Feldebene Die große Vielfalt für die sichere Drehzahlüberwachung Die technischen Möglichkeiten für die sichere Drehzahlüberwachung sind vielfältig. Die Anwender können aus einem breiten Spektrum an Syste men, Funktionen und Sensorik wählen. Doch welche der Lösungen passt am besten? Johanna Schüßler, Produktmanagerin bei Bihl+Wiedemann, gibt einen Überblick. Ronald Heinze 62 4/15 Feldebene Drehzahlüberwachung für Sensoren/Initiatoren mit Modulen von Bihl+Wiedemann Wenn Bediener oder Wartungsper sonal innerhalb einer Maschine tä tig sind, sollte diese am besten ausgeschaltet sein. So war es frü her. Es wurden Schutztüren ver wendet, die beim Öffnen die Ener gieversorgung der Antriebe ab schalteten. Doch mit heutigen hochautomatisierten und optimier ten Produktionsprozessen lässt sich das nicht mehr so einfach rea lisieren. Um verschiedene Einstel lungen an der Maschine vorzuneh men, ist es deshalb häufig erfor derlich, dass die Antriebe bei geöffneter Schutztür verfahren wer den können. Allerdings heißt es im Anhang 1 der Maschinenrichtlinie 2006/42/ EG im Absatz: „1.3.9. Risiko unkon trollierter Bewegungen“: Es muss ver hindert werden, dass sich aus gleich welcher Ursache ein stillgesetztes Maschinenteil ohne Betätigung der Stellteile aus seiner Ruhestellung bewegt, oder diese Bewegung darf keine Gefährdung darstellen.“ Oft reicht eine sichere Drehzahl überwachung auch nach den Anfor derungen der Maschinenrichtlinie aus, um nicht immer die gesamte Anlage bei einem Einricht- und Pro bebetrieb oder einer Störungsbe seitigung herunterfahren zu müs sen. „Die sichere Drehzahlüberwa chung von Antrieben wird immer wichtiger – gerade in Produktions abläufen, wo die Abschaltung oft nicht möglich ist“, bestätigt J. Schüßler. Anlagen arbeiten deut lich effizienter, wenn nur die Bewe gung angehalten wird, um einen Eingriff zu ermöglichen. Von der Applikation abhängig Welche Lösung der sicheren Dreh zahlüberwachung die beste ist, hängt von der jeweiligen Applika tion ab. Kleine Maschinen haben oft nicht so hohe Anforderungen an Bihl+Wiedemann-Produktmanagerin Dipl.-Ing. (BA) Johanna Schüßler hat Elektrotechnik mit Fachrichtung Automatisierungstechnik studiert www.openautomation.de das Sicherheitslevel. Doch es gibt auch große, verzweigte Anlagen mit höchsten Sicherheitsanforderun gen und komplexen Funktionen. „Wir stellen ein entsprechendes Lö sungsportfolio zur Verfügung, um alle Anforderungen abzudecken, und überlassen dabei nichts dem Zufall“, stellt J. Schüßler heraus. Dazu gehören unter anderem Schnittstellen zu allen gängigen Feldbussystemen, die in der Steue rung zur Verfügung stehenden Dia gnosedaten sowie die Safety- und Standard-Signale auf derselben Leitung. Zudem stehen bis zu 62 sichere Module pro Kopfstation und die Möglichkeit einer sicheren Kopplung von bis zu 31 Kopfstatio nen über Standard-Ethernet zur Verfügung – erweiterbar über unge schirmte zweiadrige Leitungen. „Für die sichere Drehzahlüberwa chung haben sich zwei Konzepte etabliert“, erläutert J. Schüßler. „Der Drehzahlwächter ist im An trieb integriert oder die Drehzahl wird über einen externen Drehzahl wächter überwacht. Für die externe Drehzahlüberwachung können An wender wiederum aus unterschied lichen Sensoren oder Gebern und Auswerteeinheiten wählen.“ Sichere Drehzahlwächter errei chen bei der Nutzung von zwei Standardsensoren typischerweise ein Sicherheitslevel bis SIL2 bzw. PL d – und bei der Verwendung ei nes Standardsensors SIL1 bzw. PL c. J. Schüßler beschreibt hierfür ein Beispiel: „Durch Nutzung der Zentrifugalkraft trennen Zentrifu gal-Separatoren Flüssigkeitsgemi sche oder Feststoffe aus Flüssig 63 Feldebene Safety-Basis-Monitor mit USB-Schnittstelle (links) und mit Ethernet-Schnittstelle (rechts) keiten. Dabei wird im Inneren der Zentrifuge eine große Masse zum Rotieren gebracht. Läuft diese mit einer zu hohen Drehzahl, kann die Mechanik der enormen Kraft nicht standhalten – mit Folgen für die Maschinen und gegebenenfalls auch für Personen. Eine sichere Drehzahlüberwachung hilft hier, schwere Unfälle zu vermeiden.“ Wie muss man sich hier die tech nische Umsetzung der Drehzahl überwachung vorstellen? „Zur Er fassung der Drehzahl montiert man meistens induktive Näherungs schalter an der Maschine“, erklärt J. Schüßler. „Die Sensoren werden dabei so angebracht, dass sie bei spielsweise eine an der Motorwelle sitzende Scheibe mit Aussparun gen detektieren. Die so erzeugten Impulse können in einem Drehzahl wächter als Frequenz ausgewertet werden. Wird die konfigurierte ma ximale Frequenz überschritten, schaltet der Drehzahlwächter ent weder die Energiezufuhr des An triebs ab oder er löst über den Um richter einen sicheren Halt aus.“ Die Sicherheitsfunktion nach EN 61800-5-2 ist definiert als Safe Torque Off (STO). 64 Drehzahlüberwachung mit den Drehzahlwächtern von Bihl+Wiedemann für Sinus/Cosinus-, HTL-, SSI- und TTL-Drehgeber Drehgeber zur Drehzahlerfassung Der Einsatz von Drehgebern zur Drehzahlerfassung gehört zu den bekanntesten Verfahren. Die hohe Auflösung des Drehgebers bietet eine äußerst hohe Funktionalität. Sichere Drehzahlwächter für Dreh geber können unterschiedliche Si cherheitsfunktionen realisieren und erreichen dabei Sicherheitsle vel bis SIL3 bzw. PL e. Die Anwen der profitieren dabei von einem breiten Spektrum an Drehgebern für die unterschiedlichen Anforde rungen. Unterschieden wird zwi schen Inkrementalgebern zur Er fassung der Geschwindigkeit und Absolutwertgebern zur Erfassung der Position. J. Schüßler hat auch hier ein Beispiel: „Bei der Getränkeabfül lung wird mit unterschiedlichen Behältern in unterschiedlichen Größen gearbeitet – Glas- und PET-Flaschen oder Dosen. Das ist auch der Grund, warum viele Her steller Abfüllanlagen mit Blick auf eine variable Einstellung konzipie ren. Dazu zählen Reinigungs-, Be füllungs- und Etikettierungsma schinen. Während des Einrichtens der Maschine und des Umstellens der Mechanik auf andere Behälter benötigen die Antriebe Energie. Nur so können Inbetriebnehmer und Anlagenbediener die Achsen bewegen. Dazu muss die Drehzahl der Antriebe reduziert und sicher überwacht werden.“ Zusätzlich ist ein Zustimmtaster oder Tipptaster zu betätigen. Mehr Bewegung darf nicht sein. Auch im Tippbetrieb sind beim betätigten Taster nur begrenzte Bewegungen erlaubt. „Um die Achse weiter bewegen zu können, muss der Taster erneut betätigt werden“, schließt sie an. Weitere Beispiele für Applikatio nen zur sicheren Positionsüberwa chung sind Krananlagen, Regalbe diengeräte oder fahrerlose Trans portsysteme. Zur Erfassung der Geschwindig keit oder der Position sind Drehge ber im Antrieb integriert oder wer den an der Achse montiert. Häufig setzen die Unternehmen auch schon drehzahlgeregelte Antriebe zur exakten Regelung der Ge schwindigkeit oder der Position ein. In diesem Fall wird das Dreh gebersignal zwischen Drehgeber und Umrichter mithilfe von Adap 4/15 Feldebene Drehzahlüberwachung für Drehgeber tern „abgegriffen“. Wird kein Um richter eingesetzt, kann das Dreh gebersignal direkt am externen Drehzahlwächter angeschlossen und das Signal sicher ausgewertet werden. In Kombination mit einem sicherheitszertifizierten Drehgeber ist ein Sicherheitslevel bis SIL3 bzw. PL e möglich. Aber auch mit nicht sicheren Drehgebern errei chen sichere Drehzahlwächter ein gewisses Sicherheitslevel. Das hängt allerdings vom strukturellen Aufbau, wie etwa der zweikanali gen Überwachung einer Achse mit zwei Standard-Drehgebern, ab. Im Antrieb integrierte sichere Drehzahlüberwachung Die im Antrieb integrierte sichere Drehzahlüberwachung kommt vor allem dann zum Einsatz, wenn be reits leistungsfähige Antriebe und eine sichere SPS eingesetzt wer den. Als Applikationen können hier der Sieb- und der Offsetdruck ge nannt werden. Druckmaschinen zum Bedrucken von Hohlkörpern wie Flaschen oder Tuben müssen exakt arbeiten. Beim Einrichtbe trieb mit geöffneter Klappe wird die sichere Drehzahlüberwachung im Antrieb aktiviert und Verlet zungsgefahren werden minimiert. Außerdem werden hochpräzise und leistungsfähige Antriebe mit sicherer Überwachung auch bei Bearbeitungsmaschinen verwen det. Bei diesen Applikationen ist der Drehgeber im Antrieb integriert www.openautomation.de 65 Feldebene Safety-Gateway und Frequenzumrichter mit integriertem Drehzahlwächter, verbunden über einen sicheren Feldbus und direkt mit dem Umrichter ver bunden. Mit den Safety-Gateways von Bihl+Wiedemann lässt sich die Drehzahl unkompliziert direkt im Antrieb sicher überwachen, zum Beispiel im Zusammenspiel Kurzinfo: Sichere Drehzahlüberwachung, aber wie? Die kostengünstigste und einfachste Methode, eine Bewegung zu erfas sen, ist die Verwendung induktiver Näherungsschalter oder optischer Sen soren. Damit sind in den meisten Fällen Sicherheitslevel von SIL2 bzw. PL d möglich. Bei höheren Anforderungen sind Drehgeber gefragt. Allerdings ist eine sichere Drehzahlüberwachung mit externen Drehzahlwächtern teilweise mit aufwendiger Installationstechnik verbunden. Für den Z ugriff auf ein Drehgeber-Signal zwischen Geber und Frequenzumrichter werden Adapter oder T-Stücke benötigt. Beim Einsatz von leistungsfähigen Antrieben für komplexe Regelungs- oder Positionierungsaufgaben bietet sich die Dreh zahlüberwachung im Antrieb an. Die Vorteile der externen Drehzahlüberwachung gegenüber einer inte grierten Drehzahlüberwachung im Antrieb liegen eindeutig in der Unabhän gigkeit vom Antriebs- und Steuerungshersteller – und in den meist günsti geren Kosten, zum Beispiel bei vielen Achsen. Dagegen sind bei Antrieben mit integrierter Drehzahlüberwachung und Anbindung an einen sicheren Feldbus normalerweise auch der Feldbus und der Hersteller der übergeordneten sicheren Steuerung festgelegt. Das hat zur Folge, dass die Einführung der sicheren Drehzahlüberwachung oft die Umstellung der gesamten Sicherheitstechnik der Maschine oder sogar der kompletten Anlage mit sich bringt. 66 mit CIP Safety über Sercos bzw. Ethernet/IP oder Profisafe über Profibus bzw. Profinet. Offen für die Welt der Automatisierung Wie so oft gilt auch bei der siche ren Drehzahlüberwachung: Die Ap plikation bestimmt die Lösung. „Bei uns kann der Anwender aus einem breiten Spektrum an Syste men, Funktionen und Sensorik wählen“, nennt J. Schüßler als Vor teil. Den Drehzahlwächtern von Bihl+Wiedemann steht die ganze Welt der Automatisierung offen. Denn alle Drehzahlwächter der Mannheimer, egal ob die Drehzahl direkt im Gateway oder im Modul überwacht wird, lassen sich über die Gateways an praktisch alle gän gigen Feldbussysteme anschlie ßen. Externe Drehzahlwächter las sen sich einfacher in die bestehen de Technik integrieren. Da viele dieser „Wächter“ zwei Achsen in ei nem Gerät überwachen können, ist diese Lösung zur Überwachung vie ler Achsen häufig auch die günsti gere. www.bihl-wiedemann.de 4/15
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