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Lösungen für Funktionale Sicherheit

Automatisierungstechnik

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Das Thema Funktionale Sicherheit steht schon seit Jahren ganz oben auf der Agenda der Kübler Gruppe. Bereits 2009 brachte der Sensorik-Spezialist den ersten zertifizierten SIL-Drehgeber für Anwendungen bis SIL3 oder PLe auf den Markt. Wie richtig diese Strategie war, zeigen die immer steigenden Anforderungen in fast allen Branchen und Betriebsabläufen. Auch durch die Ablösung der Norm EN 954-1 durch die EN ISO 13849-1 werden Maschinen und Anlagen noch genauer unter die Lupe genommen. Die Folge: Funktionale Sicherheit gewinnt an Bedeutung. Und Kübler bleibt weiterhin Vorreiter, denn die Drehgeber für Funktionale Sicherheit verfügen nun auch über die ATEX-Zulassung gemäß der Gerätegruppe II, Kategorie 2 und 3 (Zone 1, 21 und 2, 22).

Dabei kristallisiert sich immer stärker heraus, dass allein mit zertifizierten Komponenten kein Höchstmaß an Sicherheit zu erreichen ist. Dafür ist die Materie zu vielschichtig. Und so verlangt der Anwender immer mehr nach Systemen - nach Systemen aus einer Hand. Kübler hat auf diese Anforderungen reagiert und bietet mit der Kombination aus Drehgebern und Sicherheitsmodulen ein effektives Gesamtpaket für Funktionale Sicherheit. Auch die notwendigen Kabel und die Software gehören dazu. Probleme mit Schnittstellen sind also ausgeschlossen, der Kunde hat einen Ansprechpartner, an den er sich wenden kann. Gerade auch bei diesen Schnittstellen beweist das Unternehmen seine Vielseitigkeit; es werden alle Kundenschnittstellen beherrscht. Bei den mechanischen Schnittstellen verfügt Kübler über einen zertifizierten Anbau, bei der elektronischen Variante über bewährte Standard-Protokolle.

"Sicherheitstechnik im System"
Zu diesem Paket, Kübler hat dafür den Begriff der "Sicherheitstechnik im System" kreiert, gehört außerdem ein ausgeklügelter Service. Dieser beinhaltet Telefonsupport, die fachkundige Unterstützung bei der Inbetriebnahme und die schnelle Reparatur bei etwaigen Störungen, inklusive der zeitnahen Lieferung von Ersatzgeräten. Schulungen vor Ort und ein individuelles Training mit klarem Bezug zur Kundenanwendung bilden eine weitere Säule dieses Angebotskomplexes. Der Kunde wird also in jeder Situation intensiv betreut, ein ganz entscheidendes Kriterium angesichts der Komplexität dieses Aufgabenfeldes. Denn dadurch soll der Kunde einen Mehrwert erhalten, den er an den Endkunden weiterreichen kann. Er hat also einen klaren Marktvorsprung.

Chancen dank Funktionaler Sicherheit
Funktionale Sicherheit darf nicht als zusätzlicher Aufwand für den Betreiber einer Anlage gesehen werden. Ganz im Gegenteil, es eröffnen sich ihm ganz neue Möglichkeiten, noch effektiver zu wirtschaften. Zweifelsohne kann man von Chancen dank Funktionaler Sicherheit sprechen. So können durch die Überwachung der Position und Bewegung mit entsprechenden Drehgebern herkömmliche Sensoren wie Näherungsschalter und/oder Endschalter eliminiert werden. Das spart Kosten, denn der Installationsaufwand reduziert sich markant. Dadurch sinken auch die Materialkosten und der Aufwand für die Wartung.

Ganz wichtig bei einer neuen Sicherheitstechnik ist die Vorgabe, leicht in das bestehende Maschinenkonzept integriert werden zu können. Kübler bietet modulare Lösungen an, die einen kosteneffizienten Einsatz ermöglichen und zudem adaptierbar auf andere Anwendungen sind. Und ist die Technik installiert, muss sie einfach zu bedienen sein, wobei ungeplante Ausfallszeiten der Maschine verhindert werden müssen. Für die Anlagen- und Prozesssicherheit ist ein Notbetrieb in jeder "Lebenslage" ebenfalls Pflicht.

Sicherheitsanforderungen bei Kranen
Wie gesagt, Funktionale Sicherheit spielt in vielen Bereichen eine immer wichtigere Rolle. Dazu gehören unter anderem Windenergieanlagen, Regalbediengeräte, Spritzgießmaschinen oder eben Krane. Gerade bei Letzteren sind die Sicherheitsanforderungen enorm. So muss bei Brücken- oder Portalkranen die Last gemessen und mögliche Überlast erfasst werden. Ein Muss ist auch die Nachlaufmessung bei Not-Halt und der Notbetrieb zum Absenken der Last. Ein großer Applikationsvorteil ist die Kontrolle der Absetzgeschwindigkeit im Verhältnis zur Absetzhöhe. So lassen sich zykluszeitoptimierte Verfahrprofile generieren.
Gehören zu einem Anlagenkomplex mehrere Krane, dann müssen Kollisionen verhindert werden. Eine überwachte Synchronfahrt der Brücke verhindert ein herabstürzen und das Aufspüren mechanischer Defekte sind gleichfalls Bestandteil eines funktionierenden Sicherheitskonzepts.

9 Drehgeber, 13 Module
Bei der Kübler Gruppe kann der Kunde aus 9 Drehgebern der Safety-Familie und 13 Sicherheitsmodulen seine passgenaue Lösung zusammenstellen. Es lohnt sich daher ein Blick auf die technischen Details.
Bei der Wahl des richtigen Drehgebers für Funktionale Sicherheit entscheidet das "Miteinander", denn Sicherheit wird durch das intelligente Zusammenspiel von Drehgeber, Steuerung und Aktuator erreicht. Mit SIL3 / PLe Zertifzierung sind jetzt die Sendix SSI/BiSS Absolut-Drehgeber mit zusätzlichem Sinus-Cosinus-Inkrementalausgang und Sendix Inkremental-Drehgeber in Sinus-Cosinus Ausführung verfügbar. Damit spielen sie unter den Komponenten einer sicheren Anlage ganz vorne mit.

Sicherer absoluter Drehgeber
Die Drehgebertypen der 58x3SIL- Familie liefern ein Absolut- und ein Inkrementalsignal. Die Absolutposition wird in Form eines digitalen SSI- oder BiSS- Datenworts übertragen. Bei den Singleturn-Varianten 5853SIL und 5873SIL beträgt die Auflösung je nach Variante zwischen 10bit und 17bit. Die Multiturn-Varianten 5863SIL / 5883SIL haben im Vergleich zu den Singleturn-Varianten 5853SIL / 5873SIL zusätzlich ein Getriebe zur Erfassung der absoluten Positionen größer 360°. Die Anzahl zur Erfassung der Umdrehungen beträgt 12bit. Die Inkrementalposition wird in Form eines analogen Sinus-Cosinus- Signals bereitgestellt. Die Auflösung beträgt pro Umdrehung 2048 Sinus-Cosinus Perioden.

Die sichere Information über die absolute Position erreichen die Absolut-Drehgeber Sendix SIL, indem die Steuerung die Inkrementalimpulse zählt und das Ergebnis mit der - ebenfalls vom Drehgeber bereitgestellten - Absolutposition vergleicht.

Während des Betriebes der Anlage
Durch den Vergleich der digitalen Positionsdaten mit den Sinus-Cosinus Signalen, welche von der Steuerung ständig mitgezählt und verglichen werden, wird die gemeldete Position verifiziert.

Beim Einschalten / Abschalten der Anlage
Vor dem Abschalten der Anlage wird der absolute Positionswert von der Steuerung gespeichert. Beim Wiedereinschalten vergleicht die Steuerung den abgespeicherten Wert mit dem, nach dem Einschalten, neu gemessenen absoluten Wert. Sind beide Werte identisch, so ist die Position sicher. Sind die Positionswerte nicht identisch, ist die Position nicht sicher, und es muss die Position neu verifiziert werden.

Sicherer inkrementaler Drehgeber
Die Drehgebertypen der 58x4SIL- Familie liefern ein Inkrementalsignal. Die Inkrementalposition wird in Form eines analogen Sinus-Cosinus- Signals bereitgestellt. Die Auflösung beträgt pro Umdrehung 1024 oder 2048 Sinus-Cosinus Perioden.

Sicherheit durch mechanischen Aufbau
Mechanische Fehler, wie z.B. ein Bruch der starren Drehmomentstütze mit Drehmomentstift oder das Abfallen des Drehgebers von der Motorwelle, werden durch mechanische Überdimensionierung der Bauteile unserer Safety Geber ausgeschlossen. Kübler bietet eine Vielzahl an mechanischen Varianten an, beginnend bei einer Hohlwelle bis hin zu einer Vollwelle mit Abflachung oder mit Nutstein.
Über Funktionale Sicherheit hinaus bieten Kübler Sendix SIL-Drehgeber zusätzlichen Schutz aufgrund ihrer besonderen Robustheit. Sie zeichnen sich durch ihre bewährte robuste und zuverlässige Schnittstelle und eine besondere mechanische wie auch elektronische Belastbarkeit aus: Mit extra stabilen Lagern im Safety Lock Design und einer besonderen Genauigkeit und Langlebigkeit. Mit ihrer maximalen Schutzart IP67 und der magnetischen Unempfindlichkeit dank optischer Abtastung garantieren Sendix SIL Geber "Sicherheit rundum". Sowohl die inkrementalen als auch absoluten Drehgeber für Funktionale Sicherheit sind nur in Verbindung mit einer sicheren Steuerung sicher, die die genannten Funktionen überwachen kann. Beide Geber verfügen über eine Zertifizierung der IFA (Institut für Arbeitssicherheit, früher BGIA) für Applikationen bis SIL3 bzw. PLe.

Zusammenspiel von Safety-Modulen mit SIL Drehgebern
Mit diesen Drehgebern in Kombination funktionieren optional mit den Safety-M Modulen von Kübler lassen sich umfangreiche Sicherheitsfunktionen realisieren. Auch diese Module zeichnen sich durch hohe Sicherheitsstandards und Integrationsfähigkeit aus. So sind sie geeignet für Anwendungen bis PLe nach EN 13849 bzw. SIL3 nach EN 61508, und sie entsprechen als sichere, baumustergeprüfte Logiksteuerung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EC. Außerdem verfügen die Safety-M Module über vordefinierte Funktionsblöcke, welche den Sicherheitsfunktionen zur Antriebsüberwachung nach EN 61800-5-2 entsprechen. Dank eines modularen Aufbaus und dem Interface für alle gängigen Feldbussysteme können sie universell und genau den jeweiligen Anforderungen angepasst eingesetzt werden. Um den höchst möglichen Fehlererkennungsgrad (Diagnostic Coverage = DC) zu gewährleisten besitzen die Safety-M Module tiefgehende Diagnosefunktionen für Gebersysteme, sie überwachen unter anderem z.B. die Sinus-Cosinus-Signale mittels der Funktion sin2 + cos2 = 1. Maschinen sind mit einer Vielzahl von drehzahl- oder positionsgeregelten Antrieben ausgestattet. Diese Bewegungen haben teilweise ein erhebliches Gefährdungspotenzial, vor dem der Anwender zu schützen ist. Abgrenzungen durch Lichtgitter oder Schutzeinhausungen und Begrenzungen der Bewegung durch Endschalter, verbunden mit der Abschaltung des Antriebs, sind hauptsächliche Maßnahmen. Ein stillstehender energieloser Antrieb bedeutet im einfachsten Fall den sicheren Zustand. Jedoch kann es erforderlich / hilfreich sein, dass der Mensch sich im Gefahrenbereich der Maschine im laufenden Betrieb aufhält, zum Beispiel zur Störungsbeseitigung. Dies erfordert dann natürlich eine Ausweitung der Sicherheitsfunktion auf die Bewegungen der Maschine - in Form von sicher reduzierter Geschwindigkeit, sicherem Arbeitsbereich oder Drehmomentbeschränkung. Dies ermöglicht dem Anwender einen erheblichen Nutzengewinn für seine Anlage. In Verbindung mit einem sicheren Positionieren können Endschalter und deren Verdrahtung und Wartung eingespart werden.
Dies kann neben Funktionsgewinn auch noch eine Kosteneinsparung bedeuten. Natürlich werden damit dann auch zusätzliche Anforderungen an das Gebersystem gestellt. Dies führt vielfach zu der Verwendung eines weiteren Gebers, redundant zu dem Motorgeber, was wiederum einer aufwendigen und teuren Lösung entspricht. Optimal ist die Ausgestaltung des Motorgebers als sicherer Geber, verwendbar bis Performance-Level d oder e. Ein weiterer separater Geber kann entfallen, und der Platzbedarf bleibt gleich. Ein erheblicher Kosten- und Installationsvorteil für den Anwender.

Sichere Antriebsüberwachung
Vordefinierte Sicherheitsfunktionen zur Sensor-/Aktorverarbeitung bieten eine erhebliche Vereinfachung in der Programmierung. So kann beispielsweise der Programmieraufwand zum logischen/zeitlichen Vergleich von Mehrfacheingängen der Sicherheitssensorik entfallen. Anstelle dessen wird die nötige Verarbeitung schnell und sicher über das Peripheriekonfigurations-Menü ausgewählt. Im Programmeditor erscheint jedes Eingangs- und Ausgangselement nur als Funktionsblock. Sie sind bereits auf ein einzelnes Logiksignal reduziert. Die grafische Programmieroberfläche der Kübler-Lösung lässt intuitiv und sicher vorgehen, Makros für Eingangselemente wie Scanner, Lichtgitter oder Not-Halt und für Sicherheitsfunktionen (SS1, SLS, SLP, SLI, SOS etc.) sorgen für zusätzliche Bedienerfreundlichkeit.

Konventionelle Sicherheitssteuerungen beschränken sich auf Logikverarbeitung bzw. auf reduzierte Wordverarbeitung von Daten. Eine sichere Antriebsüberwachung wie sie die europäische Maschinenrichtlinie per Gesetzt fordert, lässt sich so nur schwer realisieren. Dagegen hat das Unternehmen Kübler großen Wert darauf gelegt, mit seinen Safety-M Modulen Zukunftssicherheit zu gewährleisten. Mittels in der Firmware integrierter Sicherheitsunktionen zur Antriebsüberwachung lassen sich die neuen Aufgabenstellungen schnell und effizient umsetzen. Unabhängig von der Antriebstechnologie bieten sie alle Funktionen nach EN 61800-5-2 zur Antriebsüberwachung und darüber hinaus praxisgerechte Funktionserweiterungen an. Das gilt für Ein- oder Mehrachsbetrieb, einfache Umrichter oder hochwertigen Servoantrieb, Elektro-, Hydraulik- oder Pneumatikantrieb. In jedem Bereich sind die in der Firmware integrierten Sicherheitsfunktionen leicht anzuwenden.

Veröffentlicht am März 26, 2013 - (175 views)
von
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