Moderne Betriebe arbeiten mit immer schnelleren und leistungsfähigeren Maschinen und Anlagen, deren bewegliche Komponenten jedoch zunehmend Risiken bergen. Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG nimmt sowohl Hersteller als auch Betreiber von Maschinen hinsichtlich der festgelegten Sicherheitsanforderungen nach EN ISO 13849 in die Pflicht. Unter anderem gilt es, einen Nachweis zu erbringen, dass die Anlage dementsprechenden Performance Level (PL) oder Safety Integrity Level (SIL) entspricht. Im Mittelpunkt einer sicheren Antriebslösung steht eine sichere Steuerung einschließlich aller notwendigen sicheren Komponenten – wie Regler, Frequenzumrichter, Ein- und Ausgänge –, die die notwendigen Safety-Anforderungen erfüllen.

Sichere Steuerungen oder Antriebsregler verfügen sowohl über eine Selbstüberwachung als auch über mehrere sichere Fahrbefehle. Bei den Eingangssignalen ist eine redundante Auslegung der Sensorik gängige Praxis. Neben dem Motorgeber wird ein zusätzlicher Geber im Antriebsstrang platziert. Ein derartiger Aufbau stellt keinerlei Anforderungen an die Eigendiagnosefähigkeit der Geber. Die übergeordnete Steuerung vergleicht die zwei korrespondierenden Sensorwerte miteinander und erkennt so Fehlfunktionen. Dieser Weg birgt jedoch Nachteile gegenüber einer Eingeberlösung: Mit der redundanten Sensorik, einschließlich doppelter Verkabelung, steigt der Aufwand beim Nachweis der Konformität und bei der Dokumentation. Hinzu kommen eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit und ein gesteigerter Montage- und Wartungsaufwand der Einzelkomponenten.

Eigendiagnose im Geber

Ein von Pepperl+Fuchs entwickeltes System macht die bisher übliche Praxis der redundanten Auslegung von Sensorkomponenten im Antrieb überflüssig. Nach Abschluss der beim TÜV Süd beantragten Zertifizierung eignet sich der Motorfeedbackdrehgeber RVK58S für Antriebslösungen bis zu einem Sicherheitslevel SIL3/PLe. Der Hersteller geht davon aus, dass diese Zertifizierung bis zur Hannover- Messe 2011 abgeschlossen ist.

Eine Bemusterung ist bereits jetzt möglich. Das Sicherheitskonzept des Sensors basiert auf einem ASIC, das einerseits zur Signalkonditionierung dient und andererseits für die Eigendiagnose verantwortlich ist. Die Onboard-Elektronik wertet die inkrementellen, um 90° zueinander versetzten Sinus-/Cosinus-Gebersignale über die Beziehung sin²(x) + cos²(x) = 1 aus und erkennt so Fehler auf der Impulsscheibe oder im Signalpfad. Außerdem überwacht das ASIC die Versorgungsspannung, die Temperatur, die LED-Ansteuerung und die Prüfsumme der Kalibrierdaten. Bei einem Fehler schaltet die integrierte Elektronik die Geber-Ausgänge hochohmig, so dass der Fehler für eine übergeordnete Steuerung über die Leitungsbrucherkennung detektierbar ist. Ein Reset des Drehgebers erfolgt durch Ausschalten und Wiedereinschalten der Drehgeberversorgungsspannung.

Zusätzliche Absolutspur

Um Synchronmotoren zu betreiben, wird die genaue Rotorlage zur Startkommutierung benötigt. Deshalb verfügt der Drehgeber neben der sicheren Inkrementalspur mit 1024 Perioden pro Umdrehung über eine weitere Sinus-/Cosinus-Absolutspur mit einer Periode pro Umdrehung.

Der Drehgeber RVK85S von Pepperl+Fuchs unterstützt alle drehzahlbasierten Sicherheitsfunktionen der IEC 61800-5-2.

© Pepperl+Fuchs

Sie liefert die absolute Rotorlage, die als digitalisiertes Signal mit 13 Bit Auflösung über SSI-(Synchron-Serielles- Interface) oder BiSS-Protokoll (Bidirektionale Sensor-Schnittstelle) abrufbar ist. Da der Geber zwar ein sicheres Inkremental-Signal liefert, die Absolutposition für die Motorkommutierung aber nicht sicher detektiert, unterstützt der RVK58S alle drehzahlbasierenden sicheren Funktionen nach IEC 61600-5-2 voll (siehe Tabelle).

Um die sichere Absolutposition (SLP) zu bestimmen, ist eine zusätzliche sichere Referenzfahrt notwendig. Schließt die Applikation eine Referenzfahrt nach dem Einschalten aus, wird für die sichere Absolutposition ein sicherer Absolutwert-Anbaugeber benötigt, der den Positionswert über ein Sicherheitsprotokoll direkt an die übergeordnete Safety-Steuerung überträgt. Solche, nach PLe zertifizierten Absolutwertgeber hat die Firma Pepperl+Fuchs zwar ebenfalls im Programm, jedoch sind sie kostenund anwendungsseitig nicht mit dem Motorfeedbackgeber RVK58S vergleichbar.

Mechanische Sicherheit überflüssig

Eigensichere Drehgeber in Hochregallagern überwachen in Verbindung mit einer geeigneten Sicherheitssteuerung – sei es dezentral oder imAntriebsregler integriert – nicht nur die Geschwindigkeit (Funktion SLS) des Regalbediengerätes, sondern auch die Einhaltung der vorgegebenen Bremsrampe (SLA).

Beim Überschreiten von parametrierten Limits wird das System über den Antrieb abgebremst. Versagt derAntrieb, wird eine mechanische Bremse am Fahrzeug aktiviert. Diese Sicherheitsfunktionen ersetzen herkömmliche mechanische Sicherheitseinrichtungen. Bei den Hochregallagern beispielsweise können teure hydraulische Puffer am Fahrweg-Ende komplett entfallen. Die Maßnahmen sparen umbauten Raum und das Fahrzeug kann wegen der geringeren Bremsverzögerungen leichter ausgelegt werden.

Autor: Rudolf Huber ist Business Development Manager Safety bei Pepperl+Fuchs in Tuttlingen.