Universelle Lösung für hohe Sicherheit und Verfügbarkeit

In der europäischen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ist der grundlegende Anspruch festgeschrieben, Personen vor Gefährdungen zu schützen, die von den beweglichen Teilen einer Maschine ausgehen können. Die Betreiber der Applikationen erwarten zudem von ihren Konstrukteuren, dass Stillstandzeiten vermieden werden, damit die Betriebsmittel zu optimalen Bedingungen produzieren. Durch die Integration moderner Sicherheitstechnik lassen sich beide Ansprüche erfüllen.

Häufig erfolgt der Schutz der Mitarbeiter vor den gefahrbringenden Bewegungen der Maschinen, indem der jeweilige Antrieb in entsprechenden Situationen über Netz- oder Motorschalter abgeschaltet wird. Durch das Öffnen der beweglich trennenden Schutzeinrichtung – also der Schutztür – stoppt der Motor über den Antrieb und schaltet sich darüber hinaus nach einer definierten Zeit mittels des Sicherheitsrelais aus. Möchte der Maschinenbediener den Antrieb beispielsweise für Einricht- oder Wartungsarbeiten weiterhin elektrisch verfahren, ist das in diesem Szenario nicht möglich. Erfordert die Applikation jedoch die elektrische Bewegung des Antriebs bei geöffneter Schutztür, kann der Konstrukteur dies über verschiedene sichere Alternativen realisieren. Dazu gehören die Verwendung eines Handbediengeräts, das Ausführen der Bewegungen im Zustimm-/Tippbetrieb sowie das Verfahren einzelner Achsen oder Bewegungen mit reduzierter Geschwindigkeit.

Um gefahrbringende Bewegungen auch im Fehlerfall zu beherrschen, werden entweder elektrische Leistungsantriebssysteme mit eingebauten Sicherheitsfunktionen – zum Beispiel sichere Frequenz- oder Servoumrichter – oder Sicherheitsmodule zur Stillstand- und Drehzahlüberwachung genutzt. Welche Technologie der Anwender einsetzt, ergibt sich aus seinen spezifischen Anforderungen. Stand-Alone-Sicherheitsmodule lassen sich universell verwenden, arbeiten antriebsunabhängig und erweisen sich als einfach in der Parametrierung und Handhabung. Im Gegensatz dazu zeichnen sich elektrische Leistungsantriebssysteme mit integrierten Sicherheitsbausteinen oftmals durch erweiterte Überwachungsfunktionen, schnelle Reaktionszeiten im Fehlerfall sowie die Möglichkeit zur Vernetzung mit anderen Komponenten aus.

Es ist davon auszugehen, dass sich der Trend der sicheren Antriebe weiter fortsetzen wird. Die Entwicklung zeigt allerdings ebenfalls, dass sich die vom Antrieb abgesetzten Lösungen in vielen Anwendungsbereichen gegenüber den sicheren Antrieben behaupten. So vereinen moderne Stand-Alone-Lösungen wesentliche Vorteile beider Technologien – etwa die Einfachheit und Sicherheit. Die Sicherheitsfunktionen, die mit einer Bewegungsüberwachung umgesetzt werden sollen, hängen von der Art der Applikation sowie der durchzuführenden Risikobewertung ab. In der für die funktionale Sicherheit in elektrischen Antriebssystemen wichtigen Norm EN 61800-5-2 werden Anforderungen definiert und Empfehlungen ausgesprochen, die der Konstrukteur übernehmen kann. Aktuelle Systeme sind gemäß der EN 61800-5-2 zertifiziert und stellen bereits eingebaute Sicherheitsfunktionen zur Verfügung.

Der Anwender sollte seine Sicherheitslösung einfach in Betrieb nehmen und bedienen können. Deshalb lässt sich der nur 22,5 mm schmale Stillstands- und Drehzahlwächter PSR-MM30 von Phoenix Contact über die übersichtlich gestaltete sowie intuitiv handhabbare Anwendersoftware PSRmotion parametrieren. Sämtliche applikationsrelevante Parameter wie Sensortyp oder Drehzahlschwellen sind komfortabel im Tool auswählbar. Nach der Parametrierung werden die vorgenommenen Einstellungen über eine Standard-USB-Schnittstelle vom Bürorechner auf den Stillstands- und Drehzahlwächter übertragen. Die Online-Überwachungsfunktion der Software erlaubt die Visualisierung der Daten der kontrollierten Bewegung während des Maschinenbetriebs. Auf der Grundlage der grafisch dargestellten Ist- und Grenzwertanzeige sowie der notwendigen Status- und Diagnosedaten lassen sich die während der Inbetriebnahme und Wartung anfallenden Aufwände minimieren.

Der PSR-MM30 kann mit allen gängigen Encodern sowie Linearmesssystemen mit HTL-, TTL- oder Sin-/Cos-Schnittstelle, die als Sensorsystem fungieren, eingesetzt werden. Alternativ sind auch Näherungsschalter auswertbar, die direkt an der Bewegung von Zahnrädern oder Lochscheiben angebracht werden. Damit der Anwender die verschiedenen Betriebsarten einer Maschine - wie Einricht-, Service- oder Automatikbetrieb – überwachen kann, lassen sich bis zu drei Geschwindigkeitsschwellen individuell einstellen. Mit dieser Option wird die aus der Antriebsnorm EN 61800-5-2 bekannte Sicherheitsfunktion SLS (Safety Limited Speed – sicher begrenzte Geschwindigkeit) umgesetzt. Neben der Überdrehzahlfunktion unterstützt der Stillstands- und Drehzahlwächter eine zusätzliche Stillstandüberwachung. Wird der definierte Grenzwerkt einer Bewegung unterschritten, schalten die sicheren Relaiskontakte des Moduls beispielsweise eine elektromechanische Zuhaltung frei.

Die Nutzung des PSR-MM30 bietet sich sowohl bei der Konstruktion neuer Maschinen und Anlagen als auch bei Retrofitmaßnahmen an. Aufgrund der Flexibilität des Stand-Alone-Geräts erstrecken sich die Anwendungsmöglichkeiten von einfachen Bearbeitungsmaschinen bis zu komplexen Applikationen. Dabei können die sicheren Relaisausgänge für die Überdrehzahl- und Stillstandüberwachung die Aktorik entweder direkt abschalten. Alternativ lassen sich die Ausgänge durch eine übergeordnete sichere Steuerung einlesen und verarbeiten. In Windenergieanlagen ist auf diese Weise zum Beispiel die Überwachung der Drehzahl des Rotors möglich. Bei Überschreitung der Maximalgeschwindigkeit wird steuerungsseitig ein Abbremsen eingeleitet. An Werkzeug- und holzbearbeitenden Maschinen kann während des Einrichtbetriebs die Geschwindigkeit der Spindel bei geöffneter Schutzeinrichtung kontrolliert werden. Sollte die Applikation die festgelegte Geschwindigkeit wegen eines Fehlers im Antriebssystem überschreiten und somit eine Gefahr für den Bediener entstehen, schaltet sich der Antrieb sofort ab. In Logistiksystemen lässt sich zudem die sicher reduzierte Geschwindigkeit im Tippbetrieb von Regalbediengeräten oder Elektrohängebahnen überwachen.

Der sichere Stillstands- und Drehzahlwächter PSR-MM30 erfüllt die höchsten Standards der funktionalen Sicherheit. In Abhängigkeit vom verwendeten Sensor- und Aktorsystem kann der Anwender das Sicherheitsmodul in Applikationen bis Perfomance Level (PL) e oder Safety Integrity Level (SIL) 3 einsetzen. Für weitere in der Maschine vorhandene Sicherheitsfunktionen – wie Not-Halt, Lichtgitter oder Transponderschalter – eignen sich die kompakten Sicherheitsrelais der Produktfamilie PSRmini von Phoenix Contact.