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antriebstechnik 11/2020

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antriebstechnik 11/2020

DREHGEBER SICHERE

DREHGEBER SICHERE DREHGEBER SICHERE ANTRIEBE DURCH ZWEIFACH-ABTASTUNG Für neue Geber-Generationen sind nicht nur höhere Auflösungen und kleinere Bauformen gefragt – sie sollten auch Safety-Applikationen per digitaler Kommunikation direkt bedienen können. Inzwischen gibt es Ein-Chip- Lösungen für optische Encoder mit redundantem Safety-Channel. Dipl.-Ing. Magnus Meier, Encoder- und Power-Management-Applikationen bei iC-Haus Intelligente Antriebstechnik ist einer der Treiber von Industrie 4.0. Sichere Drehgeber gelten hierbei als eine der Schlüsseltechnologien. Daher steigt der Bedarf an digitalen Safety-Drehgebern, um intelligente Safety-Lösungen zu realisieren. Dank zertifizierten Drehgebern bis SIL 3 bzw. PLe in Kombination mit sicheren Frequenzumrichtern oder Safety-PLCs kann die Antriebstechnik hochdynamisch und angepasst auf Gefährdungspotentiale reagieren, wo konventionelle Sicherheitsmaßnahmen (z. B. Schutzeinhausungen, Lichtgitter oder der Einsatz von Endschaltern zur Begrenzung von Bewegungen) zu unflexibel sind. ANTRIEBSTECHNIK UND SAFETY Hierfür müssen die Bewegungsfunktionen der Maschine integraler Bestandteil des Safety-Konzepts werden. Primäres Ziel von Sicherheitstechnik ist die Vermeidung von Gefahren für Mensch und Maschine. Sie kann aber darüber hinaus auch wesentlich dazu beitragen, dass Fertigungskapazitäten optimal ausgelastet werden können. Bestes Beispiel dafür sind Einricht- und Entstörarbeiten im Gefahrenbereich einer laufenden Maschine. Stillstandszeiten können durch intelligente antriebsseitige Safety-Funktionen auf ein Minimum reduziert werden. Eine Maschine, die hingegen nur stillstehen- 64 antriebstechnik 2020/11 www.antriebstechnik.de

DREHGEBER 01 Mit dem Evaluation Kit RZ3M zur iC-RZ Series können Entwickler direkt ihre Applikation aufbauen und testen de, energielose Antriebe als sicheren Zustand kennt, stößt angesichts der Herausforderungen smarter Produktionsumgebungen, in denen Menschen mit Maschinen oder Robotern kollaborieren, schnell an ihre Grenzen. Für kollaborative Systeme werden also mannigfaltige Schutzeinrichtungen benötigt, bei denen sichere Antriebe eine zentrale Rolle spielen. Ohne diverse antriebsseitige Safety-Funktionen wie z. B. „Sicher begrenzte Geschwindigkeit“ (SLS) oder „Sicher begrenztes Drehmoment“ (SLT) könnten sich Menschen überhaupt nicht während des Betriebs im Gefahrenbereich der Maschine aufhalten. Essenziell für solche Safety-Funktionen ist jedoch, dass Safety-Applikation und Automatisierung wirklich nahtlos ineinandergreifen. Hochintegrierte Safety-Lösungen sind darauf angewiesen, dass auch Safety-Informationen durchgängig digital bereitgestellt werden, und zwar möglichst am Ort der Bewegung selbst, sprich vom Drehgeber oder einem Kompaktantrieb. Dies erfordert neuartige Encoder-Chips, die redundante Positionsdatenvergleiche erlauben und als „Compliant Item“ mit SIL 3- oder PLe-Zertifizierung möglichst einfach implementiert werden können. Dank eines innovativen Chip-Designs ist dies jetzt iC-Haus gelungen. OPTISCHER TWIN-SCAN ENCODER Der iC-RZ-Chip ist ein sicherer, optischer Twin-Encoder mit redundantem Safety-Channel. Durch das innovative Zwillingsdesign erfüllt das One-Chip-System die hohen Anforderungen an die Redundanz von funktionalen Safety- Konzepten bis SIL 3 bzw. PLe. Der Chip basiert auf der Phased-Array-Technology von iC- Haus. Die Photodioden sind für blaues Licht optimiert und es wird keine Blende mehr benötigt, da die entsprechende Geometrie direkt auf dem IC realisiert ist. Der Chip steuert selbstverständlich auch die im System benötigte LED, was für eine konstant hohe Signalqualität sorgt. Die Verwendung von kurzwelligem, blauem Licht hat den Vorteil, dass höhere Auflösungen und schärfere Abbildungen bei der Abtastung erzielt werden und die Justage-Toleranzen größer sind, was die Fertigung von Drehgebern deutlich vereinfacht. DOPPELTE ABTASTUNG Das Messprinzip beruht auf einer doppelten Abtastung (per Auflicht oder Durchlicht) über einen Control-Channel und einen Safety-Channel, die vollständig unabhängig voneinander sind. Durch die synchrone Abtastung an zwei verschiedenen Stellen der Codescheibe wird die Redundanz erhöht. Der Pseudo-Random-Code (aus zwei komplementären Spuren) codiert dabei auf einer Wortlänge von 10 Bit die absolute Position. Darüber hinaus wird die Inkremental- Spur mit 1024 CPR (Cycles per Revolution) gelesen. Per On- Chip-Interpolation werden diese Sin/Cos-Signale mit 5 Bit aufgelöst, sodass der Chip insgesamt eine Auflösung von 15 Bit verarbeitet. Die Auflösung der beiden Kanäle ist auf 15 Bit für den Positionsdatenvergleich limitiert. Unter Laborbedingungen Für alle, die Performance auf ein neues Level heben ACURO ® -AC58 Absolut-Drehgeber mit Profinet- Schnittstelle Hohe Genauigkeit und Effizienz Neueste Profinet-Profile OPC-UA-Fähigkeit Energiesparend trotz langer Betriebszeiten HENGSTLER GMBH | Uhlandstr. 49 | 78554 Aldingen | info@hengstler.com | www.hengstler.com www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2020/11 65

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