Die Zahl der nach SIL-qualifizierten Applikationen hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Wie umfangreich der notwendige Planungsaufwand in dem Bereich ist, verdeutlicht der Blick auf eine sicherheitsrelevante Temperaturmessstelle.

Thermometer Varianten

Temperatur ist eine der häufigsten Messgrößen. Unzählige Varianten von Thermometern sind in der Industrie im Einsatz.

Herzstück einer solchen Anordnung ist der Temperatur-Messumformer im Anschlusskopf. Im hier dargestellten Fall handelt es sich um den Typ T32.xS von Wika. Dieser Messumformer kam vor acht Jahren auf den Markt und war bislang das einzige Gerät dieser Art, dessen Hard- und Firmware zugleich nach der SIL-Norm entwickelt und durch eine vollständige Bewertung (Full Assessment) des TÜV Rheinland zertifiziert wurde. Der Transmitter eignet sich für den Einsatz in einer SIL-Applikation bis zur Stufe 3. Messumformer oder andere intelligente Geräte mit der Klassifizierung „Betriebsbewährtheit“ sind höchstens SIL-2-fähig.

Ein nach IEC/EN 61508 entwickeltes Gerät hat zum Beispiel einen höheren SFF-Wert als ein Gerät, das nicht auf einer solchen Entwicklung beruht.

FEM Darstellung

FEM-Darstellung eines angeströmten Schutzrohres mit Spannungsdarstellung an der Spitze und in der Wurzel. Bild: Wika

Die Sicherheitsintegrität gemäß IEC/EN 61508 bezieht sich, wie eingangs erwähnt, stets auf ganze Systeme. Der Grad, den der Anwender anstrebt, ermittelt sich also aus der SIL-Summe aller beteiligten elektronischen Komponenten, neben dem Messumformer also auch der Daten-Übermittlungsstrang zur Leitebene und der Verarbeitung der Werte dort. Der Temperaturfühler ist im Anschlusskopf mit dem Transmitter verschaltet und somit eine Komponente im SIL-Regelkreis.

Da der Sensor aber keine Elektronik hat beziehungsweise sich nicht selbst beurteilen kann, kann er keine SIL-Qualifizierung bekommen. Das heißt: Sensoren mit SIL-Zertifikat gibt es schlichtweg nicht, auch wenn dieser Begriff hin und wieder auftaucht. Gleichwohl muss die Tauglichkeit eines Fühlers unter SIL-Gesichtspunkten betrachtet werden.

In der elektrischen Temperaturmessung der Prozessindustrie werden weltweit hauptsächlich zwei Arten verwendet: in Europa überwiegend das Widerstandsthermometer mit Pt100-Sensor, in der übrigen Welt das Thermoelement. Auf eine allgemeingültige Orientierung, welcher Sensor am besten mit der jeweiligen SIL-Anwendung harmoniert, können Anwender nicht zurückgreifen. Je nach Herkunftsregion, haben global anbietende Produzenten bei den zugrunde liegenden Kriterien oft ein unterschiedliches Verständnis.

Kalibierlabor

Im Kalibrierlabor: Für SIL-Messstellen sind wiederkehrende Überprüfungen vorgeschrieben. Bild: Wika

Um auf Nummer sicher zu gehen, müsste ein Anwender im Prinzip detailliert nachfragen: Welche Konstruktion verbirgt sich hinter einem angebotenen Pt100? Welche Kontaktierung hat der Sensor? Welche Werkstoffe stecken in der mineralisolierten Mantelleitung des Messeeinsatzes? Welche Qualität hat das Platin, welche die Legierung die Kupferdrähte?

Ein in der Praxis nicht zu leistender Aufwand. Von der Namur, der Interessengemeinschaft Automatisierungstechnik der Prozessindustrie, ist in Kürze eine verbesserte Richtschnur zu erwarten. Sie hat sich intensiv mit dem Thema auseinandergesetzt und wird ihre Empfehlung NE24 „Anforderungen an Messeeinsätze für Temperatursensoren zum Einsatz in eigensicheren Stromkreisen“ stärker konkretisieren.

Neben den rein technischen Maßgaben benötigen Anwender Werte für die designbedingte Ausfallwahrscheinlichkeit des Temperaturfühlers. Statistiken dazu finden sich in entsprechenden Nachschlagewerken, doch sind sie eher allgemein. Übertragen auf ein Auto, ließe sich aus solchen Informationen die Aussage ableiten: Bei guter Pflege hält ein Pkw mehrere 100.000 Kilometer. Aber jeder weiß, dass ein Rennfahrer den gleichen Wagen binnen Stunden zermürben könnte. Daher sollte man sich bei diesem Punkt der Messstellen-Sicherheit auf die tatsächliche Anwendung konzentrieren, auf die Prozessbedingungen und ihre Extrema.

Stabilität und Genauigkeit der Temperaturmessung hängen wesentlich von der Vermeidung negativer Einflüsse ab. Das wiederum lenkt den Blick auf die Schutzarmatur, im vorliegenden Beispiel einer SIL-Messstelle besteht sie aus Schutzrohr, Halsrohr und Thermometer-Anschlusskopf. Das Schutzrohr für den Messeinsatz erfüllt einen doppelten Zweck: Es schirmt den Fühler ab und ermöglicht einen Ausbau des Fühlers zur Rekalibrierung, ohne den Prozess zu unterbrechen. Das vereinfacht die wiederkehrende Überprüfung, wie sie für SIL-Messstellen vorgeschrieben ist.