SH 8387-5
Originalanleitung

Elektropneumatischer Stellungsregler Typ 3731-5
Kommunikation: FOUNDATION™ fieldbus

Ausgabe Juli 2020

Hinweise und ihre Bedeutung! GEFAHR
Gefährliche Situationen, die zum Tod oder zu
schweren Verletzungen führen
! WARNUNG
Situationen, die zum Tod oder zu schweren
Verletzungen führen können

! HINWEIS
Sachschäden und Fehlfunktionen
Info
Informative Erläuterungen
Tipp
Praktische Empfehlungen2

SH 8387-5

Zu diesem Handbuch
Das Sicherheitshandbuch SH 8387-5 enthält Informationen, die für den Einsatz des Stellungsreglers Typ 3731-5 in sicherheitsgerichteten Systemen gemäß IEC 61508/IEC 61511
relevant sind. Das Sicherheitshandbuch richtet sich an Personen, die den Sicherheitskreis planen, bauen und betreiben.
! HINWEIS
Fehlfunktion durch falsch angebauten, angeschlossenen oder in Betrieb genommenen Stellungsregler!
Î Anbau, elektrischen und pneumatischen Anschluss und Inbetriebnahme gemäß Einbauund Bedienungsanleitung EB 8387-5 vornehmen!
Î Warn- und Sicherheitshinweise der Einbau- und Bedienungsanleitung EB 8387-5 beachten!
Weiterführende Dokumentation
Ausführliche Beschreibungen zur Inbetriebnahme, Funktion und Bedienung des Stellungsreglers finden Sie in den nachfolgend aufgelisteten Dokumenten. Die aufgeführten Dokumenteliegen unter www.samsongroup.com zum Download bereit.
Stellungsregler Typ 3731-5
u T 8387-5:
Typenblattu EB 8387-5: Einbau- und Bedienungsanleitungu KH 8387-5: Konfigurationshinweise
Diagnose EXPERTplus (Stellungsregler Typ 3731-5 ab Firmwareversion 1.50)
u T 8389:
Typenblattu EB 8389:
Bedienungsanleitung
Diagnose EXPERT+ (Stellungsregler Typ 3731-5 bis Firmwareversion 1.49)
u T 8388:
Typenblattu EB 8388-5: Bedienungsanleitung
Info
Ergänzend zur Stellungsregler-Dokumentation sind die technischen Dokumente des pneumatischen Antriebs, des Ventils und sonstiger Peripheriegeräte des Stellventils zu beachten.

SH 8387-5

3

4

SH 8387-5

Inhalt

1
1.1
1.2
1.3
1.4

Anwendungsbereich.......................................................................................6
Allgemeines....................................................................................................6
Verwendung in sicherheitsgerichteten Systemen.................................................6
Ausführungen und Bestellangaben...................................................................6
Anbau...........................................................................................................62

Technische Daten (Auszug aus EB 8387-5).......................................................7

3
3.1
3.2

Sicherheitstechnische Funktionen.....................................................................8
Verhalten im Sicherheitsfall..............................................................................8
Schutz gegen Konfigurationsänderung..............................................................84

Anbau, Anschluss und Inbetriebnahme..........................................................10

5
5.1
5.2
5.3

Notwendige Bedingungen............................................................................10
Auswahl.......................................................................................................10
Mechanische und pneumatische Installation....................................................11
Elektroinstallation..........................................................................................12

6
6.1
6.2

Wiederkehrende Prüfungen..........................................................................13
Sichtprüfung zur Vermeidung systematischer Fehler.........................................13
Funktionsprüfung..........................................................................................14

7

Reparatur und Wartung................................................................................15

8

Sicherheitstechnische Kennzahlen und Zertifikate...........................................16

SH 8387-55

Anwendungsbereich

1 Anwendungsbereich
1.1 Allgemeines
Der elektropneumatische Ex-d-Stellungsregler Typ 3731-5 ist ein einfach wirkender, be- undentlüftender Stellungsregler zum Anbau an pneumatische Schwenk- und Hubantriebe mit Federrückstellung. Der Stellungsregler wird zur Regelung von Stellventilen eingesetzt.

1.2 Verwendung in sicherheitsgerichteten Systemen
Unter Beachtung der IEC 61508 ist eine systematische Eignung des Steuerventils zum sicheren Entlüften als Komponente in sicherheitsgerichteten Kreisen gegeben.
Unter Beachtung der IEC 61511 und der erforderlichen Hardware-Fehlertoleranz ist der Stellungsregler in sicherheitsgerichteten Anwendungen bis SIL 2 (einzelnes Gerät/HFT = 0) und
SIL 3 (redundante Verschaltung/HFT = 1) einsetzbar.
Der Ex-d-Stellungsregler wird hinsichtlich seiner Sicherheitsfunktionen nach IEC 61508-2 als
Gerät vom Typ A betrachtet.

1.3 Ausführungen und Bestellangaben
Alle Ausführungen des Stellungsreglers Typ 3731-5 sind für den Einsatz in sicherheitsgerichteten Systemen geeignet.

1.4 Anbau
Der Stellungsregler ist in Kombination mit unterschiedlichen Anbauteilen für folgende Anbauvarianten geeignet:− Direktanbau an SAMSON-Hubantriebe Typ 3277
− Anbau an Hubantriebe nach IEC 60534-6 (NAMUR)− Anbau an SAMSON-Mikroventil Typ 3510
− Anbau an Schwenkantriebe nach VDI/VDE 3845

6

SH 8387-5

Technische Daten (Auszug aus EB 8387-5)

2 Technische Daten (Auszug aus EB 8387-5)
FOUNDATIONTM-Fieldbus-Stellungsregler Typ 3731-5
Es gelten zusätzlich die technischen Daten der Prüfbescheinigung.
Busanschluss

Kommunikation

Feldbusinterface gemäß
Physical Layer Class
Feldgerät nachIEC 61158-2, busgespeist
113 (nicht Ex-Ausführung) · 111 (Ex-Ausführung)FM 3610 entity und FISCO

Feldbus

Datenübertragung gemäß FOUNDATIONTM-Fieldbus-Spezifikation
Communication Profile Class: 31 PS, 32 L
Interoperabilität geprüft nach ITK 6.2.0

Ausführungszeiten

AO FB: 30 ms · DI FB: 20 ms · PID: 40 ms

lokal

SAMSON SSP-Schnittstelle und Serial Interface Adapter
Software-Voraussetzung (SSP): TROVIS-VIEW mit Datenbank-Modul 3731-5

Zulässige Betriebsspannung

9 bis 32 V DC · Speisung über BusleitungEs gelten zusätzlich die Grenzen der Baumusterprüfbescheinigung

Maximaler Betriebsstrom

15 mA

Zusätzlicher Strom im Fehlerfall

0 mA

Hilfsenergie

ZuluftTyp 3731-521, Typ 3731-527: 1,4 bis 7 bar (20 bis 105 psi)
Typ 3731-523: 1,4 bis 6 bar (20 bis 90 psi)

Luftqualität nachISO 8573-1
Ausg. 2004

Partikelgröße und -Mengen: Klasse 4 · Ölgehalt: Klasse 3
Feuchte und Wasser: Klasse 3
Drucktaupunkt mindestens 10 K unter der niedrigsten zu erwartenden Umgebungstemperatur

Stelldruck (Ausgang)

0 bar bis Zuluftdruck

Hysterese≤0,3 %

Ansprechempfindlichkeit≤0,1 %

Laufzeit

Für Zuluft und Abluft getrennt über Software bis 240 s einstellbar.

Bewegungsrichtung

umkehrbar

Luftverbrauch
Luftlieferung

zuluftunabhängig < 110 ln/h
Antrieb belüften

bei Δp = 6 bar: 8,5 mn³/h · bei Δp = 1,4 bar: 3,0 mn³/h · KVmax (20 °C) = 0,09

Antrieb entlüften

bei Δp = 6 bar: 14,0 mn³/h · bei Δp = 1,4 bar: 4,5 mn³/h · KVmax (20 °C) = 0,15

Zulässige Umgebungstemperatur–40 bis +80 °C
Es gelten zusätzlich die Grenzen der Prüfbescheinigung.

Verwendung in sicherheitsgerichteten Systemen (SIL)
Sicheres Entlüften bei 0 V

Unter Beachtung der IEC 61508 ist eine systematische Eignung des Steuerventils
zum sicheren Entlüften als Komponente in sicherheitsgerichteten Kreisen gegeben.
Unter Beachtung der IEC 61511 und der erforderlichen Hardware-Fehlertoleranz in sicherheitsgerichteten Anwendungen bis SIL 2 (einzelnes Gerät/HFT = 0)
und SIL 3 (redundante Verschaltung/HFT = 1) einsetzbar.

SH 8387-5

7

Sicherheitstechnische Funktionen

3 Sicherheitstechnische Funktionen
Sicheres Entlüften über i/p-Wandler (Bild 1 Pfad)

Im Automatikbetrieb vergleicht der PD-Regler (3) den Istwert mit dem durch die
FOUNDATION™-Fieldbus-Kommunikation übermittelten Stellsignal. Bei einer Regeldifferenz
wird die Ansteuerung des i/p-Wandlers so verändert, dass der Antrieb (1) be- oder entlüftet
wird. Wird der elektrische Eingang (Klemmen IEC 61158-2) energielos gesetzt, sodass dieser und der i/p-Wandler einen Spannungspegel von 0 V aufweisen, dann tritt der Sicherheitsfall ein und der Antrieb wird sicher entlüftet.

3.1 Verhalten im Sicherheitsfall
Der Sicherheitsfall tritt bedingt durch den i/p-Wandler bei Ausfall der pneumatischen Hilfsenergie ein. Der Stellungsregler entlüftet seinen pneumatischen Ausgang vollständig gegen
Atmosphäre und dadurch den pneumatischen Antrieb. Als Folge fährt das Ventil in die Sicherheitsstellung. Die Sicherheitsstellung ist abhängig von den Federn im pneumatischen Antrieb „schließend“ oder „öffnend“.
Bei Ausfall der pneumatischen Hilfsenergie bleiben mit Ausnahme der Regelung/Steuerung
alle sonstigen Gerätefunktionen einschließlich Diagnose und Kommunikation erhalten.
Info
Der pneumatische Ausgang des Stellungsreglers kann auch durch die Software, z. B. durch
Vorgabe eines entsprechenden Sollwerts, gegen Atmosphäre entlüftet werden. Dieses Vorgehen hat keine sicherheitstechnische Funktion!

3.2 Schutz gegen Konfigurationsänderung
Die Sicherheitsfunktion kann über die Konfiguration nicht deaktiviert oder beeinflusst werden.

8

SH 8387-5

Sicherheitstechnische Funktionen

22
20

SerialInterface

23

16
%

mm

%

mm

IEC 61158-2

S

4

5

19

w

PD

17

x

2

3

G

6

9
8

1
y

7

1
2
3
4
5
6
7
8

Stellventil
Wegaufnehmer
PD-Regler
IEC-61158-2-Interface-Baustein
Mikrocontroller
i/p-Wandler
Luftleistungsverstärker
Druckreglerx

9 Durchflussregler
16 Display
17 Ansteuerung für Zwangsentlüftung(optional)
19 D/A-Wandler
20 Serielle Schnittstelle (SSP)
22 Bedienknopf
23 Binäreingang (optional)

Bild 1: Wirkungsweise des Stellungsreglers

SH 8387-5

9Anbau, Anschluss und Inbetriebnahme

4 Anbau, Anschluss und Inbetriebnahme
Anbau, elektrischer und pneumatischer Anschluss und Inbetriebnahme des Stellungsreglers
erfolgen nach Einbau- und Bedienungsanleitung u EB 8387-5.
Es dürfen nur die angegebenen Originalanbau- und Zubehörteile verwendet werden.

Gu
OptionOption

A B C

A B C

A B C

L/+ N/_
0...40 V DC
0...28 V AC

Zwangsentlüftung+_

Variante 1 oder_

IEC 61158-2

Option+SignalVariante 2

Binäreingang

Bild 2: Elektrischer Anschluss

5 Notwendige Bedingungen! WARNUNG
Fehlfunktion aufgrund falscher Auswahl, Installations- und Betriebsbedingungen!
Î Stellventile nur dann in sicherheitsgerichteten Kreisen einsetzen, wenn die anlagenabhängigen notwendigen Bedingungen erfüllt werden. Gleiches gilt für den angebauten Stellungsregler.

5.1 AuswahlÎ Die geforderten Stellzeiten des Stellventils werden eingehalten!
Die zu realisierenden Stellzeiten ergeben sich aus den verfahrenstechnischen Anforderungen.

10

SH 8387-5

Notwendige Bedingungen

Tipp
Die minimalen Laufzeiten AUF und ZU können nach erfolgreicher Initialisierung des Stellungsreglers in den Codes 40 und 41 abgelesen werden.
Î Der Stellungsregler ist für die herrschende Umgebungstemperatur geeignet!
AusführungenTemperaturbereichalle–40 bis +80 °C

Bei Ex-Geräten können die aufgeführten Temperaturgrenzen durch die Grenzen der Prüfbescheinigung weiter eingeschränkt werden!

Î Die Temperaturgrenzen werden eingehalten!

5.2 Mechanische und pneumatische Installation
Î Der Stellungsregler ist ordnungsgemäß, unter Beachtung der Einbau- und Bedienungsanleitung angebaut und an die pneumatische Versorgung angeschlossen!
Tipp
Einen fehlerhaften Anbau signalisiert der Stellungsregler über die Fehlercodes 50 bis 58.
Bei sicherheitsgerichteten Kreisen empfiehlt SAMSON, diese Fehler mit dem Status „Ausfall“ zu klassifizieren, damit sie bei ihrem Auftreten schnell erkannt werden (Symbol im
Display).
Î Der im Folgenden aufgeführte maximale Zuluftdruck wird nicht überschritten!
–

Typ 3731-521 und 3731-527: 7 bar–

Typ 3731-523: 6 bar

Î Die pneumatische Hilfsenergie erfüllt die Anforderungen an die Instrumentenluft!
Partikelgröße und -anzahlÖlgehalt

Feuchte und Wasser

Klasse 4

Klasse 3

Klasse 3≤ 5 µm und 1000/m³≤ 1 mg/m³

Drucktaupunkt mindestens 10 K unter der niedrigsten zu erwartenden Umgebungstemperatur

Tipp
SAMSON empfiehlt das Vorschalten eines Druckminderers/Filters. Geeignet ist z. B. derSAMSON-Druckregler Typ 4708 in der Ausführung mit 5-µm-Filterpatrone.

SH 8387-5

11

Notwendige BedingungenÎ Der erforderliche Mindestquerschnitt der Zuluftleitung von 4 mm Innendurchmesser wird
eingehalten!
Leitungsquerschnitt und Leitungslänge sind so zu wählen, dass der minimale Zuluftdruck
am Gerät beim Belüften nicht unterschritten wird.
Î Die vorgeschriebene Einbaulage des Stellungsreglers wird eingehalten!
Î Die Abluftöffnung auf der Stellungsregler-Rückseite ist bauseits nicht verschlossen!

5.3 Elektroinstallation
Î Der Stellungsregler ist ordnungsgemäß, unter Beachtung der Einbau- und Bedienungsanleitung an die elektrische Versorgung angeschlossen!
Î Es werden nur Kabel mit den für die eingesetzten Kabelverschraubungen vorgeschriebenen Außendurchmessern verwendet!
Î Bei Anschluss des Stellungsreglers entsprechend der Zündschutzart Ex d werden Kabelund Rohrleitungseinführungen bzw. Rohrleitungssysteme genutzt, die den Anforderungender EN 60079-1 „Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche –Teil 1“: Druckfeste Kapselung „d“ Abschnitte 13.1 und 13.2 entsprechen und für die einegesonderte Prüfbescheinigung vorliegt!
Î Bei Anschluss des Stellungsreglers entsprechend der Zündschutzart Ex e werden Kabelund Leitungseinführungen sowie Verschlussstopfen genutzt, die entsprechend der Zündschutzart Ex e nach ATEX bescheinigt sind und eine gesonderte Prüfbescheinigung haben!
Î Verschraubungen und Deckelschrauben sind fest angezogen, damit die Schutzart eingehalten wird!
Î Die Installationsvorschriften für die notwendigen Explosionsschutzmaßnahmen werden
eingehalten!
Î Die besonderen Bedingungen aus den Ex-Bescheinigungen werden eingehalten!

12SH 8387-5

Wiederkehrende Prüfungen

6 Wiederkehrende Prüfungen
Das Intervall von wiederkehrenden Prüfungen und der Umfang dieser Prüfungen liegen inder Verantwortung des Betreibers. Vom Betreiber ist ein Prüfplan zu erstellen, in dem die
wiederkehrenden Prüfungen und Prüfintervalle festgelegt sind. Die Anforderungen derwiederkehrenden Prüfungen sollten in Form einer Checkliste zusammengefasst werden.
! WARNUNG
Gefahrbringender Ausfall durch Fehlfunktion im Sicherheitsfall (Antrieb entlüftet nicht und/oder Ventil fährt nicht in die Sicherheitsstellung)!
Î Nur Geräte in sicherheitsgerichteten Kreisen einsetzen, die die wiederkehrenden Prüfungen entsprechend dem vom Betreiber erstellten Prüfplan bestanden haben!
Die Sicherheitsfunktion des gesamten Sicherheitskreises ist regelmäßig zu prüfen. Die Prüfungsintervalle werden unter anderem bei der Berechnung jedes einzelnen Sicherheitskreises
einer Anlage (PFDavg) bestimmt.

6.1 Sichtprüfung zur Vermeidung systematischer Fehler
Zur Vermeidung systematischer Fehler sind regelmäßig durchzuführende visuelle Prüfungendes Stellungsreglers erforderlich. Prüfhäufigkeit und Umfang liegen in der Verantwortung desBetreibers. Es sind insbesondere anwendungsspezifische Einflüsse zu berücksichtigen:− Verschmutzungen an den pneumatischen Anschlüssen
− Korrosion (Zerstörung vornehmlich metallischer Werkstoffe infolge chemisch-physikalischer Vorgänge)− Materialermüdung
− Alterung (Schäden infolge von Licht- und Wärmeeinwirkung an organischen Materialien,z. B. an Kunststoffen und Elastomeren)− Chemikalienangriff (durch Chemikalien ausgelöste Quell-, Extraktions- und Zersetzungsvorgänge an organischen Materialien, z. B. an Kunststoffen und Elastomeren)! HINWEIS
Fehlfunktion durch unzulässige Bauteile!
Î Verschlissene Bauteile nur durch Originalbauteile ersetzen!

SH 8387-5

13

Wiederkehrende Prüfungen

6.2 Funktionsprüfung
Die Sicherheitsfunktion ist in regelmäßigen Zeitabständen entsprechend dem vom Betreiber
aufgestellten Prüfplan durchzuführen.
Info
Fehler am Stellungsregler sind zu protokollieren und SAMSON an die E-Mail-Adresse
aftersalesservice@samson.de mitzuteilen.
Sicheres Entlüften durch Spannungspegel 0 V an den Klemmen IEC 61158-2
1. Stellungsregler mit einem zulässigen Zuluftdruck versorgen (max. 7 bar bei Typ 3731521 und 3731-527 bzw. 6 bar bei Typ 3731-523), der ein Verfahren des Ventils auf
den maximalen Hub/Drehwinkel ermöglicht.
2. An den Busanschlussklemmen (Klemmen IEC 61158-2) die zweipolige Busleitung anschließen. Dabei die zulässige Versorgungsspannung von 9 bis 32 V DC (Speisung überBusleitung) beachten.
3. Wenn nicht bereits erfolgt, Stellungsregler in den Automatikbetrieb schalten.
4. Das Eingangssignal über die FOUNDATION™-Fieldbus-Kommunikation so einstellen,
dass das Ventil in die Arbeitsstellung verfährt (Klemmen IEC 61158-2) und prüfen, ob
diese korrekt angefahren wird.
Tipp
Der Hub/Drehwinkel im Automatikbetrieb kann am Stellungsregler im Code 0 abgelesen
werden.
5. Versorgungsspannung unterbrechen, sodass an den Busanschlussklemmen (Klemmen
IEC 61158-2) ein Spannungspegel 0 V ansteht. Als Folge muss das Ventil in die sichereEndlage verfahren.
6. Prüfen, ob der Antrieb in der geforderten Zeit vollständig entlüftet.
7. Das Eingangssignal über die FOUNDATION™-Fieldbus-Kommunikation so einstellen,
dass das Ventil auf ca. 50 % seines Hubs/Drehwinkels verfährt (Klemmen IEC 61158-2)
und prüfen, ob diese Stellung korrekt angefahren wurde.
8. Versorgungsspannung unterbrechen, sodass an den Busanschlussklemmen (Klemmen
IEC 61158-2) ein Spannungspegel 0 V ansteht. Als Folge muss das Ventil in die sichereEndlage verfahren.
9. Prüfen, ob der Antrieb in der geforderten Zeit vollständig entlüftet.
14

SH 8387-5

Reparatur und Wartung

Tipp
Das vollständige Entlüften des Antriebs kann zuverlässig mit einem angeschlossenen Manometer überprüft werden.
Proof-Test
Ein Proof-Test muss als Vollhubtest durchgeführt werden. Für die Berechnung des PFDavg kannfolgender Wert für die Prüftiefe (Proof Test Coverage) verwendet werden:
PTC (Proof Test Coverage) = 92 % für einen Proof-Test

7 Reparatur und Wartung
Es dürfen nur die in der u EB 8387-5 beschriebenen Arbeiten am Stellungsregler durchgeführt werden.
! HINWEIS
Beeinträchtigung der Sicherheitsfunktion durch unsachgemäße Reparatur!
Î Instandhaltungs- und Reparaturarbeiten nur durch geschultes Personal durchführen lassen.
Für Geräte unter Betriebsbedingungen mit niedriger Anforderung (LDM) wird vom TÜV
Rheinland® eine Nutzungsdauer von 11 Jahren zuzüglich einer Lagerungszeit von 1,5 Jahren ab dem Produktionsdatum unter Einhaltung der im Sicherheitshandbuch und der Einbauund Bedienungsanleitung beschriebenen Voraussetzungen zum Betreiben der Geräte bestätigt.
Die Ergebnisse der wiederkehrenden Prüfung sind zu bewerten und in Abhängigkeit davon
ist ggf. eine Wartung vorzusehen. Insbesondere bei Veränderungen (z. B. Alterungserscheinungen der Elastomere, veränderten Schaltzeiten oder Leckage etc.) ist unbedingt eine Wartung bzw. Reparatur beim Hersteller durchzuführen.
MTC (Maintenance Coverage) > 99 %SH 8387-5

15Sicherheitstechnische Kennzahlen und Zertifikate

8 Sicherheitstechnische Kennzahlen und Zertifikate
PSTC (Partial Stroke Test Coverage)

68 %PTC (Proof Test Coverage)

92 %MTC (Maintenance Coverage)>99 %Weitere sicherheitstechnischen Kennzahlen sind im nachfolgenden Zertifikat enthalten.

16

SH 8387-5

SH 8387-5

17

18

SH 8387-5

SH 8387-5

19

SAMSON AKTIENGESELLSCHAFT
Weismüllerstraße 3 · 60314 Frankfurt am Main
Telefon: +49 69 4009-0 · Telefax: +49 69 4009-1507
E-Mail: samson@samsongroup.com · Internet: www.samsongroup.com

2020-07-24 · German/Deutsch

SH 8387-5