Safety Grenzen und Möglichkeiten der sicheren Analogauswertung

Die Überwachung analoger Größen spielt für die Sicherheit vieler industrieller Applikationen eine wichtige Rolle, ist aber gleichzeitig auch mit zahlreichen Herausforderungen und technischen Grenzen verbunden. Nur wer diese Grenzen kennt, kann applikationsabhängig die richtige Lösung für die sichere Verwertung analoger Signale finden.

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Ob Druck, Temperatur, Strömung oder Neigung – wer Analogwerte sicher verarbeiten will, muss bislang häufig auf Prozesssteuerungen und somit auf kostspielige Lösungen zurückgreifen. Doch es gibt auch Möglichkeiten, dies mit einer klassischen Sicherheitssteuerung zu realisieren. Insbesondere bei Maschinen und Anlagen, die nur ein bis zwei Analogsignale zu verarbeiten haben, lassen sich physikalische Quellgrößen über Sensoren mit 0/4-20-mA-Schnittstelle und RTD-Widerstandssensoren erfassen und auswerten. Die sicherheitstechnische Analogauswertung wiederum wird dann vereinfacht, wenn die Über- und Unterschreitung eines Grenzwerts benötigt wird und die Abtastung maximal alle 10 bis 100 ms erfolgen soll.

Diversitäre Messprinzipien einsetzen

Worin liegen die Herausforderungen? Probleme tauchen auf, wenn Sensoren nicht getestet werden können, mehr als ein Grenzwert überwacht werden soll, Grenzwerte nur langsam überschritten werden oder die Messverfahren der zwei Kanäle ein unterschiedliches Zeitverhalten haben. Eine Verbesserung der Situation wird erreicht, indem diversitäre Messprinzipien zum Einsatz kommen. Dies bedeutet, dass entweder unterschiedliche physikalische Größen gemessen werden oder die Messung an verschiedenen Orten oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten stattfindet.

Als Beispiel sei die Überwachung eines Tank-Füllstands genannt, welche über einen Sensor zur Druckmessung am Boden und einen Sensor am oberen Teil zur Bewegungsmessung eines Schwimmers erfolgt. Diese Diversität ist unempfindlicher gegen CCF-Fehler (common cause failure), die in der Messwerterfassung oder auch in der Firmware von Sensoren und Grenzwert-Wandlern auftauchen können. Dies ermöglicht eine bessere Performance Level. PLd und PLe setzen voraus, dass die Software der Sensoren nach ISO 13840-1 oder IEC 61508-3 bewertet sind.

Genauer messen als nötig

Ein weiterer wichtiger Aspekt, der nicht vernachlässigt werden darf, ist die Abtastung. Denn Fakt ist, dass nicht zweimal ein identisches Signal gemessen werden kann. Folglich haben Messwerte grundsätzlich immer Unterschiede. Eine hohe Verfügbarkeit kann also nur durch Toleranzen in Zeit und Genauigkeit erreicht werden. Das bedeutet, dass genauer und öfter gemessen werden muss als eigentlich nötig, um die gewünschte Präzision und zeitliche Auflösung zu erhalten. Nur so kann verhindert werden, dass Messdifferenzen eine Sicherheitsreaktion erfordern.

Die gute Nachricht ist, dass sich die genannten Herausforderungen und gängigen Auswertungsprobleme mit wenig Aufwand meistern lassen. Welche Möglichkeiten der tech­nischen Umsetzung es gibt, um verschiedene SIL- und PL-Level zu erreichen, wird Thomas Kramer-Wolf, Leiter Training & Servcies bei Wieland Electric, auf dem Anwendertreff Maschinensicherheit am 27. September detailliert aufzeigen. (ud)

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