Geht die Bewegung einer Maschine über das vorgegebene Ziel hinaus, kann es schnell gefährlich werden: Wenn etwa ein Kranausleger zu weit gedreht wird und deshalb irgendwo anstößt, droht Gefahr für Mensch und Material. In der Regel werden in solchen Anwendungen Drehgeber und Geschwindigkeitswächter – auch Encoder und Speed-Modul genannt – eingesetzt, um die Maschinenbewegung sicher zu steuern. Mit der bisher verwendeten Technologie hatte man die Qual der Wahl, ob man die Position oder die Drehzahl überwacht. Das KE4-Speed-Modul erledigt beides gleichzeitig.
Speed-Modul erreicht Sicherheitsstufe PL e
Das Modul besitzt zwei Eingänge zum Anschluss von Sensoren. Das können Absolutwert- oder Inkremental-Drehgeber sowie Linearmesssensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien sein. Diese Geräte werden über eine TTL-, SSI- oder Sin/Cos-Schnittstelle angeschlossen. Das Modul verfügt über zwei sichere Ausgänge und beherrscht zahlreiche Sicherheitsfunktionen. Unter anderem erlaubt es eine redundante Überwachung mithilfe zweier physikalischer Prinzipien oder logisch getrennter Sensoren. Damit ist sein Einsatz auch in hochgradig sicherheitskritischen Anwendungen möglich, wo es als sichere Kleinsteuerung dienen kann. In Verbindung mit gekoppelten Gebern oder mit einem sicheren Geber pro Drehachse kann es die Anforderungen der Sicherheitsstufen PL e und SIL 3 erfüllen. Kleine, dezentrale Sicherheitsanwendungen können mit dem KE4-Speed-Modul allein kostengünstig realisiert werden, etwa bei Drehtischen oder Regalbediengeräten. Es kennt die Endpositionen und die zulässigen Geschwindigkeiten, überwacht das rechtzeitige Abbremsen der Bewegung und sorgt für den sicheren Stillstand an der richtigen Stelle.
Dezentrale Steuerung
Wenn mehr als einzelne Maschinen oder Anlagenteile überwacht und gesteuert werden sollen, bietet die Kombination des KE4-Speed-Moduls mit dem Safety-Monitor eine noch vielseitigere Lösung. Die acht logischen Abschaltkreise des Geräts bieten vielfältige Safety-Optionen. Im Stand-alone-Betrieb sind bis zu 24 logische interne Verknüpfungen möglich. Mit dem Safety-Monitor wird zusätzlich zur sicheren Positions- sowie Geschwindigkeitsüberwachung auch eine Erweiterung zu einer dezentralen Steuerung mit sicheren Ausgängen möglich. Die Kombination von KE4-Speed-Modul und Safety-Monitor bietet unter anderem folgende integrierte Sicherheitsfunktionen:
- Safe Torque Off (STO) – Stillsetzen durch sofortiges Abschalten der Energie, ungesteuertes Stillsetzen, unkontrollierter Stillstand (Stoppkategorie 0 nach EN60204-1, entspricht STO gemäß IEC61800-5-2)
- Safe Stop 1 (SS1) – Gesteuertes Stillsetzen, Energie zu Maschinenantriebselementen wird beibehalten, um das Stillsetzen herbeizuführen, Energie wird erst nach sicherem Stillstand unterbrochen (Stoppkategorie 1 nach EN60204-1, entspricht SS1 gemäß IEC61800-5-2)
- Safe Stop 2 (SS2) – Gesteuertes Stillsetzen, Energie zu Maschinenantriebselementen wird beibehalten, Energie wird auch nach sicherem Stillstand nicht abgeschaltet (Stoppkategorie 2 nach EN60204-1, entspricht SS2 gemäß IEC61800-5-2)
- Sicher begrenzte Geschwindigkeit (Safely-Limited Speed, SLS) -eine zu hohe Drehzahl wird erkannt und führt zu Gegenmaßnahmen, überwachte Drehzahl/Geschwindigkeit, zu hohe Drehzahl/Geschwindigkeit wird verhindert
- Sicher begrenzte Position (Safe Limited Position SLP) – Endlage wird überwacht und Verlassen des Bereiches verhindert, bei zu hoher Geschwindigkeit löst die Sicherheitsfunktion aus
- Sicher begrenzte Position (Safe Cam, SCA) – sicheres Signal, ob sich die aktuelle Position innerhalb oder außerhalb des erlaubten Positionsbereiches befindet
- Sicher begrenzte Drehrichtung (Safe Direction, SDI) – Drehrichtung wird überwacht, Bewegung in der gesperrten Richtung wird verhindert
Das Teach-In der anliegenden Drehzahl erfolgt über einen Taster. Die Parametrierung der Sicherheitsbereiche lässt sich per PC-Software durchführen, die Konfiguration wird auf einer Speicherkarte direkt im Gerät abgelegt. Das macht einen Austausch von Komponenten ohne Neuparametrierung möglich. Auch in größeren und komplexeren Anwendungen bleibt die Safety-Logik dezentral und übersichtlich. So können etwa dezentral verteilte Notaustaster hinzugeschaltet werden. Auch die Einrichtung von Feldbusschnittstellen für Datenauswertung und Diagnose ist über eine Gateway-Einheit möglich. Die Kombination der beiden Geräte kann sogar die übergeordnete Safety-SPS überflüssig machen, was erhebliches Einsparpotenzial birgt. Außerdem wird der Platzbedarf im Schaltschrank reduziert, da keine weiteren Sicherheitsrelais oder Steuerungen erforderlich sind. Die Überwachung von zwei Achsen ist bereits im Grundgerät integriert, durch Zusatzmodule kann diese Zahl auf bis zu 40 steigen. Zusätzliche Standard- oder Safety-Peripherie kann direkt an das Gerät angeschlossen werden. Pepperl+Fuchs bietet für die Signalgebung zahlreiche Sensor-Technologien an. Dazu gehören unter anderem Safety Drehgeber mit Sinus/Cosinus-Schnittstelle sowie Drehgeber mit SSI-Schnittstelle. Im Bereich der Linearmesssensoren verfügt Pepperl+Fuchs über ein umfassendes Portfolio, das praktisch alle Messprinzipien und Anwendungsarten abdeckt. Damit können die Anwender Sensorik und Sicherheitslösung aus einer Hand beziehen. Sensoren anderer Hersteller können aber ebenfalls an die Geräte angeschlossen werden.
AS-i für dezentrale und vernetzte Lösungen
Diese Safety-Lösung verfügt über ein Anschluss an das Aktuator-Sensor-Interface (AS-i) und lässt sich damit jederzeit zu einem größeren Netzwerk mit vielen Teilnehmern ausbauen. Das AS-i System hat sich als Standard für die kostengünstige und flexible Installation etabliert. Signalübertragung, Energieversorgung und Safety-Kommunikation finden auf demselben Flachkabel mit nur zwei Adern statt. Es ersetzt die konventionelle Verdrahtungstechnik auf der Sensor-Aktuator-Ebene. Weltweit leisten bereits 35 Millionen installierte AS-i-Teilnehmer zuverlässig ihren Dienst, rund drei Millionen davon sind sichere Teilnehmer. Auch unter den sicheren Bussystemen nimmt AS-i damit eine führende Position ein. AS-i-Module werden unabhängig von Steuerung und übergeordnetem Feldbussystem immer auf die gleiche Weise installiert: Das Modul wird an beliebiger Stelle am Flachkabel angebracht, die Signale können in allen gängigen Steuerungen eingebunden werden. Für Maschinen- und Anlagenbauer bedeutet das, dass sie die Installation komplett von der später anzuschließenden, übergeordneten Steuerung entkoppeln können. So lassen sich effiziente Fertigungsstandards definieren.
