Armaturen, die in kontinuierlich laufenden Anlagen sicherheitsrelevante Funktionen wahrnehmen, verharren meist über lange Zeiträume in einer Endlage. Dabei ist die Rückstelleinrichtung des Sicherheitsantriebes voll gespannt, um im Störungsfall die Armatur in die sichere Position bringen zu können.
Durch unterschiedliche Einflüsse, die mitunter in den Umgebungsbedingungen oder auch im Prozess begründet sind, kann jedoch die Ausführung der Sicherheitsfunktion behindert werden oder gestört sein. Das geschieht zum Beispiel durch die Blockade der Armatur durch Medienablagerungen oder -verbackungen, durch Korrosion oder durch Störungen oder Defekte am Antriebssystem.
Deswegen fordern die Normen für die funktionale Sicherheit von sicherheitsrelevanten Systemen IEC 61508 und IEC 61511 zur Einhaltung und zum Nachweis der funktionalen Sicherheit die regelmäßige Diagnose der Sicherheitsfunktion. Eine regelmäßige Betätigung der Armatur ist jedoch häufig nicht möglich, da kontinuierliche Prozesse nicht ohne hohen Aufwand unterbrochen werden können.
Um die Gängigkeit des Armaturen-Antriebssystems sicherzustellen, ohne den Prozess zu unterbrechen, bietet sich ein Teilhubtest (Partial Stroke Test – PST) an. Dabei wird nur ein Teil des Armaturenhubes durchfahren und danach kehrt die Armatur wieder zu ihrer Ursprungsstellung zurück. Mit dieser Methode wird der Prozess je nach Konfiguration des Betreibers nicht oder nur geringfügig beeinträchtigt.
Klassische Varianten des Partial Stroke Test
Die Ausführung und Ansteuerung von Partial Stroke Tests kann auf jeweils unterschiedliche Weisen erfolgen. Bei elektrischen Antrieben ohne Federrückstellung kann durch eine bestimmte Laufzeit bzw. die Nutzung eines Endschalters auf einer Zwischenstellung der Teilhub nachgewiesen und entsprechend nach Erreichen der gewünschten Teilhubstellung umgesteuert werden, damit auf diese Weise die Ursprungsstellung wieder erreicht wird.
Im Fall von fluidischen Antrieben existieren dagegen mechanische Lösungen, bei denen die Antriebshublänge mechanisch durch das Einlegen eines Blockierungskeiles verkürzt wird. Danach lässt sich der Antrieb mit Hilfe der normalen Stteuerung ansteuern.
Intelligente Magnetventile
Durch die mechanische Begrenzung kann der Antrieb die Armatur nur um den freien Laufbereich bewegen. Die mechanische Begrenzung wird nach Rückkehr zur Ursprungsstellung wieder manuell entfernt. Weiterhin ist die Anwendung von Stellungsreglern gebräuchlich, bei denen der Sollwert kurzzeitig auf einen, der Hublänge des PST entsprechenden Wert gesetzt und somit die Bewegungsfähigkeit der Armatur nachgewiesen wird.
Steuerungen aus diversen Magnetventilen und Endschaltern sind ebenfalls üblich, bei denen die Funktion über die zusätzlichen Komponenten angesteuert und durchgeführt wird. Antriebssysteme können auch mit intelligenten Magnetventilen bestückt werden, die neben der Schaltfunktion auch die Stellung des Antriebes aufnehmen können und somit ebenfalls in der Lage sind den PST durchzuführen.
Die Auslösung des Tests erfolgt manuell durch Servicekräfte vor Ort oder durch die Fernsteuerung über ein analoges oder digitales Steuerungssignal aus der Leitwarte.
Smart Partial Stroke Test
Eine neuartige und intelligente Lösung ist der smarte Partial Stroke Test (sPST) wie er beim Hoerbiger Trivax realisiert wurde. Hierbei werden die PST-Hublänge, die PST-Richtung, die Vergleichsgröße der auftretenden Stellkräfte und die erlaubte Toleranz im Antrieb programmiert.
Der smarte PST kombiniert den Test der mechanischen Bewegung mit der Messung der auftretenden Stellkräfte. Aus den beiden Messwerten wird im Anschluss ein aussagekräftiger, smarter PST-Zustandswert generiert. Dieser wird mit einem bei der Inbetriebnahme vorgegebenen Referenzwert abgeglichen. Das Ergebnis des PST lässt sich dabei sowohl lokal anzeigen als auch über programmierbare Digitalausgänge an die Leitwarte weiterleiten. Gleiches gilt für den Start des PST. Dieser erfolgt entweder manuell über die lokale Steuerung.
Oder er wird über einen programmierbaren Eingang des Armaturenantriebs von der Leitwarte aus ausgeführt. Weiterhin ist es möglich den Partial Stroke Test über eine programmierbare Zeitsteuerung des Antriebes automatisch auszuführen. Auf diese wird das Risiko ausgeschlossen, durch menschliches Versagen die zeitgerechte Ausführung des PST zu versäumen.
Stroke Test mit Zeitsteuerung
Die neue Methodik informiert den Betreiber nicht nur über die reine Beweglichkeit der Armatur, sondern lässt frühzeitig Rückschlüsse auf den Zustand des Gesamtsystems zu. So kann zum Beispiel der fortgeschrittene Verschleiß oder die Schwergängigkeit des Armaturensystems eine Wartung oder Reparatur notwendig machen.
Da der Bedarf rechtzeitig erkannt wird, sind die notwendigen Maßnahmen wie zum Beispiel Ersatzteilbestellung und/oder Stillstandsplanung direkt und schnell einzuleiten. Unvorhergesehene und ungeplante Stillstände lassen sich auf diese Weise vermeiden.
Durch die ausgeführten Eigenschaften entstehen dem Betreiber in seinen Anlagen signifikante Vorteile. Der nachhaltigste Aspekt ist sicherlich die Fehleranalyse vor dem Eintreten von Schäden mit Ausfallfolgen für den Prozess.
Stillstandszeiten vermeiden
Der Prozess wird nicht unterbrochen und kostspielige Stillstandszeiten werden vermieden. Die präventive Diagnostik des Smart Partial Stroke Test liefert hierzu die Daten bereits im Vorfeld.
Durch die individuelle Anpassbarkeit des sPST auf die Bedürfnisse des Betreibers lässt sich dieser optimal in die vorhandene System- und Prozesswelt integrieren. Veränderungen der Infrastruktur oder Prozesse, um die Vorteile eines sPST zu nutzen, sind nicht notwendig.
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