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antriebstechnik 12/2020

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antriebstechnik 12/2020

KOMPONENTEN UND SOFTWARE

KOMPONENTEN UND SOFTWARE SAFE-MOTION „KEINE FALSCHE BEWEGUNG!” Die Bewegungsüberwachung von Maschinen und Anlagen etabliert sich zunehmend in der Sicherheits- und Automatisierungstechnik. Die Auswahl reicht von Schaltgeräten zur Stillstandsund Drehzahlüberwachung bis zu kompletten Sicherheitssteuerungen und sicheren Antrieben. Mit Safe-Motion-Funktionalitäten lässt sich sowohl die Verfügbarkeit als auch Effizienz von Maschinen und Anlagen steigern. So ist es häufig sinnvoller, den Antrieb bei geöffneter Schutztür zu bewegen, damit Einricht- und Wartungsarbeiten durchgeführt werden können. Um den Anwender zu schützen, übernimmt die Sicherheitstechnik die Überwachung der gefahrbringenden Bewegung. Die Produktivität lässt sich möglicherweise erhöhen, wenn das Freigabesignal beim Erkennen des tatsächlichen Stillstands an eine elektromechanische Zuhaltung ausgegeben wird. Gegenüber einer zeitgesteuerten Freigabe hat der Mitarbeiter auf diese Weise einen schnelleren und gleichzeitig sicheren Zugang zur Maschine. Systeme zur sicheren Bewegungsüberwachung finden ebenfalls dort Anwendung, wo große Anlagen vor mechanischen Schäden durch überhöhte Geschwindigkeit abgesichert werden müssen. Durch Nutzung der Safe-Motion-Funktionen wird so die Rotordrehzahl bei Windenergieanlagen oder die Bewegung der Tragwerke bei beweglichen Brücken überwacht. SICHERHEITSFUNKTIONEN GEMÄSS EN 61800-5-2 Die Norm EN 61800-5-2 beschreibt die Anforderungen an die funktionale Sicherheit für Leistungsantriebe mit einstellbarer Drehzahl, auch Power Drive Systems Safety Related PDS(SR) genannt. Hierzu sind standardisierte Teilsicherheitsfunktionen als Basis für die weitere Validierung definiert worden. Zu den wichtigsten Funktionen zählen z. B. das Abschalten des Antriebs durch unmittelbare Energietrennung (Safe Torque Off); oder das Stillsetzen des Antriebs bei Überschreitung einer maximal zulässigen Geschwindigkeit (Safety- Limited Speed). Auch kann vermieden werden, dass sich die Antriebswelle in die nicht vorgesehene Richtung bewegt. Diese Safe- Direction-Funktion wird zur Verhinderung der Richtungsumkehr an kraftbetriebenen Walzen eingesetzt. BEWEGUNG MITHILFE DES DREHGEBERS ÜBERWACHEN Für die Aufnahme der Bewegung eines Antriebselements werden oftmals Näherungsschalter oder Drehgeber (Encoder) verwendet. Hat sich der Anwender zur Nutzung von Näherungsschaltern entschieden, sind für die Umsetzung einer redundanten Architektur zwei Sensoren an einem Zahnrad oder einer Lochscheibe anzubringen. Die durch die Bewegungsimpulse in Abhängigkeit von der Zeit entstehende Frequenz wird in der Logik des Safe-Motion- Moduls ausgewertet. Als Vergleichswert gegen die parametrierten Schaltschwellen zur Über- oder Unterdrehzahlüberwachung lässt sich die gemessene Frequenz heranziehen. Die Bewegungsüberwachung durch einen am Antriebsstrang installierten Encoder funktioniert ähnlich. Drehgeber gibt es in unterschiedlichen Ausprägungen. Häufig aber kommen Singleturn- Encoder mit HTL-, TTL- oder Sinus-/Cosinus-Schnittstelle zur Anwendung. Durch die Analyse der Signalperioden kann das Dipl.-Ing. (FH) Carsten Gregorius, Senior Specialist Safety und Udo Tappe, Product Manager, sind im Geschäftsbereich Automation Infrastructure bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont tätig 36 antriebstechnik 2020/12 www.antriebstechnik.de

KOMPONENTEN UND SOFTWARE Safe-Motion-Modul, neben den Sicherheitsfunktionen für die Geschwindigkeitsüberwachung, so ebenfalls die Bewegungsrichtung sicher auswerten. Im Vergleich mit Näherungsschaltern lassen sich die Signale der Encoder jedoch noch genauer diagnostizieren. Von einem Kreuzvergleich abgesehen wird bei Sinus-/Cosinus-Sig nalen auch die 2,5-V-Offsetspannung, das 1-Vpp- Differenzsignal oder der resultierende Einheitskreis analysiert. Diese Diagnosen sind erforderlich für die Auswertung von Safety- Encodern. Sie entsprechen signalseitig dem gleichen Prinzip wie Standard-Encodern. SIGNALE IM ENCODER Der typische Aufbau eines Encoders zeigt, dass sich einige Funktionsteile einkanalig und andere Teile zweikanalig ausführen lassen. Mechanische Fehler an der Welle, Lagerung und Codescheibe können sich gleichzeitig auf zweikanalige Strukturen innerhalb des Encoders auswirken. Wenn sich z. B. die Geberwelle von der Motorscheibe löst, wird dieser Fehler aufgrund zusätzlicher Maßnahmen erkannt, da die Ausgangssignale des Gebers weiterhin im zulässigen Bereich liegen. Bauteilfehler in der internen Elek tronik müssen ebenfalls beherrschbar sein. Sie verursachen Verfälschungen der Ausgangssignale (siehe EN 61800-5-2). Je nach Art der verwendeten Sensortechnologie lassen sich abhängig von den strukturellen Eigenschaften verschiedene Sicherheitsniveaus erreichen. Voraussetzung ist eine entsprechende Auswerteeinheit, welche die notwendigen Plausibilitätsprüfungen durchführt. Passend zur Anforderung kann anhand den typischen Encoder-Architekturen eine bestimmte Kombina tion von SIL und PL ausgewählt werden. ANWENDUNGSBEZOGENE SICHERHEITSKONZEPTE Stand-Alone-Sicherheitsmodule sind universell nutzbar, antriebsunabhängig sowie einfach in der Parametrierung und Handhabung. Die Stand-Alone-Module der Baureihe PSRmotion von Phoenix Contact sind ab einer Baubreite von 12,5 mm verfügbar. Auf diese Weise lassen sich auch Retrofit- Maßnahmen realisieren. Mit dem zweikanaligen Drehzahl- und Stillstandswächter PSR-MM30 aus der PSRmotion-Familie können neben dem Stillstand bis zu drei unterschiedliche Betriebsarten einer Maschine überwacht werden. Das modulare Sicherheitssystem der Produktfamilie PSRmodular erlaubt die Umsetzung von Applikationen bis PL e (EN ISO 13849) sowie SIL 3 (IEC 61508 respektive EN 62061). Aufgrund des Tragschienenbusverbinders TBUS kann der Anwender das System flexibel an seine jeweiligen Anforderungen anpassen und erweitern. Somit ist die Lösung sowohl für Kleinstanwendungen mit drei Sicherheitsfunktionen bis hin zu Applikationen mit 160 sicheren I/Os in einer Station einsetzbar. Fotos: Phoenix Contact GmbH & Co. KG www.phoenixcontact.de DIE IDEE „Die Produktfamilien PSRmodular und PSRmini sind Bestandteil von Complete line. Dabei handelt es sich um ein System aus technologisch führenden, aufeinander abgestimmten Hard- und Softwareprodukten, Dienstleistungen und Systemlösungen für die Optimierung der Prozesse im Schaltschrankbau. Zum Complete line-Portfolio gehören neben der funktionalen Sicherheitstechnik auch Steuerungen und I/O-Systeme, Stromversorgungen und Geräteschutzschalter, Reihenklemmen und Verteilerblöcke, Relaismodule und Motorstarter, Trennverstärker, Überspannungsschutz sowie schwere Steckverbinder.“ Dipl.-Ing. (FH) Carsten Gregorius, Senior Specialist Safety, und Udo Tappe, Product Manager Safety; beide im Geschäftsbereich Automation Infrastructure tätig, Phoenix Contact Electronics GmbH komplett zuverlässig ökonomisch Verschlussschrauben, Entlüftungsventile und Ölschaugläser – EIN Abdichtungssystem für alle Einschraub- und konstruktionsbedingten Bohrungen im Getriebegehäuse. Komplett montiert und einsatzbereit. HN | DREHTEILE Unser Paket für die Antriebstechnik It’s our turn. heinrichs.de

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