Die Funktion „Sichere Drehzahlüberwachung“ schließt in der Automatisierungstechnik Funktionen wie „Sichere Stillstandsüberwachung“ und „Sichere Drehrichtungserkennung“ ein. Über sie werden gefahrbringende Bewegungen sicher erkannt und entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet. Im Fokus dieser Funktion steht einerseits der Schutz des Bedien- und Wartungspersonals. Doch andererseits soll die Drehzahlüberwachung über den Schutz des Personals hinaus dem der Maschine – und damit der Investition – dienen.

Die häufigsten Anwendungsszenarien für eine Drehzahl-, Stillstand- oder Geschwindigkeitsüberwachung sind der Schutz des Bedieners im Einrichtbetrieb – Stichwort offene Schutztüre – oder während des Werkzeugwechsels. In allen diesen Fällen dient der sichere Stillstand dazu, die Achsbewegung auf Stillstand zu überwachen und bei einem Überschreiten des eingestellten Grenzwerts die Anlage sicher abzuschalten. Bei Anlagen, die einen drehzahlvari­ablen Antrieb besitzen, der im Stillstand nicht energielos geschaltet werden soll, ist generell der sichere Stillstand zu überwachen. Damit bei diesen Anlagen ein schneller Wiederanlauf und damit kurze Taktzeiten in der Produktion zu gewährleisten sind, werden die Antriebe unter Energie auch im Stillstand in Lageregelung gehalten.

Neben rotatorischen Bewegungen spielt die sichere Geschwindigkeitsüberwachung auch bei linearen Bewegungen eine immer wichtigere Rolle. Letztere finden sich beispielsweise im Bereich der Lagerlogistik oder im Transport­wesen. In Abhängigkeit von der Lauf­richtung der Anlage werden hier üb­licherweise unterschiedliche Fahrsätze angelegt. Bei Fahrt in das Lager beispielsweise kann die Geschwindigkeit einer definierten mechanischen Nocke auf ein höheres Maß umgeschaltet werden. Würde eine Person die Anlage be­gehen, wird der Antrieb zwar ebenfalls unter Energie gehalten, aber dennoch auf Stillstand sicher überwacht. Kurz-um: Bei Anwendungen im Bereich der Lagerlogistik werden Laufrichtung und Geschwindigkeit überwacht, um grundsätzlich die Anlagenverfügbarkeit zu garantieren.

Rotatorische Bewegungen hingegen sind typisch bei Anlagen in der Holz- oder Metallbearbeitung: Im Bereich der spanenden Metallbearbeitung werden sichere Drehzahl- und Stillstandüberwachung etwa dazu eingesetzt, die Bediener im Stillstand bei Werkzeugwechsel gegen ungewollte Achsbewegungen zu schützen. Unterschiedliche Werkzeuge erfordern aufgrund der maximalen Prozessgeschwindigkeit zudem eine Überwachung der Geschwindigkeit während der Bearbeitung. Die Drehzahlüberwachung sorgt hier dafür, dass das Werkzeug vor Beschädigung durch Übergeschwindigkeit geschützt ist. Im manuellen Eingriff oder im Einlegebereich kann nur mit limitierter Geschwindigkeit gefahren werden. In diesem Fall dient die sichere Richtungserkennung der Bewegung dazu, die Geschwindigkeit umzuschalten.

Individuell skalierbar und flexibel anpassbar

Der Arbeitsbereich unter Vertikalachsen beziehungsweise hängenden Lasten ist typisch für Gefahrensituationen, die von rotatorisch und linear bewegten Achsen ausgehen können.

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Die Vielzahl der am Markt verfügbaren Gebersysteme erfordert es, möglichst eine Drehzahl- beziehungsweise Stillstandüberwachung einzusetzen, die unterschiedliche Gebersysteme mit nur einer Variante abdeckt. Weiter sollte ein solches System in der Lage sein, die unterschiedlichsten Anforderungen an den Performance Level zu beantworten. Damit nicht genug: Um letztlich auch die Kosten zu minimieren, sollte die Lösung eine auf die jeweilige Anwendung „maßgeschneiderte“ Implementierung erlauben. Für die Überwachung von Drehzahl und Stillstand lediglich einer Achse eignen sich parametrierbare Stand-alone-Geräte wie der Drehzahlwächter Pnoz s30. Dieser bietet zudem die Möglichkeit, Drehrichtung und Fenstergeschwindigkeit sicher zu überwachen. Darüber hinaus ist bei Bedarf die Funktion „Sichere Positionsüberwachung im Stillstand“ integrierbar. Die Lösung ist zudem offen für alle am Markt gängigen Motorfeedbacksysteme sowie Näherungsschalter und in Anwendungen bis PL e einsetzbar.

Sind dagegen mehrere Achsen sicher zu überwachen, bieten sich skalierbare, modulare Systeme mit integrierter Drehzahl- und Stillstandüberwachung wie etwa das konfigurierbare Steuerungssystem Pnozmulti an. Sämtliche Sicherheitsfunktionen werden bei diesem über das zugehörige Softwaretool direkt am PC erstellt und lassen sich auf einer Chipkarte speichern. Der dafür vorhandene Sicherheitsbaustein reiht sich nahtlos in die Bibliothek der Sicherheitsfunktionen wie etwa „Not-Halt“, „Schutztür“, „Zweihand“ sowie einem Betriebsartenwahlschalter ein. Das modulare Hardwarekonzept erlaubt es, die Anzahl der gewünschten Drehzahlüberwachungen zu skalieren und an das Basisgerät anzureihen. Dabei können über ein einziges konfigurierbares Steuerungssystem bis zu vier Drehzahl- und Stillstandwächter betrieben werden.

Die Grenzwerte zur Überwachung von bis zu acht unabhängigen Achsen lassen sich dabei über das Softwaretool frei einstellen. Darüber hi­naus ist das System in der Lage, Standardsteuerungsfunktionen zu übernehmen. Ein typisches Anwendungsbeispiel, das sich flexibel mit einer Lösung wie dem Pnozmulti umsetzen lässt, ist die Überwachung von Werkzeugmaschinen. Mit Blick auf die Wirtschaftlichkeit ist es hier sinnvoll, mehrere Sicherheitsfunktionen wie Drehzahlüberwachung und Not-Halt zur Abschaltung des Antriebs mit der Überwachung von Stillstand und einer Schutztür zu kombinieren.

Parametrierung stufenlos anpassbar

Bei weit verzweigten Anlagen bieten sich schließlich modular aufgebaute Automatisierungssysteme wie etwa das PSS 4000 an, bei dem die sichere Überwachungsfunktion vollständig in die Anwendersoftware verlagert. Die Auswertung der Signale von zwei Standard-Drehgebern ermöglicht hierbei die sichere Überwachung von Geschwindigkeit, Position und Stillstand einer Achse. Die Kombination von sicheren Zählermodulen, speziellen Funktionsbausteinen zur Plausibilisierung der Signale und Standard-Drehgebern im Automatisierungssystem ist für eine sichere Positionsüberwachung bis PL e beziehungsweise SIL CL 3 zertifiziert. Im modularen Systemaufbau können an einem Steuerungsmodul bis zu acht Achsen überwacht werden.

Durch die sichere Vernetzung mehrerer Steuerungsmodule über das ethernetbasierte Echtzeit-Kommunikationssystem Safetynet p entsteht in Summe ein skalierbares Überwachungssystem, in welchem die Daten zu Position, Geschwindigkeit und Stillstand für alle Achsen systemweit zur Verfügung stehen. Dabei eröffnet die sichere Verar­bei­tung von Soll- und Grenzwerten im Anwendungsprogramm zusätzliche Möglichkeiten zur dynamischen Überwa­chung. Die Parametrierung muss nicht mehr im Voraus und mit einer begrenzten Anzahl von Grenzwerten erfolgen, sondern ist zur Laufzeit dynamisch und stufenlos an den Produktionsprozess anpassbar. Damit lassen sich auch die Fehlerreaktionen frei programmieren. Dies schließt eine dedizierte Reaktion auf eine Kombination der Zustände mehrerer Achsen ein.