Reihenschaltung 2.0: Smart Safety System von Bernstein
Nach der europäischen Maschinenrichtlinie muss der Hersteller einer Maschine das Risiko für Leib und Leben des Maschinenbedieners auf ein akzeptables Maß reduzieren. Aus technischer Sicht wäre eine Maschine, die vollständig gekapselt ist und von der daher keine Gefahr ausgeht, optimal. In der Praxis ist dies oft nicht möglich, da zwischen der Maschine und der weiteren Produktion Material und Fertigwaren gehändelt werden müssen. Zum Schutz des Bedienpersonals werden an dieser Stelle technische Schutzmaßnahmen eingesetzt. Klassischerweise sind dies Schutztüren, die nur im geschlossenen Zustand eine gefahrbringende Bewegung innerhalb der Maschine zulassen. Bei Schutztüren, die dieselbe Sicherheitsfunktion aufweisen, werden Verriegelungseinrichtungen gerne in Reihe geschaltet, um Kosten zu sparen.
Die Reihenschaltung von Sicherheitskomponenten wie Verriegelungseinrichtungen oder Not-Halt-Geräten wird nach wie vor gerne genutzt, um die Sicherheitseingänge an den Auswertegeräten sowie den Verdrahtungsaufwand zu reduzieren. Doch warum kann nun eine zweikanalige Reihenschaltung von Sicherheitskomponenten nicht in die höchste Steuerungskategorie eingestuft werden?
Die EN 13849-1 in Verbindung mit der TR24119 gibt hierüber Auskunft. Zur Bestimmung des Performance Levels nach EN 13849-1 wird die Kenngröße „Diagnosedeckungsgrad (DCavg)“ verwendet. Dieser gibt das Verhältnis der erkannten gefahrbringenden Ausfälle zur Gesamtrate der gefahrbringenden Ausfälle an. Häufig wird fälschlicherweise ein Diagnosedeckungsgrad (DCavg) von 99 % für eine Reihenschaltung angenommen. Dieser Wert kann nur verwendet werden, wenn die Sicherheitskomponenten jeweils von einer Sicherheitsauswertung überwacht werden.
Der technische Report ISO/TR 24119 gibt Hilfestellung bei der Bestimmung des zu erreichenden Diagnosedeckungsgrades und betrachtet dabei auch den Aspekt der Fehlermaskierung. Unter Fehlermaskierung versteht man das Überschreiben, eines zuvor von der Sicherheitsauswertung erkannten Fehlers durch eine andere fehlerfreie Sicherheitskomponente in der Reihenschaltung. Grundlage für die Bestimmung ist die Anzahl der in Reihe geschalteten Sicherheitskomponenten und die Anzahl der Betätigungen dieser Sicherheitskomponenten. Dabei werden die Verdrahtungstopologie und die Art der Verlegung der einzelnen Leiter zueinander berücksichtigt. Der Report zeigt auf diese Weise allerdings auch die Grenzen der sicherheitstechnischen Leistungsfähigkeit einer zweikanaligen Reihenschaltung auf. Befinden sich in einem System beispielsweise zwei Schutztüren, die jeweils öfter als einmal pro Stunde geöffnet werden, so wird es sehr schwierig, mit zusätzlichen Maßnahmen der Leitungsverlegung einen hohen Diagnosedeckungsgrad zu erreichen, der zum Erreichen des Performance Levels d unabdingbar ist.
Alternativen zur Reihenschaltung von elektromechanischen Sicherheitsschaltgeräten
Selbstüberwachende Schaltgeräte wie Lichtgitter, Laserscanner und RFID-Sensoren benötigen für ihre Funktionalität eine Sicherheitssoftware und damit auch die entsprechende redundante sicherheitsrelevante Hardware, die eine Selbstüberwachung der Geräte ermöglicht. Die Komponenten des Smart Safety Systems der Bernstein AG, beispielsweise bestehend aus RFID-Sensoren, Not-Halt-Geräten und intelligenten T-Adaptern, weisen diese Eigenschaften auf und können problemlos in Reihe geschaltet werden.
In der Praxis werden diese Varianten mit zwei zusätzlichen Eingangsanschlüssen versehen, auf die die Sicherheitsausgänge des in der Kette davor liegenden Gerätes geschaltet werden. Auf diese Weise können bis zu 32 Smart Safety Geräte unter Beibehaltung des Performance Levels e in Reihe geschaltet werden. Ein wesentliches Merkmal ist, dass die Reihenschaltung der Smart Safety Komponenten mit einer handelsüblichen ungeschirmten 4-Draht-Leitung erfolgt, deren Leiter mit der Spannungsversorgung und dem redundanten Sicherheitssignal belegt sind. Die Bernstein AG bietet zusätzlich ein System aus T-Stücken und einem Abschlussadapter an, um eine einfache Realisierung ohne zusätzliche Klemmenkästen zu ermöglichen.
Effiziente Sicherheitslösungen mit Daisy-Chain-Diagnose (DCD)
Neben Vorteilen wie der einfachen Verdrahtung, der Notwendigkeit nur eines redundanten Sicherheitseingangs der nachgeschalteten Sicherheitssteuerung und einem hohen Performance Level liefern die Smart Safety Komponenten auch Status- und Diagnoseinformationen, die von der übergeordneten Steuerung ausgelesen werden können. Eine Adressierung der Komponenten ist nicht erforderlich, da das Smart Safety System die Anzahl und Reihenfolge der angeschlossenen Komponenten selbstständig erkennt und das Diagnosesystem automatisch initialisiert. Die Auswertung der Diagnosedaten erfolgt steuerungsseitig durch eine Sicherheitsauswertung von Bernstein mit integrierter Diagnoseverarbeitung oder durch ein reines Diagnoseauswertegerät, das zum Einsatz kommt, wenn die Verarbeitung der Sicherheitssignale durch eine andere Sicherheitsauswertung, wie zum Beispiel eine fehlersichere SPS stattfindet.
Das Diagnosesystem wird als Daisy-Chain-Diagnose (DCD) bezeichnet. Der Begriff „Daisy Chain“ bedeutet wortwörtlich aus dem Englischen übersetzt „Gänseblümchenkette“; wird aber auch im technischen Sinne für die Reihenschaltung von Schaltern und Sensoren verwendet.
Effiziente Integration von Not-Halt-Geräten durch Bernsteins T-Adapter und DCD-System
Nicht nur Geräte von Bernstein, sondern auch elektromechanische Schalter anderer Hersteller können über DCD ausgewertet werden. Häufig soll bei einem Retrofit die Art der verbauten Not-Halt-Geräte nicht geändert werden, da dies wiederum eine mechanische Bearbeitung der vorhandenen Anlage nach sich zieht. Um solche Geräte in eine intelligente Reihenschaltung zu integrieren, bietet das System von Bernstein den bereits genannten T-Adapter.
Dieser überwacht zwei angeschlossene elektromechanische Öffnerkontakte, wie sie oft in einfachen Not-Halt-Geräten zu finden sind. Durch das Diagnosesystem (DCD) entfällt die Verwendung des Meldekontaktes im Not-Halt und auch der damit zusammenhängende Verdrahtungsaufwand, da die Information, ob der Schalter betätigt wurde, durch den Smarten T-Adapter erfasst und weitergleitet wird.
SCx: Sicherheitssteuerung von Bernstein für umfassende Maschinensicherheit und nahtlose Integration
Die neueste Erweiterung des Smart Safety Systems heißt SCx. Dabei handelt es sich um eine Sicherheitssteuerung, mit der sich Maschinen und Anlagen umfassend absichern lassen. Mit dem SCx können Kunden nun für jede Maschinengröße und -komplexität die passende Sicherheitslösung mit Diagnosefähigkeit von Bernstein erhalten. Über die Feldbusprotokolle Profinet, Modbus/TCP und EtherCAT können vorhandene Automatisierungssysteme mit der Sicherheitssteuerung SCx Daten austauschen. Dies gewährleistet eine nahtlose Integration in bestehende Netzwerke und vereinfacht die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Geräten.
Die Konfiguration erfolgt dabei mit der bewährten, kostenlosen Software, die bereits beim konfigurierbaren Sicherheitsrelais SCR P zum Einsatz kommt. Mit der intuitiven Software werden die Geräte per Drag and Drop über simple Schaltungs- und Logiksymbole konfiguriert. Nach Abschluss der Konfiguration erstellt die Software automatisch die Schalt- und Kontaktpläne.
Mit der Sicherheitssteuerung SCx erweitert Bernstein sein bewährtes Smart Safety System zur vollständigen Absicherung von Maschinen und Anlagen konsequent weiter und macht es so zum idealen Werkzeug für eine Vielzahl von Sicherheitsaufgaben unterschiedlicher Komplexität.
