Beispiel für eine 2-kanalige, 2-polige Abschaltung der Versorgungsspannung mittels rückwirkungsfreier Ausgangsklemmen.

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Um die Maschinenrichtlinie (2006/ 42/EG) zu erfüllen, müssen Maschinenhersteller, Anlagenbauer und Betreiber dafür sorgen, dass von der Maschine keine Gefahr für den Menschen ausgeht und Unfälle vermieden werden. Eine systematische Risiko-Analyse, woraus sich die erforderliche Sicherheitskategorie ableiten lässt, ist eine wesentliche Voraussetzung dafür. Anschließend gilt es, die so ermittelte Sicherheitskategorie durch geeignete technische Maßnahmen umzusetzen.

Bei einfachen Anlagen kann die geforderte Sicherheitskategorie in der Regel durch den diskreten Aufbau mit marktüblichen Sicherheitsschaltgeräten eingehalten werden. In diesem Fall bleiben die Funktionen der eigentlichen Automatisierungssteuerung unbeeinflusst. Bei komplexeren Maschinen ist hingegen die Anlagenfunktion bei der Sicherheitstechnik mit zu berücksichtigen. Dies wird üblicherweise durch die Integration einer kompletten Sicherheitssteuerung in Anlagensteuerungen erreicht. Den dadurch gewonnenen Vorteilen bezüglich Flexibilität und geringerem Verdrahtungsaufwand stehen allerdings hohe Kosten gegenüber.

Eine Alternative hierzu ist der Einsatz rückwirkungsfreier Ausgangsklemmen. Mit ihnen lassen sich Anlagen um die volle Funktionalität einer industriellen Steuerung erweitern, ohne aktiven Einfluss auf deren Sicherheitskategorie zu nehmen. Das Sicherheitsschaltgerät schaltet im Fehlerfall die Versorgungsspannung der rückwirkungsfreien Ausgänge ab und ermöglicht einen sicheren Betrieb bis zu SIL3 oder PLe/Kategorie 4. Mit anderen Worten: Die funktionalen Eigenschaften des Sicherheitsschaltgerätes lassen sich durch die Verwendung der rückwirkungsfreien Busklemmen auf ein Minimum reduzieren. Dies trägt letztlich dazu bei, Kosten einzusparen, ohne die Automatisierungsfunktion wesentlich zu beeinträchtigen.

In der Praxis

Durch die beliebige Kombination von Safety- und Standardklemmen in einem Knoten kann der Anwender die Vorteile eines busgestützten Sicherheitssystems nutzen und erhält zugleich ein modulares I/O-System.

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Wie sieht eine solche Lösung nun in der Praxis konkret aus? Ein Beispiel: Die Gefahrenanalyse einer Fertigungsapplikation schreibt eine definierte Sicherheitskategorie vor und fordert dementsprechend folgende Sicherheitsmaßnahmen:

1. Eine Sicherheitszelle, bestehend aus einer Schutztür, einem Not-Aus-Taster und zwei Antriebsmotoren für Förderbänder sowie einem Senkrechtförderer, soll steuerungstechnisch realisiert werden.

2. Bei Betätigung des Not-Aus-Tasters oder bei Betreten der Zelle sind alle Antriebe 2-kanalig und 2-polig abzuschalten

Das SPS-Programm im Controller des I/O-Systems steuert gemäß der Maschinenfunktion die drei Aktoren Förderband 1, Förderband 2 und Senkrechtförderer an. Im Falle einer Betätigung des Not-Aus-Tasters oder einer Öffnung der Schutztür schaltet das Sicherheitsschaltgerät die Versorgungsspannung der rückwirkungsfreien Ausgangsmodule 2-polig ab.

In Folge dessen werden alle Aktoren durch Abschalten der Steuerspannung über ein Ausgangspaar im Sicherheitsschaltgerät ausgeschaltet. Sind beispielsweise mehrere Motoren abzuschalten, so lassen sich diese in einer „Potentialgruppe" zusammenfassen. Somit kann das Sicherheitsschaltgerät bezüglich der Anzahl der Ausgänge kleiner ausgelegt und auf zusätzliche Schaltmechanismen in den Leistungszweigen der Aktoren verzichtet werden.

Im Falle des Wago-I/O-Systems sind beispielsweise folgende rückwirkungsfreie digitale Klemmen verfügbar:

• Zwei 2-Kanal-Ausgangsklemmen (24 V(DC), 0,5 A und 2,0 A)
• Zwei 4-Kanal Ausgangsklemmen (24 V(DC), 0,5 A mit einer Variante im erweiterten Temperaturbereich von -20 bis +60 °C)
• Zwei 2-Kanal-Ausgangsklemmen mit Diagnosefunktion (24 V( DC), 0,5 A und 2,0 A)
• Zwei 16-Kanal-Ausgangsklemmen (24 V(DC), 0,5 A mit Flachbandstecker in positiv- und negativschaltend)
• 8-Kanal-Eingangs- und 8-Kanal-Ausgangsklemmen für 24 V(DC) und 0,5 A.

Die Grenzen des Konzeptes

Der Einsatz solcher rückwirkungsfreien Ausgänge ist bis Kategorie 4 beziehungsweise Performance Level e (Ple) möglich, ohne die Sicherheitskategorie zu beeinflussen. Wenn das Sicherheitskonzept jedoch eine engere Verzahnung in die Anlagenfunktionalität erfordert, was insbesondere bei größeren Sicherheitsbereichen notwendig ist, reicht das beschriebene Konzept meist nicht mehr aus. Denn eine individuelle Verknüpfung von sicherheitsbedingten Ein- und Ausgängen lässt sich nur schwer durch fertige Sicherheitsschaltgeräte realisieren. Eine Sicherheitssteuerung mit korrespondierenden sicheren Ein- und Ausgängen in der dezentralen Feldebene ist in diesem Fall die Lösung.

Was das Wago-I/O-System 750 betrifft, so bietet dies die Möglichkeit, die beschriebenen Signale über Profisafe-Busklemmen direkt in die Automationssteuerung zu integrieren. Hierzu sind keine zusätzlichen oder speziellen Koppler nötig, sondern die sicheren Ein- oder Ausgänge werden einfach in den nächstgelegenen Profibus/Profinet-Knoten integriert. Die Klemmen unterstützen vollständig das Profisafe Protokoll V1.3 und V2.4 und lassen sich entsprechend der definierten Profisafe-Profile konfigurieren.

Autor: Jens Eikelmann ist Mitarbeiter bei Wago in Minden