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Funktionssicherheit

6.1 Funktionale Sicherheit (SIL)

6.1.1 Funktionale Sicherheit

Ausfälle und Fehlfunktionen von verfahrenstechnischen Anlagen und Maschinen können zu Risiken für Personen, Umwelt und Anlagen führen. Die Schadensauswirkungen und ihre Eintrittswahrscheinlichkeiten bestimmen die erforderlichen Maßnahmen zur Risikoreduzierung durch Fehlervermeidung, Fehlererkennung und Fehlerbeherrschung. Der internationale Sicherheitsstandard IEC/EN 61508 definiert die Anforderungen an Sicherheitssysteme in der Anlagensicherheit. Die in dieser Norm betrachteten sicherheitstechnischen Systeme beruhen auf elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Technologie. Der Begriff „Funktionale Sicherheit“ beschreibt den Teil der Gesamtanlagensicherheit, der von der korrekten Funktion der Sicherheitssysteme abhängt.

6.1.2 Safety Integrity Level (SIL)

Die IEC/EN 61508 verwendet einen auf dem Risiko basierenden Ansatz zur Bestimmung der Anforderungen an die Sicherheitsintegrität. Jeder Sicherheitsfunktion wird ein SIL-Level zugewiesen, der für jedes ermittelte gefahrbringende Ereignis die nötige Risikominderung festlegt. Das verbleibende Restrisiko wird durch Berechnung der Versagenswahrscheinlichkeit aller im Sicherheitskreis beteiligten Komponenten und deren Verschaltung bestimmt. Unterschieden werden vier Sicherheitsstufen: SIL 1 für ein geringes Risiko bis SIL 4 für ein sehr hohes Risiko. Je nach Anwendung werden zwei Kategorien von SIL beschrieben:

  • Für sicherheitstechnische Funktionen, die bei Bedarf (auf Anforderung) aktiviert werden, wird die Ausfallwahrscheinlichkeit der Funktion im Anforderungsfall angegeben (Low Demand Mode).
  • Für sicherheitstechnische Funktionen, die kontinuierlich aktiv sind, wird die Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne (pro Stunde) angeben (High Demand Mode).

6.1.3 Gerätezertifizierung

Die IEC/EN 61508 behandelt sicherheitstechnische Systeme über den gesamten Sicherheitslebenszyklus hinweg, d. h. beginnend mit dem Konzept bis hin zur Außerbetriebnahme oder Deinstallation. Eine besondere Bedeutung bei der Geräteentwicklung kommt der Verifikation zu. Mit einer Reihe von Analysen und Prüfungen ist der Nachweis zu führen, dass ein Gerät für eine Sicherheitskette mit einer bestimmten SIL-Anforderung geeignet ist. Die Ergebnisse bilden die Grundlage der Zertifizierung durch eine unabhängige Institution. Die Messumformer PolyTrans P 32000, ThermoTrans   P 32100, SensoTrans DMS P 32200 und SensoTrans P 32300 sind vom TÜV Rheinland nach SIL 2 zertifiziert. Bei redundantem Aufbau kann mit ihnen bis zu SIL 3 erreicht werden.

6.2 Stoßspannungsfestigkeit

Insbesondere durch Schaltvorgänge können in industriellen Anlagen transiente Überspannungen mit Anstiegsgeschwindigkeiten von mehreren 1000 V/μs entstehen. Derartige Überspannungen können zu Beschädigungen oder Zerstörungen empfindlicher elektronischer Geräte führen.

Neuentwickelte Trennverstärker von Knick sind stoßspannungsfest gemäß IEC 255-4. Es werden sowohl die einzelnen Stromkreise (Eingang, Ausgang, Versorgung) als auch die Isolation zwischen den Stromkreisen vor Zerstörung durch kurzzeitig auftretende Überspannungen geschützt. Die Prüfung erfolgt jeweils mit positiven und negativen Impulsen von 5 kV mit 1,2 bzw. 50 μs Impulsdauer.

6.3 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Der Begriff „Elektromagnetische Verträglichkeit“ definiert die Eigenschaft elektrischer und elektronischer Geräte, keine unzulässigen elektromagnetischen Störungen auszusenden und gleichzeitig die Fähigkeit, bei Einwirkung elektromagnetischer Störungen zufriedenstellend zu funktionieren. Der zunehmende Einsatz von Geräten aller Art, die potentiell Störungen aussenden können, der stetig zunehmende Einsatz moderner Mikroelektronik in allen Industriebereichen und das Zusammenwirken von Geräten der Leistungs- und Mikroelektronik erfordern Maßnahmen zum Schutz vor gegenseitiger Beeinflussung. Elektromagnetische Störungen können Fehlfunktionen und sogar den Totalausfall ungeschützter elektronischer Geräte verursachen. Immer geringerer Energiebedarf von Bauelementen der Mikroelektronik und gleichzeitig höhere Verarbeitungsgeschwindigkeiten führen zu erhöhter Empfindlichkeit gegen elektromagnetische Störungen.

Die bezüglich EMV einzuhaltenden Grenzwerte sind neben weiteren einzuhaltenden Anforderungen innerhalb der Europäischen Union durch einheitlich geltende Normen und Gesetze geregelt. Bei Trennverstärkern sind die Niederspannungsrichtlinie und die EMV-Normen relevant. Durch die CE-Kennzeichnung von Knick-Produkten wird die Konformität mit den entsprechenden Bestimmungen bestätigt.

 

6.4 Schutz vor mechanischen Belastungen

Mechanische Beanspruchungen z. B. durch Erschütterungen oder Vibrationen können in Industrieanlagen, in Fahrzeugen, auf Schiffen usw. nicht ausgeschlossen werden. Die Betriebssicherheit von elektrischen und elektronischen Komponenten muss aber auch in solchen Umgebungen sichergestellt werden. Die VariTrans-Geräte P 27000, A 26000, P 15000, B 13000 und A 20400 wurden daher gemäß den Richtlinien des Germanischen Lloyd geprüft und haben die GL-Zulassung für die Umgebungskategorie D: Anwendung bei erhöhter Wärmeentwicklung und erhöhter Vibrationsbeanspruchung, z. B. Geräte zum Anbau an Verbrennungskraftmaschinen und Kompressoren.

Die Qualität aller Knick-Produkte wird durch rechnerunterstützte Einzelstückprüfungen sichergestellt. Für die Bausteine zur Potentialtrennung bedeutet dies, dass jedes einzelne Gerät nach Funktionsprüfung, Abgleich, ggf. Verguss und Hochspannungsprüfung nochmals auf einwandfreie Funktion und Einhaltung aller Daten geprüft wird. Erst dann erfolgt die Lieferfreigabe.

6.5 IP68-Schutz

Mit der neuen M12-Feldgehäuse-Reihe hat Knick die Dezentralisierung im Bereich der analogen Signalübertragung entscheidend vereinfacht. Die Geräte DuraTrans M12 und IsoTrans M12 sind in der Schutzart IP68 ausgeführt und werden ohne Schaltschrank oder zusätzliches Schutzgehäuse direkt an der Maschine installiert. Auch raue Umgebungsbedingungen stellen kein Problem dar.

Das Gehäusematerial PBT (Polybutylenterephthalat) weist eine hohe Beständigkeit gegen mineralische Schmierstoffe und Alkohole auf und erfüllt die Brennbarkeitsklasse V-0 nach UL 94. Die Elektronik ist durch einen Vakuumverguss zuverlässig vor Umwelteinflüssen geschützt, die Anschlusstechnik basiert auf bewährten M12-Rundsteckverbindern.


6.6 Zuverlässigkeit

Knick bietet für Bausteine zur Potentialtrennung eine Garantie von fünf Jahren. Wegen ihrer anerkannten Qualität und Zuverlässigkeit sind sie in der industriellen Mess- und Regeltechnik weltweit verbreitet.

Das Qualitätsmanagement von Knick ist für alle Bereiche des Unternehmens nach DIN ISO 9001 zertifiziert und hat zusätzlich dazu beigetragen, dass das Unternehmen Knick bereits seit 1994 gemäß KTA 1401 als geeigneter Lieferant für Trennverstärker zum Einsatz in Kernkraftwerken zertifiziert ist. Weitere entsprechende Zertifizierungen, auch auf einzelne, im sicherheitsrelevanten Bereich von KKWs eingesetzte Produkte bezogen, sind erfolgt.

Intelligente Schaltungen mit z. T. minimalem Bauteileaufwand ermöglichen Werte für die Zuverlässigkeit, die früher als unerreichbar galten – für den Normsignaltrenner VariTrans B 10000 z. B. beträgt die MTBF (Mean Time Between Failures) 440 Jahre.

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