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antriebstechnik 5/2018

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STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN Safety bis SIL3 Wie funktionale Sicherheit direkt im Antrieb die Wettbewerbschancen erhöht Die Nachfrage nach Servoantrieben mit integrierten Sicherheitsfunktionen steigt, weil Anlagen und Maschinen immer enger mit ihren menschlichen Kollegen zusammenarbeiten. Zudem übernehmen inzwischen immer mehr wichtige Märkte, allen voran China, Safety-Standards nach europäischem und japanischem Vorbild. Eine Plattform hilft nun Herstellern von Servoantrieben bei der Nachrüstung von erweiterten Sicherheitsfunktionen. Wenn bereits im Antrieb relevante Sicherheitsfunktionen inte griert sind, kann die funktionale Sicherheit der Maschinen deutlich kostengünstiger realisiert werden. Servoantriebe mit Sicherheitsfunktionen erlauben einfachere Systemdesigns auch bei komplexen Sicherheitsanforderungen. Sie bieten kürzere Reaktions zeiten, weniger Verschleiß und geringeren Wartungsbedarf durch den Wegfall mechanischer Komponenten. Zudem re duzieren sich Platzbedarf und Verdrahtungsaufwand. Deshalb können sich Hersteller Wettbewerbsvorteile sichern, indem sie Servoantriebe mit Sicherheitsfunktionen anbieten. Jasper Leinberger ist Hardware entwickler bei der Newtec GmbH in Pfaffenhofen a. d. Roth Wenn sie bei ihren Produkten die Festlegungen der einschlägigen Sektornorm IEC 61800-5-2 und der Safety-Basisnorm IEC 61508 umsetzen, können ihre Kunden diese Produkte in eigene Maschinen und Anlagen integrieren und dabei die Vorgaben der übergeordneten Normen für Maschinensicherheit (DIN EN 62061, DIN EN ISO 13849) leichter erfüllen. Allerdings haben kleinere Hersteller oft nicht die Kapazitäten für sichere Entwicklungen und es ist für sie schwer, die hohen Anforderungen der Normen zu erfüllen. Erweiterte Funktionen implementieren Die IEC 61800-5-2 beschreibt eine Reihe von Sicherheitsfunktionen für Antriebe – zum einen Notstoppfunktionen und zum anderen sogenannte „sichere Bewegungs­ funktionen“, die Risiken im laufenden Betrieb reduzieren sollen. Die Sicherheitsfunktion „Safe Torque Off“ (STO) gehört mittlerweile bei Servoantrieben fast zum Standard. Andere oft benötigte Funktionen, z. B. „Safe Operation Stop“ (SOS) oder „Safe Stop“ 1 bzw. 2 (SS1/SS2), sind in aktuellen Antrieben dagegen noch nicht so häufig anzutreffen. Weil die Realisierung der notwendigen Fehlerüberwachung aufwändig ist, werden auch bei Antrieben mit eingebauter STO-Funktion Diagnosetests und Fehlererkennung in der Regel an externe Geräte (Sicherheitssteuerung, Safety-SPS) ausgelagert. Eine Sicherheitsfunktion wird ausgelöst, wenn definierte Grenzwerte überschritten werden. Sensoren übermitteln dafür kontinuierlich relevante Betriebsdaten, die von der Steuerung sicher erfasst und überwacht

STEUERN UND AUTOMATISIEREN werden müssen. Bei Ausfällen und Fehlern muss das System sofort reagieren und einen sicheren Zustand herbeiführen. Die Sicherheitsintegrität (Wirksamkeit) einer Sicherheitsfunktion ergibt sich u. a. aus der Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls sowie dem Anteil ungefähr licher Ausfälle an der Gesamtzahl mög licher Fehler (Safe Failure Fraction, SFF). Die maximal mögliche Sicherheitsinte grität bei Servoantrieben ist das Safety Integrity Level (SIL) 3 nach IEC 61508/EN 62061 bzw. Performance Level PL e nach EN ISO 13849. Jede Sicherheitsentwicklung steht vor der Herausforderung, systematische und zufällige Fehler zu vermeiden bzw. zu beherrschen. Systematische Fehler sind insbesondere solche, die von Menschen begangen werden: schon im Design eines Prozesses oder aber bei seiner Ausführung (z. B. Fehlbedienung). Für eine sichere Entwicklung werden demnach Verfahren und Prozesse gefordert, um durch ein strukturiertes Vorgehen solche Fehler von vornherein auszuschließen bzw. sie frühzeitig zu erkennen und gegenzusteuern. Entsprechende Maßnahmen beschreibt IEC 61508-2, Annex B. Der Hersteller muss entscheiden, welche dieser Maßnahmen für die Aufgabenstellung und das angestrebte Sicherheitsniveau (SIL) notwendig und geeignet sind. Zufällige Fehler betreffen dagegen insbesondere die Hardware. Weil sie nicht verhindert werden können, müssen sie zuverlässig erkannt und abgefangen werden. Geeignete Maßnahmen werden in IEC 61508-2, Annex A, genannt: Diagnosefunktionen sollen das Auftreten von zufälligen Hardwarefehlern aufdecken, damit das System in einen sicheren Zustand überführt und die Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Ausfalls reduziert werden kann. 01 Redundanz durch 2-kanalige Architektur (1oo2) mit zwei FPGAs Energieversorgung Spannungsüberwachung DSI 1 DSI 2 DSI 3 DSI 4 DSI 5 DSI 6 RAM EMIF/SPI FPGA 1 FPGA 2 RAM RAM Encoder ROM clock DS0 1 DS0 2 DS0 3 DS0 4 DS0 5 DS0 6 clock ROM IMPRESSUM erscheint 2018 im 57. Jahrgang, ISSN 0722-8546 Redaktion Chefredakteur: Dipl.-Ing. (FH) Dirk Schaar, Tel.: 06131/992-345, E-Mail: d.schaar@vfmz.de (verantwortlich für den redaktionellen Inhalt) Stv. Chefredakteurin: Dipl.-Ing. (FH) Nicole Steinicke, Tel.: 06131/992-350, E-Mail: n.steinicke@vfmz.de Redakteurinnen: Dipl.-Medienwirtin (FH) Marie Krueger, Tel.: 06131/992-359, E-Mail: m.krueger@vfmz.de, Alexandra Pisek M.A., Tel.: 06131/992-266, E-Mail: a.pisek@vfmz.de Redaktionsassistenz: Angelina Haas, Tel.: 06131/992-361, E-Mail: a.haas@vfmz.de, Doris Buchenau, Melanie Lerch, Petra Weidt, Ulla Winter (Redaktionsadresse siehe Verlag) Gestaltung Anette Fröder, Anna Schätzlein, Sonja Schirmer, Mario Wüst Chef vom Dienst Dipl.-Ing. (FH) Winfried Bauer Anzeigen Oliver Jennen, Tel.: 06131/992-262, E-Mail: o.jennen@vfmz.de Andreas Zepig, Tel.: 06131/992-206, E-Mail: a.zepig@vfmz.de Annemarie Benthin, Anzeigenverwaltung Tel.: 06131/992-250, E-Mail: a.benthin@vfmz.de Anzeigenpreisliste Nr. 54: gültig ab 1. Oktober 2017 www.vereinigte-fachverlage.info Leserservice vertriebsunion meynen GmbH & Co. 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