siemens sich einerseits über das Bedienkonzept Gedanken gemacht und andererseits spezielle Anforderungen wie die Vorgänge bei der funktionalen Sicherheit weitergedacht.

Denn beim Aufbau von Sicherheitseinrichtungen lauert der Teufel im Detail: In der Regel werden die Geräte für normale Messungen installiert und erst später dann durch entsprechend befähigte Personen als SIL-Geräte für Sicherheitseinrichtungen in Betrieb genommen. Was bei betriebsbewährten Geräten relativ unproblematisch ist, führt bei Geräten, die nach IEC 61508 essgntwickelt wurden, häufig zu Problemen, die sogar einen Anlagenstillstand nach sich ziehen können. Denn in der Praxis bedeutet SIL-Inbetriebnahme, dass der Spezialist vor Ort an das Gerät geht, dort die Sicherheitsfunktion parametriert und schließlich das SIL-Gerät in Betrieb nimmt. Und weil die Inbetriebnahme kein normaler Zustand für eine Sicherheitsfunktion ist, gibt der SIL-Messumformer dabei einen Fehlerstrom aus. Die Folge: Die Sicherheitseinrichtung spricht an, die Anlage wird in einen sicheren Zustand gefahren – in der Regel bedeutet das einen Anlagenstillstand.

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Dr. Jürgen Ficker ist Produktlinien-Manager bei Siemens: „Die Anwender wünschen sich Geräte mit einer höheren Sicherheit und einer nachgewiesenen Zuverlässigkeit.“

Doch auch der Aufwand und die Risiken, die mit der Begehung der Anlage verbunden sind, schlagen für die Betreiber negativ zu Buche. Also lieber gar kein SIL-zertifiziertes Gerät einsetzen, und weiter auf Betriebsbewährung zu setzen? Aus Sicht von Dr. Jürgen Ficker, Produktlinien-Manager bei Siemens, sind betriebsbewährte Geräte heute oft keine Option mehr. Denn: Die Anwender wünschen sich Geräte mit einer höheren Sicherheit und einer nachgewiesenen Zuverlässigkeit. In Zahlen ausgedrückt: Der in der funktionalen Sicherheit bedeutende Wert der Safe Failure Fraction, SFF, soll größer als 90 % sein – ein Wert, den betriebsbewährte Geräte nicht erreichen. Ficker: „Eine SFF größer 90 % setzt voraus, dass die Geräte nach der Norm IEC61508 entwickelt wurden.“ „Die SFF ist ein Maß dafür, wie viele interne Kontrollmechanismen ein Gerät hat. So müssen die Geräte zum Beispiel regelmäßig die Funktion ihres Speichers prüfen und im Fehlerfall einen Fehlerstrom ausgeben. Wenn Geräte gar nicht nach IC61508 entwickelt wurden, dann gibt es diese Checkmechanismen im Hintergrund gar nicht“, ergänzt Andreas Merz, bei Siemens Produktmanager für Druckmessgeräte.

SIL-Inbetriebnahme aus der Leitwarte

Doch wie lässt sich der aufwendige Vorgang der Inbetriebnahme eines SIL-Geräts im laufenden Betrieb vereinfachen? Diese Frage stand bei der Entwicklung der neuen Druckmessgeräte Sitrans P420 und P320 im Vordergrund, die künftig die Klassiker Sitrans P410 sowie Sitrans P DSIII ersetzen sollen. Die Antwort: Die Geräte sollten aus der Leitwarte in Betrieb genommen werden können, der Vor-Ort-Einsatz des Spezialisten soll ent­fallen.

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Markus Hilsendegen, Produktmanager für Temperaturmessung bei Siemens: „Mit der Callendar-van-Dusen-Methode lässt sich der Sensortausch deutlich vereinfachen.“

Um dies zu erreichen, entwickelten die Ingenieure bei Siemens eine Methodik, mit der die Kommunikation zwischen Engineeringstation in der Leitwarte und dem SIL-Gerät abgesichert werden kann. Zu Beginn der Kommunikation wird via Hart-7-Protokoll ein Validierungsschlüssel übertragen, mit dem sichergestellt wird, dass eine sichere Kommunikation mit dem richtigen Gerät vorliegt. Außerdem wurden die Geräte so konfiguriert, dass während des Inbetriebnahmevorgangs kein Alarmstrom ausgegeben wird. Denn andernfalls würde das Gerät aufgrund des nicht sicheren Zustands bei der Inbetriebnahme einen Alarm ausgeben, und die Anlage würde in der Folge außer Betrieb gehen. Merz: „Unser Gerät gibt erst dann Fehlerströme aus, wenn es in Betrieb genommen und scharfgeschaltet wurde.“

Dass sich der Kniff mit der Inbetriebnahme aus der Ferne lohnt, haben die Produktmanager ausgerechnet: So benötigt die SIL-Fachkraft durchschnittlich 20 Minuten, um in den zum Teil weit verteilten Anlagen zu einem Messumformer zu gelangen. Bei 100 Messstellen schlagen alleine die Wege mit 35 Arbeitsstunden zu Buche – bei Fachkräften Lohnkosten von 3.500 € pro Inbetriebnahme.

Ein weiterer Aspekt ist der Aufwand für die wiederkehrende Prüfung von Sicherheitskreisen. Die neuen Druckmessumformer zeichnen sich durch einen so guten PFD-Wert aus, dass eine wiederholte Prüfung während der Lebenszeit des Messgerätes eigentlich gar nicht notwendig wäre. Allerdings, schränkt Andreas Merz ein, bildet die Kabelverschraubung den Flaschenhals, so dass spätestens nach zehn Jahren eine Prüfung notwendig wird. Auch die Antwortzeit der Messung ist immer wieder ein wichtiges Kriterium. Diese wurde mit den neuen Druckmessgeräten deutlich beschleunigt. Dadurch lassen sich auch schnelle Applikationen, wie die Überwachung einer Turbine in Kraftwerken, realisieren. Dort müssen Druckschläge sehr schnell erkannt werden, um eine Turbine rechtzeitig vor einer Havarie in einen sicheren Zustand zu bringen.

Einheitliche Bedienphilosophie für Druck-, Temperatur- und andere Zweileitergeräte

Aber auch im Bereich der Temperaturmessung haben sich die Entwickler einiges einfallen lassen. Die neuen Messumformer teilen sich mit dem Druckmessgerät dieselbe Bedienphilosophie. Die Parametrierung geschieht nun über vier statt drei Tasten. „Dadurch haben wir die bislang notwendige Doppelbelegung beseitigt und eine sehr flache Menühierarchie realisiert. Die Anwender profitieren deshalb von einer deutlich einfacheren und intuitiven Parametrierung“, nennt Jürgen Ficker die Vorteile: „Künftig wollen wir auch andere Zweileitergeräte aus unserem Programm mit dieser Bedienphilosophie ausrüsten. Dazu gehören zum Beispiel auch Füllstandmessgeräte.“ Im Display der Geräte wurden die Anforderungen der Namur-Empfehlung NE107 umgesetzt.

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Eine Besonderheit der neuen Temperaturmessgeräte ist die Abstimmung von Messumformer und Sensor über die Callendar-van-Dusen-Methode. Bei dieser erfolgt die Linearisierung der Sensorkennlinie über lediglich vier Koeffizienten.

Eine Besonderheit der neuen Temperaturmessgeräte ist die Abstimmung von Messumformer und Sensor über die Callendar-van-Dusen-Methode. Bei dieser erfolgt die Linearisierung der Sensorkennlinie über lediglich vier Koeffizienten, die zuvor bei der Sensorkalibrierung ermittelt wurden. „Das ist deutlich einfacher, als mehrere Dutzend Wertepaare eingeben zu müssen“, erläutert Rene Probst, Produktmanager für Temperaturmesstechnik bei Siemens. Im Messumformer ist dazu eine Gleichung hinterlegt, welche die vier Koeffizienten zur Linearisierung nutzt. Der Vorteil der Methode: Die Messgenauigkeit lässt sich unter Berücksichtigung des nicht-linearen Zusammenhangs steigern. „Mit dieser Methode lässt sich der Sensortausch deutlich vereinfachen“, ergänzt Markus Hilsendegen, ebenfalls Produktmanager für Temperaturmessung.

Eine weitere Funktion der neuen Temperaturmessgeräte ist die Drifterkennung, die über einen zweiten Sensor realisiert wurde. So können Anwender individuelle Alarmschwellen für die Signalisierung einer Sensordrift definieren und wird die Voraussetzung für eine vorausschauende Wartung geschaffen. Zudem ist es möglich, bei Anwendungen mit sehr hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit eine Hot-back-up-Funktion zu nutzen: Bei fehlerhaften Abweichungen eines Sensors wird direkt auf den zweiten Sensor umgeschaltet, wodurch die Anlagenverfügbarkeit steigt. „Dadurch ist sichergestellt, dass im Falle eines Problems immer noch zuverlässig gemessen wird“, sagt Markus Hilsendegen.

Möglich wird dies durch einen Zweifacheingang, der eine vieradrige RTD-Verbindung beinhaltet. „Bislang wurde die Hot-back-up-Funktion in der Chemie häufig mit Vorbehalten gesehen. Denn für eine stabile Messung braucht man die vieradrige Verbindung. In den neuen Geräten haben wir deshalb eine doppelt vieradrige Schaltung realisiert. Dadurch ist eine sichere Hot-back-up-Funktion ohne Einschränkungen möglich“, so Hilsendegen. Die Lösung verbindet dazu zwei voneinander unabhängige Sensoren zum Messumformer. Das können sowohl Sensoren des Typs RTD, TC oder eine Kombination daraus sein.

Fazit: Auch bei klassischen Messprinzipien gibt es noch Potenziale, die Siemens mit diesen neuen Messumformern adressiert, um den Einsatz der Geräte für die Anwender zu vereinfachen und Aufwand zu sparen. Verbesserungen bei den Einsatz- und Messbereichen sowie bei der Antwortzeit erschließen den aktuellen Sensoren zusätzlich neue Anwendungsbereiche.

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Heftausgabe: Dezember/2018
Armin Scheuermann ist Chefredakteur der CHEMIE TECHNIK

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