K. A. Schmersal: sichere Geschwindigkeitsüberwachung für modulare Sicherheitssteuerung

K. A. Schmersal: sichere Geschwindigkeitsüberwachung für modulare Sicherheitssteuerung. Die modulare Sicherheitssteuerung Protect PSC wurde jetzt um einen Baustein für die sichere Geschwindigkeitsüberwachung ergänzt. Dieser Baustein erlaubt z. B. das schnelle Öffnen von Schutztüren, hinter denen gefährliche Nachlaufbewegungen zu erwarten sind. Ein weiterer Einsatzbereich sind die Sonderbetriebsarten, die bei immer mehr Maschinengattungen möglich sind und die z. B. das Einrichten und die Prozessbeobachtung erleichtern.

Die Sicherheitsfunktionen verlagern sich immer mehr von der Hardware- auf die Steuerungsebene: Dieser Trend ist in der gesamten Maschinensicherheit zu beobachten, und moderne Steuerungskonzepte beschleunigen diese Entwicklung noch.

Beispielsweise wurde die neue Generation der programmierbaren modularen Sicherheitssysteme von Schmersal speziell für die Anforderungen von modernen Fertigungssystemen und komplexen Einzelmaschinen entwickelt. Das System mit der Bezeichnung Protect PSC („Programmable Safety Controller“) bietet dem Anwender aufgrund seines modularen Aufbaus vielfältige Möglichkeiten zur Kombination verschiedenster Ein- und Ausgangsbaugruppen.

Für kleinere Applikationen ist das System aus CPU-Zentraleinheit und dem Spannungsversorgungsmodul mit nur 75 mm Baubreite bereits ausreichend. Die CPU kann bis zu 15 Module ansteuern, so dass bei Bedarf zusätzliche Ein- und Ausgangsmodule nachträglich ergänzt und mit geringem Aufwand ins Gesamtsystem integriert werden können.

Alle Module lassen sich einfach auf DIN-Hutschienen montieren und sind über einen Backplane-Bus verbunden. Damit kann der Anwender die Ausbaustufe des Systems und damit auch die Anzahl der zur Verfügung stehenden Ein- und Ausgänge frei bestimmen – von acht Eingängen und sechs Ausgängen in der einfachsten Version bis zu über 250 Ein-Ausgängen bei vollem Ausbau des Systems.

Es stehen verschiedene Systemmodule z. B. für potenzialfreie und potenzialbehaftete Eingangssignale sowie Module mit Halbleiter- und Relaisausgängen zur Verfügung. Somit können die Signale aller gängigen Bauarten von Sicherheits-Schaltgeräten wie elektromechanische Schaltgeräte, Sicherheits-Sensoren und optoelektronische Schutzeinrichtungen ausgewertet werden.

Darüber hinaus bietet die Sicherheitssteuerung auch Anschlussmöglichkeiten für externe Gateways zum Datenaustausch über Profibus DP, DeviceNet und CC-Link.

Hardwired Version – Inbetriebnahme ohne Programmieraufwand

Die neue Sicherheitssteuerung kann mit zwei Betriebsmodi arbeiten. In der „Hardwired“-Version ist keine Programmierung erforderlich. Die Systemfunktionen ergeben sich einfach aus der Anordnung bzw. der Reihenfolge der einzelnen Module am Master- oder Sub-Master-Modul. So kann z. B. ohne Software eine Zonenbereichsabschaltung vorgenommen werden.

Alternative mit höherer Flexibilität: Freie Programmierung

Größere Flexibilität und Anpassungsfähigkeit bietet der frei programmierbare Betriebsmodus von Protect PSC, bei dem sämtliche Ein- und Ausgänge des Systems über KOP-Programmierung nach IEC 61131 frei zugewiesen werden können.

Zusätzlich kann der Anwender über eine Bibliothek auf Funktionsbausteine wie „NOT-AUS“, „Schutztürüberwachung“, „Zweihand“, „Muting“, etc. zurückgreifen. Diese zertifizierten Sicherheitsmakros erleichtern die Programmierung sicherheitsrelevanter Funktionen.

Logische Funktionen wie „Und“ und „Oder“ sowie andere Abhängigkeiten können ebenfalls programmiert werden; auch eine Online-Beobachtung der Betriebszustände im Gesamtsystem ist möglich.

Auch für betriebsmäßige Anwendungen

Eine weitere Besonderheit von Protect PSC ist die Fähigkeit, Standard-SPS-Funktionalitäten zu integrieren. Für diese Aufgabe stehen Systemmodule mit betriebsmäßigen Ein- und Ausgängen zur Verfügung, die ebenfalls über die Programmierung nach IEC 61131 frei zugewiesen werden können. Das schafft die Möglichkeit, einfache SPS-Funktionalitäten auf der gleichen Hard- und Softwareplattform zu integrieren.

PSC ist für Applikationen der Steuerungskategorie 4 nach EN 954-1, Performance Level e nach EN ISO 13849-1 bzw. SIL 3 nach IEC 61508 geeignet. Das System wird – einschließlich der Software und der Dokumentation – zurzeit durch die Berufsgenossenschaften zertifiziert.

Der Maschinenbauer ist mit der Software Protect-PSCsw in der Lage, für definierte Anwendungen ein zertifiziertes Schaltungsbeispiel zu verwenden, auf vordefinierte Funktionsbausteine zurückzugreifen oder seine eigenen zuvor programmierten Funktionsbausteine im Programm abzurufen.

Die Kombination aus KOP-Programmierung und Funktionsbausteinen lässt ein Höchstmaß an Flexibilität und komfortabler Sicherheitsprogrammierung zu.

Neu: Module für die sichere Geschwindigkeitsüberwachung

Als neues Modul im Protect PSC-System steht dem Maschinenbauer jetzt eine ebenfalls modular aufgebaute Lösung für die sichere Geschwindigkeitsüberwachung z. B. von Spindel- oder Achsantrieben zur Verfügung.

Als Geber für die Bewegungserfassung mit dem „Protect Drive Monitoring System“ (PDMS) kommen Encoder, Resolver oder zwei Näherungsschalter zum Einsatz. Das System wertet Signale von rotierenden und linearen Bewegungen aus. Dabei kann die Überwachungsgeschwindigkeit des Antriebssystems individuell programmiert werden.

Ursprünglich verwendet man eine sichere Geschwindigkeitsüberwachung vor allem für die Überwachung von sicheren Nachlaufbewegungen. Beispielsweise überwacht man bei schnelllaufenden Textilmaschinen die Geschwindigkeit im Nachlauf und kann so sicherstellen, dass die Schutztür exakt dann freigegeben wird, wenn kein Risiko für den Bediener mehr besteht. Man muss also, anders als bei einem sicheren Zeitglied, kein „Sicherheitspolster“ vorsehen, das die Produktivität beeinträchtigt.

Neues Anwendungsfeld: Sonderbetriebsarten

In den vergangenen Monaten eröffnete sich ein neuer Markt für sichere Geschwindigkeitsüberwachungen. Die C-Normen für einige Maschinenbauarten, z. B von CNC-Bearbeitungszentren (DIN EN 13128), lassen unter eng definierten Voraussetzungen (zu denen auch die Schulung der Bediener gehört) Sonderbetriebsarten zu, bei denen die Maschine bei geöffneter Schutztür und reduzierter Geschwindigkeit betrieben werden kann.

Die reduzierte Geschwindigkeit muss selbstverständlich sicher überwacht werden. DIN EN 13128 sieht beispielsweise gleich mehrere Sonderbetriebsarten vor: Neben Betriebsart 1 („Automatikbetrieb“) gibt es Betriebsart 2 („Einrichtbetrieb“), Betriebsart 3 („Prozessbeobachtung mit Zustimmeinrichtung“) und Betriebsart 4 („Prozessbeobachtung ohne Zustimmeinrichtung“).

Für alle Betriebsarten kann man mit PDMS die zulässigen Geschwindigkeiten individuell einstellen und sicher überwachen. Die PDMS-Überwachungselektronik, die über einen antriebsspezifischen Kabeladapter mit dem Gebersignal verbunden ist, ist auf einer Eingangskarte untergebracht.

Jede zu überwachende Achse wird mit einer eigenen steckbaren Eingangskarte überwacht. Innerhalb des Systemracks können mehrere, auch unterschiedliche Eingangskarten kombiniert werden.

Sichere Ausgangskarten geben die Signale dann zur weiteren Verarbeitung an Protect PSC weiter. Für eine Vielzahl von Antriebsystemen stehen entsprechende Kabeladapter zur Verfügung.

Dipl.-Ing. (FH) Christoph Zimmer
Elan Schaltelemente GmbH & Co.
KG 35435 Wettenberg SPS

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