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Safety-Sensorik: Sichere Drehgeber ein Muss?

Für den sicheren Betrieb von Maschinen sind häufig Sicherheitsfunktionen zur Begrenzung von Drehzahlen, Geschwindigkeiten oder Achspositionen erforderlich. Dem Anwender stellt sich dabei häufig die Frage: Müssen spezielle, für den Einsatz in einem bestimmten Performance Level oder SIL vorgesehene Geber verwendet werden oder lässt sich die Applikation auch mit unsicheren Gebern realisieren?

Sichere Positionsgeber ein Muss, T neu Bildquelle: © Fotolia / uwimages

Die Realisierung sicherer Antriebssteuerungen kann auf unter­schiedliche Art erfolgen: etwa über Frequenzumrichter mit integrierten Sicherheitsfunktionen oder auch über andere Überwachungskomponenten, wie Sicherheits-SPSen und Drehzahlwächter. Für die zugehörige Sensorik zur Erfassung von Achspositionen oder Drehwinkeln an Spindeln werden größtenteils Positionsgeber mit Sin/Cos-Schnittstelle verwendet. Auch bei diesen Produkten gibt es zunehmend „sichere“ Ausführungen. Doch welche Vorteile bietet der Einsatz von sicheren Sin/Cos-Positionsgebern gegenüber herkömmlichen Produkten? Was ist zu berücksichtigen, wenn „unsichere“ Geber eingesetzt werden sollen? Diesen Fragen wird im Folgenden am Beispiel einer Sicherheitsfunktion SF1 „Begrenzung Spindeldrehzahl im Einrichtbetrieb“ nachgegangen, die gemäß DIN EN ISO 13849-1 im Performance Level PL d zu realisieren ist.

Sicherheitsbezogenes Blockdiagramm der SF1 Bildquelle: © IFA

Bild 1: Sicherheitsbezogenes Blockdiagramm der SF1 – die Betriebsartenwahl ist eine eigene Sicherheitsfunktion und daher hier nicht enthalten.

Die Sicherheitsfunktion SF1 soll durch den Einsatz von einem oder zwei Drehgebern und einem Frequenzumrichter mit der integrierten Sicherheitsfunktion SLS (Safely Limited Speed, sicher begrenzte Drehzahl) erfolgen. Bild 1 zeigt das zugehörige sicherheitsbezogene Blockdiagramm. Es besteht aus einem Subsystem G (Drehgeber) und einem gekapselten Subsystem T1 (Frequenz­umrichter). Als gekapselte Subsysteme werden Bauteile bezeichnet, für die der Hersteller PL/SIL und PFH (durchschnittliche Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalles je Stunde) angibt, gegebenenfalls verbunden mit Anforderungen zur Anwendung des Produkts. Der Frequenzumrichter T1 verfügt über Schnittstellen für zwei Sin/Cos-Geber und ist in der Lage, fehlererkennende Maßnahmen durchzuführen. Die Gestaltung des Subsystems G ist nicht eindeutig, da sich hierfür verschiedene Architekturen anbieten.

Bevor diese Architekturen betrachtet werden, sind jedoch die Fehlermöglichkeiten von Drehgebern zu ermitteln. Letztlich sind Bauteilfehler und deren Auswirkungen auf die Sicherheitsfunktion die Basis für die Entscheidung, ob ein einziger konventioneller Drehgeber ausreichend ist, um den PL d zu erreichen, ob eventuell zwei konventionelle Drehgeber erforderlich sind oder ob sichere Drehgeber einzusetzen sind.