DE102013215077A1

DE102013215077A1 - Feldgerät zur Prozessinstrumentierung

Info

Publication number: DE102013215077A1
Application number: DE201310215077
Authority: DE
Inventors: Michael Geppert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-02-05
Also published as: CN104345712B; US9575471B2; US20150035684A1; CN104345712A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, bei welchem eine Betriebskenngröße auf Einhalten eines vorgegebenen Bereichs überwacht wird. Verlässt die Betriebskenngröße den Bereich, verliert das Feldgerät (1) seine Eignung für einen besonderen Betrieb, insbesondere in sicherheitsrelevanten Bereichen. Dies wird durch eine dauerhafte Veränderung des Zustands eines auslesbaren Speicherelements (5) im Feldgerät angezeigt. Beispielsweise ist die Klemmenspannung eines Feldgeräts bei eigensicherem Betrieb auf maximal 30 V begrenzt. Im Normalbetrieb kann sie bis 44 V betragen. Ein Feldgerät (1) bei welchem die eingeschränkt spezifizierte Klemmenspannung von 30 V einmal überschritten wurde, darf nicht mehr für eigensicheren Betrieb verwendet werden. Zur Erhöhung der Sicherheit einer Anlage wird der Sicherheitsverlust des Feldgeräts (1) durch das Speicherelement (5) angezeigt oder es kann eine entsprechende Alarmmeldung ausgegeben werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, in welchem eine Betriebskenngröße auf Einhalten eines vorgegebenen Bereichs überwacht und bei Verlassen des Bereichs der Zustand eines auslesbaren Speicherelements zur Registrierung des aufgetretenen Ereignisses dauerhaft verändert wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiges Feldgerät ist bereits aus der WO 01/61362 A1 bekannt.
In prozesstechnischen Anlagen werden zur Steuerung von Prozessen vielfältige Feldgeräte zur Prozessinstrumentierung eingesetzt. Messumformer dienen zur Erfassung von Prozessvariablen, wie beispielsweise Temperatur, Druck, Durchflussmenge, Füllstand, Dichte oder Gaskonzentration eines Mediums. Durch Stellglieder kann der Prozessablauf in Abhängigkeit von erfassten Prozessvariablen entsprechend einer von einer übergeordneten Steuerung, beispielsweise von einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder einer Leitstation, vorgegebenen Strategie beeinflusst werden. Als Beispiele für Stellglieder seien ein Regelventil, eine Heizung oder eine Pumpe genannt. Zur Kommunikation sind Feldgeräte und übergeordnete Steuerungen in einem Automatisierungsnetzwerk miteinander verbunden. Beispielsweise bei Feldgeräten mit HART-Kommunikation am Automatisierungsnetzwerk erfolgt die Versorgung der Feldgeräte mit der zu ihrem Betrieb erforderlichen Energie durch Anlegen einer Versorgungsspannung an dieselbe Zweidrahtleitung, die auch zur Datenübertragung genutzt wird.
Werden Feldgeräte in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt, wo beispielsweise brennbare Stoffe und Sauerstoff ein explosionsfähiges Gemisch bilden, müssen zur Sicherheit von Menschen und für einen sicheren, störungsfreien Produktionsprozess bestimmte Maßnahmen des Explosionsschutzes ergriffen werden. Eine Maßnahme ist die Vermeidung von Zündquellen durch Verwendung von Feldgeräten in eigensicheren Stromkreisen. Ein Stromkreis wird als eigensicher bezeichnet, wenn Strom und Spannung soweit begrenzt sind, dass ein Funke oder thermischer Effekt keine Zündung einer explosionsfähigen Atmosphäre auslösen kann. Um die Energie des Funken unterhalb der minimal erforderlichen Zündenergie des umgebenden Gases zu halten, wird zum einen die Spannung begrenzt. Der thermische Effekt, also zu heiße Oberflächen, wird zum anderen durch eine Strombegrenzung verhindert. Dies gilt auch für die an den eigensicheren Stromkreisen angeschlossenen Feldgeräte.
In Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung werden durch den Betreiber der Anlage die den jeweils erforderlichen Explosionsschutz betreffenden Zertifikate festgelegt, welche die für einen Einsatz im explosionsgefährdeten Bereich vorgesehenen Feldgeräte erfüllen müssen. Bei der Projektierung der Anlage kommen daher nur Feldgeräte zum Einsatz, die aufgrund ihrer Zertifizierung den jeweiligen Anforderungen des Explosionsschutzes genügen. Dabei kann es in nachteiliger Weise vorkommen, dass ein in ausreichender Weise zertifiziertes Feldgerät bei einer früheren Anwendung in einer Art und Weise betrieben wurde, durch welche es inzwischen die Zulassung für den gewünschten Einsatz verloren hat. Beispielsweise tritt bei dem bekannten Druckmessumformer SITRANS P500 mit HART-Kommunikation, der von der Siemens AG vertrieben wird, ein Verlust der Sicherheit des Geräts mit Zündschutzart Eigensicherheit „Ex i“ ein, wenn das Gerät bereits an nicht eigensicheren Stromkreisen betrieben wurde oder wenn die Angaben zu den Betriebskenngrößen, die für den „besonderen“ Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen eingeschränkt spezifiziert sind, nicht beachtet wurden. Im „normalen“ Betrieb außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen ist eine Klemmenspannung am Messumformer von 10,6 V bis 44 V erlaubt. Bei Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen ist dagegen die Klemmenspannung als Betriebskenngröße auf einen Bereich von 10,6 V bis 30 V eingeschränkt spezifiziert. Es ist nicht erlaubt, das Feldgerät in explosionsgefährdeten Bereichen einzusetzen, wenn die Klemmenspannung in einer früheren Anwendung einmal größer als 30 V war und somit ein Verlust der Sicherheit des Geräts mit Zündschutzart Eigensicherheit „Ex i“ eingetreten ist. Obwohl gemäß den vergebenen Zertifikaten die Sicherheit gegeben scheint, kann diese somit aufgrund der früheren Betriebsweise des Feldgeräts eingeschränkt sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Feldgerät zur Prozessinstrumentierung zu schaffen, durch welches eine zuverlässigere Einhaltung von Sicherheitsvorschriften ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe weist das neue Feldgerät der eingangs genannten Art die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale auf. In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen, in Anspruch 4 ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts zur Prozessinstrumentierung, in Anspruch 5 ein Computerprogramm und in Anspruch 6 ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens beschrieben.
Werden Feldgeräte in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt, wie z. B. explosionsgefährdeten Bereichen, können für gewisse Betriebskenngrößen, zum Beispiel die an Versorgungseingängen anliegende Klemmenspannung, eingeschränkte Spezifikationen vorliegen. Während für einen Normalbetrieb des Feldgeräts, das heißt für einen Betrieb außerhalb des betreffenden sicherheitsrelevanten Bereichs, ein Bereich zulässiger Werte der Betriebskenngröße vorgegeben ist, der größer als die für den sicherheitsrelevanten Bereich eingeschränkte Spezifikation ist, muss im sicherheitsrelevanten Bereich die eingeschränkte Spezifikation eingehalten werden. Wenn die Betriebskenngröße im Normalbetrieb den vorgegebenen Bereich der eingeschränkten Spezifikation verlässt, kann dies, wie oben am Beispiel der Klemmenspannung als Betriebskenngröße erläutert, zu einem sofortigen und dauerhaften Verlust der Eignung des Feldgeräts für den besonderen Betrieb, zum Beispiel für den Einsatz des Feldgeräts in einem explosionsgefährdeten Bereich, führen. Dieser Verlust wird nun in vorteilhafter Weise durch ein auslesbares Speicherelement angezeigt, dessen Zustand sich bei Eintreten des Ereignisses dauerhaft verändert.
Das auslesbare Speicherelement kann beispielsweise durch ein spezielles Bit eines in dem Feldgerät verwendeten Statusbytes realisiert sein, welches zur Kennzeichnung des Feldgerätezustands dient. Durch die dauerhafte Zustandsänderung des Speicherelements ist für den Betreiber einer prozesstechnischen Anlage immer erkennbar, dass der besondere Betrieb des Feldgeräts nicht mehr erlaubt ist, das heißt, dass das Feldgerät beispielsweise nicht mehr in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden darf. Das Risiko einer unzulässigen Verwendung in sicherheitsrelevanten Bereichen wird somit verringert und schließlich die Sicherheit beim Einsatz von Feldgeräten in explosionsgefährdeten Bereichen weiter verbessert.
Die Information des Betreibers über den Zustand des Feldgeräts kann beispielsweise über eine Anzeige auf einem Bedienfeld des Feldgeräts vor Ort erfolgen oder durch Ausgabe auf einer entfernten Leitstation, die über ein Automatisierungsnetzwerk mit dem Feldgerät verbunden ist.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung der Erfindung, bei welcher die Betriebskenngröße die Klemmenspannung der Versorgungszuleitung am Feldgerät ist, die für einen besonderen Betrieb des Feldgeräts in explosionsgeschützten Bereichen eingeschränkt spezifiziert ist. Bei Überschreiten der eingeschränkten Spezifikation tritt der Verlust der Sicherheit des Feldgeräts mit Zündschutzart Eigensicherheit „Ex i“ ein und durch das auslesbare Speicherelement wird in vorteilhafter Weise eine automatische Prüfung der Sicherheit vor dem Betrieb des Feldgeräts in einem explosionsgefährdeten Bereich ermöglicht.
Da ein Restrisiko für das Auftreten von Fehlern nicht vollständig ausschließbar ist, können Fehler auch während des besonderen Betriebs des Feldgeräts auftreten, das heißt erst nach der Überprüfung der Sicherheit anhand der Gerätezertifikate und des Gerätestatusbytes, die durch einen Anlagenbetreiber vorzugsweise vor der Inbetriebnahme des Feldgeräts in einem sicherheitsrelevanten Bereich durchgeführt wird. Durch eine Alarmmeldung, welche das Feldgerät unverzüglich bei Auftreten eines Fehlers während seines Betriebs in einem explosionsgefährdeten Bereich erzeugt, ist eine schnelle Reaktion mit geeigneten Maßnahmen zur Fehlerbehandlung möglich und Sicherheitsrisiken können weiter reduziert werden.
Ein Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts, bei welchem ein auslesbares Speicherelement dauerhaft seinen Zustand verändert, wenn eine Kenngröße einen eingeschränkt spezifizierten Bereich verlässt, ist bevorzugt in Software oder in einer Kombination Soft-/Hardware implementiert, so dass die Erfindung auch ein Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des beschriebenen Verfahrens betrifft. In diesem Zusammenhang betrifft die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere einen Datenträger oder ein Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren derartigen Computerprogramm. Ein solches Computerprogramm ist bevorzugt Bestandteil einer Elektronik des Feldgeräts oder wird in einem Speicher der Felgeräteelektronik vorgehalten oder ist in diesen Speicher ladbar, so dass beim Betreiben des Feldgeräts gegebenenfalls automatisch der Zustand des auslesbaren Speicherelements verändert wird.
Anhand der Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist, werden im Folgenden die Erfindung sowie Ausgestaltungen und Vorteile näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer einfachen prozesstechnischen Anlage, die ein Feldgerät 1 und ein Automatisierungsgerät 2 umfasst, welche über ein Automatisierungsnetzwerk 3 miteinander verbunden sind. In dem gezeigten Beispiel handelt es sich um ein Feldgerät 1 mit HART-Kommunikation, welches durch eine Zweidrahtleitung mit dem Automatisierungsgerät 2 verbunden ist. Das Feldgerät 1 besitzt einen Speicher mit elektronisch auslesbaren Beschreibungsdaten, in welchen unter anderem ein Zertifikat 4 abgelegt ist, welches seine Zulassung für einen Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen kennzeichnet. Zusätzlich ist in dem Feldgerät 1 ein auslesbares Speicherelement 5 vorgesehen, das als spezielles Bit in einem Statusbyte realisiert ist. Im Normalbetrieb, das heißt außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen, ist an dem Netzwerkanschluss, mit welchem das Feldgerät mit dem Automatisierungsnetzwerk 3 verbunden ist, eine Klemmenspannung zwischen 10,6 V und 44 Volt zulässig. In einem besonderen Betrieb, das heißt bei einem Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen, darf die Klemmenspannung dagegen einen Bereich zwischen 10,6 V und 30 V nicht verlassen. Zudem darf ein Feldgerät, welches einmal mit einer Klemmenspannung größer als 30 V betrieben worden war, aus Gründen des Explosionsschutzes später nicht mehr in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden. Die Betriebskenngröße Klemmenspannung wird in dem Feldgerät 1 auf Einhalten der eingeschränkten Spezifikation durch Überwachungsmittel 6, beispielsweise mit einer Mess- und Vergleichseinrichtung, überwacht und der Zustand des auslesbaren Speicherelements 5 dauerhaft verändert, sobald das Ereignis eintritt, dass die Klemmenspannung den Wert 30 V überschreitet, sei es im Normalbetrieb des Feldgeräts 1 oder in einem besonderen Betrieb in sicherheitsrelevanten Bereichen. Der Bereich, auf dessen Einhalten die Klemmenspannung überwacht wird, ist somit derart vorgegeben, dass durch veränderten Zustand des Speicherelements ein Verlust der Eignung des Feldgeräts 1 für den besonderen Betrieb mit eingeschränkt spezifizierter Klemmenspannung als Betriebskenngröße angezeigt wird, das Feldgerät jedoch für einen normalen Betrieb außerhalb explosionsgeschützten Bereichen weiterhin geeignet ist.
Bei der Projektierung und Inbetriebnahme der Anlage wird ein Engineering-Werkzeug 7 an das Automatisierungsgerät 2, welches als speicherprogrammierbare Steuerung ausgeführt sein kann, angeschlossen. In der Projektierung wurde bisher lediglich darauf geachtet, dass die in der Anlage verwendeten Feldgeräte, hier das Feldgerät 1, in geeigneter Weise für die jeweilige Anwendung zertifiziert sind. Zu einer automatischen Prüfung mit Hilfe eines Überprüfungswerkzeugs 8 dient beispielsweise das Zertifikat 4. Zusätzlich wird nun überprüft, ob aufgrund einer früheren Betriebsweise eines Feldgeräts dessen Eignung für den besonderen Betrieb, welcher durch die jeweilige Anwendung bestimmt ist, weggefallen ist. Ist ein derartiger Verlust eingetreten, wird dies durch den veränderten Zustand des Speicherelements 5 angezeigt. Diese Überprüfung wird ebenfalls durch das Überprüfungswerkzeug 8 mit Hilfe einer Kommunikation über das Automatisierungsnetzwerk 3 in automatisierter Weise vorgenommen. Das Überprüfungswerkzeug 8 kann alternativ auf das Automatisierungsgerät 2 heruntergeladen werden und dort als Programm bei der Inbetriebnahme ablaufen.
Falls während des besonderen Betriebs, das heißt nach der Inbetriebnahme, die Klemmenspannung als eingeschränkt spezifizierte Betriebskenngröße den vorgegebenen Bereich verlässt, wird das Ereignis ebenfalls durch die Überwachungsmittel 6 erkannt und der Zustand des auslesbaren Speicherelements 5 dauerhaft verändert. Gleichzeitig wird eine Alarmmeldung zur Anzeige des Fehlers über das Automatisierungsnetzwerk 3 an das Automatisierungsgerät 2 als übergeordnete Steuerung ausgegeben, damit geeignete Maßnahmen zur Fehlerbehandlung eingeleitet werden können. Eine geeignete Maßnahme ist – je nach Sicherheitsrelevanz – z. B. ein Anhalten des jeweils gesteuerten Produktionsprozesses, um eine unnötige Gefährdung von Personen und Geräten zu vermeiden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 01/61362 A1 [0002]

Claims

Feldgerät zur Prozessinstrumentierung, mit Mitteln (6) zur Überwachung einer Betriebskenngröße auf Einhalten eines vorgegebenen Bereichs und mit einem auslesbaren Speicherelement (5), dessen Zustand bei Verlassen des Bereichs dauerhaft verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich derart vorgegeben ist, dass durch veränderten Zustand des Speicherelements (5) ein Verlust einer Eignung des Feldgeräts (1) für einen besonderen Betrieb mit eingeschränkt spezifizierter Betriebskenngröße, nicht jedoch ein Verlust einer Eignung für einen normalen Betrieb mit weniger eingeschränkt spezifizierter Betriebskenngröße angezeigt wird.
Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebskenngröße eine Versorgungsspannung des Feldgeräts (1) ist und dass der Verlust der Eignung des Feldgeräts durch den Verlust der Sicherheit des Feldgeräts (1) mit Zündschutzart Eigensicherheit „Ex i“ gegeben ist.
Feldgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Änderung des Zustands des Speicherelements (5) während eines Betriebs des Feldgeräts (1) in einem explosionsgefährdeten Bereich eine Alarmmeldung erzeugbar ist.
Verfahren zum Betreiben eines Feldgeräts (1) zur Prozessinstrumentierung, bei welchem eine Betriebskenngröße auf Einhalten eines vorgegebenen Bereichs überwacht und bei Verlassen des Bereichs der Zustand eines auslesbaren Speicherelements (5) dauerhaft verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich derart vorgegeben ist, dass durch veränderten Zustand des Speicherelements (5) ein Verlust einer Eignung des Feldgeräts (1) für einen besonderen Betrieb mit eingeschränkt spezifizierter Betriebskenngröße, nicht jedoch ein Verlust einer Eignung für einen normalen Betrieb mit weniger eingeschränkt spezifizierter Betriebskenngröße angezeigt wird.
Computerprogramm mit durch einen Computer ausführbaren Programmcodeanweisungen zur Implementierung des Verfahrens nach Anspruch 4, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerprogrammprodukt, insbesondere Datenträger oder Speichermedium, mit einem durch einen Computer ausführbaren Computerprogramm gemäß Anspruch 5.