Mit Sicher­heit Sicher­heit! Die Gerä­te der JUMO safetyM-Reihe

In pro­zess­tech­ni­schen Anla­gen gehört die zuver­läs­si­ge Über­wa­chung phy­si­ka­li­scher Grö­ßen zu den zen­tra­len sicher­heits­tech­ni­schen Auf­ga­ben. Häu­fig steht dabei die Tem­pe­ra­tur im Fokus.

Das ver­ein­fach­te Sche­ma zeigt einen indus­tri­el­len Ofen, bei dem ein Reg­ler (z. B. JUMO mero­TRON 108) die Tem­pe­ra­tur auf den vor­ge­ge­be­nen Soll­wert von 240 °C regelt, wäh­rend ein Tem­pe­ra­tur­wäch­ter (TW) bzw. ‑begren­zer (TB) eine unzu­läs­sig hohe Tem­pe­ra­tur früh­zei­tig erkennt und in die­sem Fall die Anla­ge in den siche­ren Zustand über­führt. Mit der dar­ge­stell­ten Schal­ter­stel­lung ist das Aus­gangs­re­lais in Ruhe und der TW/TB erreicht den siche­ren Anla­gen­zu­stand, indem er die Hei­zung verriegelt.

Reg­ler und TW/TB erfas­sen die Tem­pe­ra­tur über ein zwei­ka­na­li­ges Wider­stands­ther­mo­me­ter. Solan­ge der Soll­wert noch nicht erreicht ist, steu­ert der Reg­ler die Hei­zung an. Der TW/TB gibt die Hei­zung nur dann frei, wenn sei­ne Ver­sor­gungs­span­nung anliegt, kein Sen­sor­feh­ler erkannt wird und der ein­ge­stell­te Grenz­wert unter­schrit­ten bleibt.

Ein über­mä­ßig hoher Strom am Aus­gang des TWs/TBs kann sei­ne Relais­kon­tak­te beschä­di­gen und somit die Funk­ti­ons­si­cher­heit beein­träch­ti­gen. Daher ist der Aus­gang durch eine Fein­si­che­rung geschützt, die im Über­strom­fall zer­stört wird. Infol­ge­des­sen wird die Frei­ga­be der Hei­zung unter­bro­chen und so die Anla­ge in einen siche­ren Zustand überführt.

Tem­pe­ra­tur­wäch­ter (TW) und Tem­pe­ra­tur­be­gren­zer (TB)

Öff­net ein Tem­pe­ra­tur­wäch­ter (TW) sei­nen Schlie­ßer­kon­takt – bei­spiels­wei­se infol­ge einer Tem­pe­ra­tur­über­schrei­tung –, wird die­ser nach Unter­schrei­tung der Grenz­tem­pe­ra­tur auto­ma­tisch wie­der geschlos­sen. Bei Tem­pe­ra­tur­be­gren­zern (TB) hin­ge­gen ist für das erneu­te Schlie­ßen des Kon­takts ein manu­el­les Rück­set­zen erfor­der­lich, bei­spiels­wei­se über die Gerätefront.

Die Abbil­dung zeigt die ver­füg­ba­ren elek­tro­ni­schen Tem­pe­ra­tur­wäch­ter und ‑begren­zer. Die­se ver­fü­gen über eine Zulas­sung nach DIN EN 14597, die für den Ein­satz in wär­me­er­zeu­gen­den Anla­gen erfor­der­lich ist. Ent­spre­chend die­nen bei­de Gerä­te aus­schließ­lich der Über­wa­chung bzw. Begren­zung der Tem­pe­ra­tur und kei­ner ande­ren phy­si­ka­li­schen Größe.

Die Gerä­te wei­sen weit­ge­hend iden­ti­sche Eigen­schaf­ten auf. Ein wesent­li­cher Unter­schied liegt jedoch in der Mon­ta­ge­art: Wäh­rend der JUMO saf­etyM TB/TW für die Mon­ta­ge auf DIN-Schie­ne aus­ge­legt ist, erfolgt die Instal­la­ti­on des JUMO saf­etyM TB/TW 08 in einer Fronttafel.

Die Sicher­heits­ge­rä­te

In vie­len Anla­gen ist es erfor­der­lich, für kri­ti­sche Pro­zess­grö­ßen ein umfas­sen­des Sicher­heits­kon­zept zu erstel­len und ent­spre­chend nach­zu­wei­sen. Hier­für emp­fiehlt sich die Anwen­dung der Norm DIN EN 61508. Die­se defi­niert auf Basis der mitt­le­ren Wahr­schein­lich­keit gefähr­li­cher Aus­fäl­le soge­nann­te Sicher­heits­in­te­gri­täts­le­vel (SIL).

Die Ein­stu­fung reicht von SIL 1 mit ver­gleichs­wei­se höhe­rer Aus­fall­wahr­schein­lich­keit bis hin zu SIL 4 mit sehr gerin­ger Aus­fall­wahr­schein­lich­keit. Für eine kon­kre­te Anla­ge wird ein erfor­der­li­ches Sicher­heits­ni­veau fest­ge­legt (bei­spiels­wei­se SIL 2). Die gesam­te Sicher­heits­ket­te (vom Sen­sor über die Signal­ver­ar­bei­tung bis zum Aktor, der im Feh­ler­fall die Abschal­tung aus­löst) muss dabei so aus­ge­legt sein, dass die für SIL 2 zuläs­si­ge Aus­fall­wahr­schein­lich­keit sicher unter­schrit­ten wird.

Die Abbil­dung zeigt den Sicher­heits­tem­pe­ra­tur­be­grenzer/-wäch­ter, der für Anwen­dun­gen bis SIL 3 zum Ein­satz kommt.

Ent­ge­gen der nahe­lie­gen­den Annah­me auf­grund der Bezeich­nung ist der STW/STB nicht aus­schließ­lich zur Tem­pe­ra­tur­über­wa­chung geeig­net. Über sei­nen Ein­gang kön­nen auch ande­re Mess­grö­ßen, bei­spiels­wei­se über ein 4 bis 20 mA-Signal, erfasst wer­den, sodass sich damit Sicher­heits­ap­pli­ka­tio­nen bis hin zu SIL 3 rea­li­sie­ren lassen.

Das Sicher­heits­ge­rät (STW/STB) ist red­un­dant auf­ge­baut und ver­ar­bei­tet die Mess­grö­ße in 2 unab­hän­gi­gen Kanä­len. Liegt in bei­den Kanä­len der Mess­wert unter­halb des ein­ge­stell­ten Grenz­wer­tes und wer­den kei­ne Feh­ler erkannt, wer­den die jewei­li­gen Relais akti­viert. Erst wenn bei­de Relais ange­zo­gen sind, wird die Anla­ge bezie­hungs­wei­se die über­ge­ord­ne­te Steue­rung freigegeben.

Der STB/STW ist von JUMO in Kom­bi­na­ti­on mit geeig­ne­ter Sen­so­rik inklu­si­ve Her­stel­ler­er­klä­rung erhält­lich, sodass für die gesam­te Sicher­heits­ket­te ein defi­nier­ter SIL-Level nach­ge­wie­sen wer­den kann.

In einer erwei­ter­ten Aus­füh­rung las­sen sich zudem eigen­si­che­re Sen­so­ren anschlie­ßen, die für den Ein­satz in explo­si­ons­ge­fähr­de­ten Berei­chen aus­ge­legt sind und dort zuver­läs­sig die Tem­pe­ra­tur überwachen.

Auch von nicht­elek­tri­schen Kom­po­nen­ten kann eine poten­zi­el­le Zünd­ge­fahr aus­ge­hen. Ein typi­sches Bei­spiel hier­für sind Lager, die sich im Feh­ler­fall unzu­läs­sig stark erwär­men kön­nen. Für sol­che Anwen­dun­gen liegt für den STB/STW eine Zulas­sung nach ISO 80079–37 vor. Die­se Norm defi­niert die Anfor­de­run­gen an die soge­nann­te „Zünd­quel­len­über­wa­chung“ für nicht­elek­tri­sche Gerä­te in explo­si­ons­fä­hi­ger Atmo­sphä­re. In Kom­bi­na­ti­on mit geeig­ne­ter Tem­pe­ra­tur­füh­ler­tech­nik ermög­licht der JUMO saf­etyM STB/STW somit die zuver­läs­si­ge Über­wa­chung der Ober­flä­chen­tem­pe­ra­tur auch bei nicht­elek­tri­schen Komponenten.

Eine Schutz­ein­rich­tung mit dem STB/STW wird häu­fig mit 2 Tem­pe­ra­tur­füh­lern auf­ge­baut. Ein Bei­spiel sind Anwen­dun­gen mit Ther­mo­ele­men­ten: Hier kann ein Kurz­schluss in einem Ele­ment nur durch den Ein­satz eines zwei­ten Ther­mo­ele­ments zuver­läs­sig über­wacht wer­den. Wei­ter­hin erfor­dern Sys­te­me mit SIL 3 gene­rell den Ein­satz red­un­dan­ter Sen­so­rik. Tritt in sol­chen Sys­te­men mit dop­pel­ter Sen­so­rik ein Feh­ler in einem Sen­sor auf (z. B. Sen­sor­bruch oder Kurz­schluss), deak­ti­viert der STB/STW sei­nen Alarm­aus­gang, was zu einem Anla­gen­stopp führt.

Der JUMO saf­etyM TA ermög­licht den zeit­be­grenz­ten Wei­ter­be­trieb der Anla­ge, solan­ge noch ein Sen­sor funk­ti­ons­tüch­tig ist.

Der JUMO saf­etyM TA kann so ein­ge­setzt wer­den, dass er, nach­dem ein Feh­ler an einem Sen­sor auf­tritt, in den soge­nann­ten degra­dier­ten Betrieb schal­tet. In die­sem bleibt die Anla­ge wei­ter­hin in Betrieb. Der degra­dier­te Betrieb kann mit­hil­fe eines zwei­ten Binär­aus­gangs signa­li­siert wer­den. Für SIL 3 muss der Feh­ler spä­tes­tens nach 72 h beho­ben und das Gerät zurück­ge­setzt wer­den, andern­falls geht das Gerät in den siche­ren Betrieb über und der Schlie­ßer­kon­takt wird geöff­net. Für SIL 2 kann der degra­dier­te Betrieb bis zu 168 h andauern.

Der JUMO saf­etyM TA wird für Anla­gen mit SIL-Ein­stu­fung emp­foh­len, bei denen Pro­zes­se unbe­dingt zu Ende geführt wer­den müssen.