Applikationen & Tools. Überwachung und Zuhaltung einer Schutztür mit dem MSS 3RK3. SIRIUS Safety. FAQ August Answers for industry.

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Deckblatt Überwachung und Zuhaltung einer Schutztür mit dem MSS 3RK3 SIRIUS Safety FAQ August 2012 Applikationen & Tools Answers for industry. Industry Automation und Drives Technologies Service
Deckblatt Überwachung und Zuhaltung einer Schutztür mit dem MSS 3RK3 SIRIUS Safety FAQ August 2012 Applikationen & Tools Answers for industry. Industry Automation und Drives Technologies Service & Support Portal Dieser Beitrag stammt aus dem Service&Support Portal der Siemens AG, Sector Industry, Industry Automation and Drive Technologies. Es gelten die dort genannten Nutzungsbedingungen (www.siemens.com/nutzungsbedingungen). Durch den folgenden Link gelangen Sie direkt zur Downloadseite dieses Dokuments. Frage Wie können Positionsschalter mit Zuhaltung an das MSS 3RK3 angeschlossen werden? Antwort Hinweis Die Positionsschalter mit Zuhaltung können über konventionelle Verdrahtung oder über den AS-i an das MSS angebunden werden. Bei Anschluss eines Positionsschalters mit Zuhaltung über die konventionelle Verdrahtung kann für beide Sicherheitsfunktionen (Positionsüberwachung und Zuhaltung) ein Sicherheitslevel bis SIL2 / PLd erreicht werden. Bei der Verwendung von zwei Positionsschaltern mit Zuhaltung kann für beide Sicherheitsfunktionen ein Sicherheitslevel bis SIL3 / PLe erreicht werden. Bei Anschluss eines Positionsschalters mit Zuhaltung über AS-i kann für die Sicherheitsfunktion Positionsüberwachung ein Sicherheitslevel bis SIL2 / PLd erreicht werden. Im nachfolgenden FAQ wird gezeigt, wie die Positionsschalter mit Zuhaltung an das MSS angeschlossen und parametriert werden. Der Anschluss eines Positionsschalters mit Zuhaltung an das MSS 3RK3 Basic wird in folgendem FAQ beschrieben: 2 V 1.0, Beitrags-ID: Gewährleistung und Haftung FAQ_ de_ doc Hinweis Die Applikationsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Applikationsbeispiele stellen keine kundenspezifischen Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Diese Applikationsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Applikationsbeispiele erkennen Sie an, dass wir über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden können. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Applikationsbeispielen jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Applikationsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z.b. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Applikationsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z.b. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Applikationsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von Siemens Industry Sector zugestanden. V 1.0, Beitrags-ID: Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis 1 Allgemein Einleitung Begriffe Unterscheidung der beiden Sicherheitsfunktionen Positionsüberwachung und Zuhaltung Variationen des Positionsschalters mit Zuhaltung Gehäuseausführungen und Anschlussarten Montage und Einsatz von Zuhaltungen Baustein Schutztürüberwachung mit Zuhaltung Aufbau und Parametrierung SIL1 / PLc für Positionsüberwachung und Zuhaltung SIL2 / PLd für Betätigerüberwachung und Zuhaltung SIL2 / PLd für Positionsüberwachung über AS-i Bus SIL3 / PLe für die Positionsüberwachung und SIL2 / PLd für die Zuhaltung SIL3 / PLe für Betätigerüberwachung und Zuhaltung Ansprechpartner/Unterstützung V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein 1 Allgemein 1.1 Einleitung Verriegelungseinrichtungen mit Zuhaltung dienen dazu, Gefahrenbereiche vor ungewolltem Betreten zu sichern. Das hat meistens zwei Gründe: Zum Einen der Schutz des Menschen, der z. B. vor nachlaufenden gefährlichen Maschinenbewegungen, hohen Temperaturen etc. geschützt werden soll. Hier gibt die EN 1088 Leitsätze zur Gestaltung und Auswahl von Verriegelungseinrichtungen. In dieser Norm wird gefordert, dass erst nach dem Stoppen der gefährlichen Maschinenbewegung der Gefahrenbereich zugänglich sein darf. Zum Anderen kann eine Zuhaltung aus Gründen der Prozesssicherheit sinnvoll sein. Dieser Fall tritt ein, wenn die Gefahr nach dem Öffnen der Schutzeinrichtung gestoppt wird, aber dadurch Schäden an der Maschine oder dem Werkstück entstehen können. Hier wird erst die Maschine in eine geordnete Halteposition gefahren, bevor der Zugang freigegeben wird. Beide Anwendungsbereiche können mit den Positionsschaltern mit Zuhaltung aus der Reihe (3SE53 oder 3SF13 ) und dem MSS Advanced / ASIsafe schnell und einfach umgesetzt werden. Dieser FAQ soll dabei unterstützen, den richtigen Positionsschalter mit Zuhaltung für die geforderte Anwendung und den notwendigen Sicherheitslevel zu wählen. Anhand ausgewählter Anwendungsbeispiele wird die Anbindung und Konfiguration an ein Modulares Sicherheitssystem SIRIUS 3RK3 (MSS) Advanced / ASIsafe für verschiedene Sicherheitslevel beschrieben. In diesem FAQ wird dies über den in der MSS Advanced / ASIsafe vorhanden Systembaustein Schutztür mit Zuhaltung realisiert. Dieser Baustein kann über einige Parameter ohne großen Aufwand an die jeweilige Anwendung und den geforderten Sicherheitslevel angepasst werden. Hinweis Für die Verwendung des Systembausteins Schutztür mit Zuhaltung werden das Zentralmodul MSS Advanced / ASIsafe und die Software Modular Safety System ES SP2 oder höher benötigt. V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein 1.2 Begriffe Start- / Wiederaufnahmefunktion Mit der Start- und Wiederaufnahmefunktion wird die Maschine nach dem Wiederherstellen der funktionalen Sicherheit gestartet. Dies kann zum Beispiel nach dem Öffnen und folgendem Schließen einer Schutztür der Fall sein. In dem MSS stehen drei verschiedene Startarten zur Verfügung. Automatischer Start: Bei einem automatischen Start wird das Gerät ohne manuelle Zustimmung, nach dem Wiederherstellen der funktionalen Sicherheit, gestartet. Diese Funktion wird auch als dynamischer Betrieb bezeichnet und ist für Not-Halt-Einrichtungen unzulässig. Nicht begehbare, trennende Schutzeinrichtungen können mit dem automatischen Start arbeiten, es muss jedoch nachgewiesen werden, dass bei geschlossener Schutzeinrichtung keine Gefährdungssituation bestehen kann (EN ISO , Start-/Wiederaufnahmefunktion). Eine Gefährdungssituation kann zum Beispiel eintreten, wenn die Schutztür hinter der Person, die den Gefahrenbereich betritt, zufällt. Am Beispiel einer Schutzhaube löst das Schließen einen sofortigen Start der Maschine aus. Manueller Start: Bei einem manuellen Start wird die Maschine durch Betätigung des EIN - Tasters, nach Wiederherstellen der funktionalen Sicherheit, gestartet. Diese Funktion wird auch als statischer Betrieb bezeichnet und ist für Not-Halt-Einrichtungen mindestens vorgeschrieben (EN , bewusste Handlung). Am Beispiel einer Schutztür, muss nach dem Schließen der Schutztür der EIN - Taster gedrückt werden, um die Maschine zu starten. 6 V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein Überwachter Start: Bei einem überwachten Start wird das Gerät durch Betätigung des EIN - Tasters, nach dem Wiederherstellen der funktionalen Sicherheit, gestartet. Der überwachte Start wertet, im Gegensatz zum manuellen Start, einen Signalwechsel des EIN - Tasters aus. Der Ein - Taster muss mindestens 0,15 Sekunden aber maximal 2 Sekunden gehalten werden, um die Maschine zu starten. Somit kann die Bedienung des EIN - Tasters nicht überlistet werden. Nullfolgedurchgang Generell wird immer der überwachte Start empfohlen, da dieser gegen Manipulation oder Busfehler (Übertragungsfehler durch Bitkipper) am besten geschützt ist. Wenn beide Schaltkontakte eines angeschlossenen Sicherheitselements geöffnet sind, spricht man von einem Nullfolgedurchgang. Zwangsgeführte Kontakte / Spiegelkontakte Zwangsgeführte bzw. Spiegelkontakte werden eingesetzt um die Funktionsfähigkeit des Hilfs- bzw. Leistungsschützes zu diagnostizieren. Bei zwangsgeführten Kontaktelementen nach EN , Anhang L handelt es sich um eine Kombination von n Schließern und m Öffnern, die so konstruiert sind, dass sie nicht gleichzeitig geschlossen sein können. Bei der Verwendung von zwangsgeführten bzw. Spiegelkontakten muss ein Rückführkreis realisiert sein. Mit diesem Rückführkreis werden die Zustände des Schütz-Hilfsöffnerkontaktes ausgewertet. Das Einschalten des Verbrauchers ist nur bei einem geschlossenen Rückführkreis möglich. V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein Im Bild links wird beispielhaft gezeigt, wie das Verschmelzen eines Kontaktes mit Hilfe von zwangsgeführten Kontakten erkannt wird: In den ersten zwei Schritten findet ein fehlerfreies Schalten von 0 auf 1 statt. Daraufhin verschweißt ein Kontakt. Beim darauf folgenden Wechsel des Steuersignals von 1 auf 0 bleibt das Rückführsignal unverändert auf 0. Durch das Auswerten des Steuersignals und des Rückführsignals wird der Fehler erkannt. Zwangsöffnung Ein Spiegelkontakt nach EN , Anhang F ist ein Hilfsöffner, der nicht gleichzeitig mit einem Schließer-Hauptkontakt geschlossen sein kann. Beide Kontakteigenschaften, sowohl das zwangsgeführte Kontaktelement im Hilfsschütz als auch der Spiegelkontakte im Leistungsschütz sind absolut gleichwertig. Ist eine Ausführung einer Kontakttrennung als direktes Ergebnis einer festgelegten Bewegung des Bedienteiles des Schalters über nicht federnde Teile (z.b. das Drücken eines Not Halt). Für die elektrische Ausrüstung von Maschinen wird die gesicherte Öffnung von Öffnerkontakten in allen Sicherheitskreisen empfohlen. Fehlschließsicherung Bei den Positionsschaltern mit Zuhaltung (aus der Reihe 3SE53 oder 3SF13 ) sind die Öffnerkontakte als zwangsöffnende Kontakte ausgeführt. Konstruktive Eigenschaft einer Zuhaltung, die sicherstellt, dass das Sperrmittel (z.b. ein Sperrbolzen) bei geöffneter Schutzeinrichtung nicht die Sperrstellung (Zuhaltestellung) einnehmen kann. 8 V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein Der mechanische Aufbau der Siemens Positionsschalter mit Zuhaltung (3SE53... und 3SF13 ) entspricht den Anforderungen der Fehlerschließsicherung gemäß EN Federkraftverriegelt (Ruhestromprinzip) Wie in dem Bild dargestellt, wird bei einer federkraftverriegelten Zuhaltung der Verriegelungsbolzen durch eine Feder in den Betätiger geschoben. Das hat den Vorteil, dass bei einem Stromausfall oder Drahtbruch die Zuhaltefunktion weiter erhalten bleibt, aus diesem Grund wird bei der sicherheitsgerichteten Zuhaltung die federkraftverriegelte Zuhaltung empfohlen. Muss die Zuhaltung beispielsweise wegen Spannungsausfall oder während der Installation einmal entriegelt werden, erfolgt dies mittels einer Hilfsentriegelung (siehe Kapitel 2.1) manuell. Magnetkraftverriegelung (Arbeitsstromprinzip) Beim magnetkraftverriegelten Positionsschalter mit Zuhaltung wird die Verriegelung durch den Magneten gehalten. Ist der Magnet unter Spannung wird der Betätiger durch den Bolzen festgehalten. Hinweis Schutztürentriegelung bei Spannungsausfall: Lebensgefahr, schwere Verletzungsgefahr oder drohende Sachschäden V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein Beachten Sie, dass diese Variante der Zuhaltung bei Spannungsausfall eventuelle Nachlaufzeiten der Anlage nicht berücksichtigt. Sollte sich daraus ein Gefährdungspotential für Personen ergeben, so darf diese Ausführung der Zuhaltung nicht verwendet werden. Magnetkraftverriegelte Positionsschalter mit Zuhaltung erkennt man an der MLFB an der 10ten Stelle. Steht hier ein Buchstabe B, handelt es sich um einen magnetkraftverriegelten Positionsschalter mit Zuhaltung. Zum Beispiel 3SE5312-0SB11-****. MLFB 3S**3**-*SB**-**** 3S**3**-*S(D-J)**-**** Verriegelung Magnetkraftverriegelt Federkraftverriegelt Hinweis In diesem FAQ werden nur federkraftverriegelte Positionsschalter mit Zuhaltung verwendet. Fehlerausschluss am Beispiel: Bruch des Betätigers Durch die Anwendung der bewährten Sicherheitsprinzipien sind auch Fehlerausschlüsse für mechanische Systeme zulässig: so kann durch eine entsprechende Anbringung (konstruktive Maßnahme) des Positionsschalters und des getrennten Betätigers ein Bruch des getrennten Betätigers ausgeschlossen werden. Durch eine zusätzliche zweikanalige elektrische Ausführung (mit zwangsöffnenden Kontakten) des Positionsschalters ist es möglich, ein Sicherheitslevel PLd bzw. SIL2 zu erreichen. 10 V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein Hinweis Die Verwendung und der Einbau müssen immer nach Herstellerangaben unter den angegebenen Bedingungen erfolgen und während des Betriebs erhalten bleiben. Da der Maschinenhersteller den Beweis des Fehlerausschlusses erbringen muss, kann seitens des Komponentenherstellers keine endgültige Bewertung der getroffenen Maßnahmen erfolgen. Mögliche konstruktive Maßnahmen (hoher Schutz gegen das Versagen) können wie folgt sein: Verhinderung einer Selbstlockerung (z.b. Verschweißen, Nieten); Formschluss nach der Montage (z.b. Bolzen oder Passstifte); Positionsschalter nicht als mechanischen Endanschlag verwenden; Einhaltung der Anfahrgeschwindigkeit, Anfahrrichtung und Anfahrwinkel gemäß den Herstellerangaben; Schäden durch vorhersehbare äußere Einflüsse berücksichtigen: jegliche Materialien (z.b. Schmutz, Staub, Metallspäne, Lack,...), die zu Versagen oder gar Zerstörung des Positionsschalters führen können, müssen durch die Art der Anbringung (Montage) fern gehalten werden. 1.3 Unterscheidung der beiden Sicherheitsfunktionen Positionsüberwachung und Zuhaltung Innerhalb des Sicherheitspositionsschalters mit Zuhaltung sind zwei Sicherheitsfunktionen integriert, die nur den Betätiger als gemeinsame Schnittstelle haben. In diesem Kapitel werden diese beiden Funktionen einzeln erläutert. Positionsüberwachung: Zuhaltung: Die Positionsüberwachung stellt fest, ob die trennende Schutzeinrichtung geschlossen ist. Dies kann beim Positionsschalter mit Zuhaltung der Reihe 3SE53 oder 3SF13 elektromechanisch über einen Schließerkontakt und zwei Öffnerkontakte abgefragt werden. Die Zuhaltung hält die trennende Schutzeinrichtung in der geschlossenen Position fest, je nach Ausführung sind hier bis zu 2600N Gegenkraft möglich. Über die Magnetansteuerung kann die Zuhaltung aktiviert und wieder deaktiviert werden. Die Stellung bzw. Position des Magneten kann über die Magnetüberwachung abgefragt werden. Betriebliche Zuhaltung: Die betriebliche Zuhaltung ist die am häufigsten vorkommende Anwendung. Bei einem ungewollten Öffnen der trennenden Schutztüreinrichtung kann es durch das sofortige Stoppen der Maschine zu einer Beschädigung am Werkstück oder der Maschine kommen. V 1.0, Beitrags-ID: 1 0BAllgemein Hier wird erst die Maschine in eine geordnete Halteposition gefahren, bevor der Zugang freigegeben wird. Sicherheitsgerichtete Zuhaltung: Die sicherheitsgerichtete Zuhaltungsfunktion wird verwendet, um den Menschen zu schützen. Dies ist zum Beispiel bei großen rotierenden Massen, starken Hitzequellen oder gefährlichen Gasen nötig. Diese Gefahren lassen sich nicht sofort abschalten. Hier soll dann über die Zuhaltung sichergestellt werden, dass der Zugang so lange geschlossen bleibt, bis die Gefahrenquelle vollständig abgeschaltet ist, und somit keine Gefahr für den Menschen besteht. Hier ist eine sicherheitsgerichtete Betrachtung und Bewertung notwendig. Gemeinsame Verwendung der Magnetüberwachung und Betätigerüberwachung für eine zweikanalige Positionsüberwachung Aufgrund der Fehlschließsicherung kann über die Magnetüberwachung auch festgestellt werden, ob der Betätiger gesteckt ist. Da die Zuhaltung nur einrastet, wenn der Betätiger gesteckt ist. Dadurch können die Magnetüberwachung und die Betätigerüberwachung kombiniert werden, um eine zweikanalige Positionsüberwachung zu realisieren und gleichzeitig die Information der Magnetüberwachung in der MSS bereitzustellen. Dies ist gerade bei der AS-i-Variante der Positionsschalter mit Zuhaltung (MLFB 3SF13**- -1BA1) interessant, da hier nur zwei Kanäle für das fehlersichere Einlesen zur Verfügung stehen. Hinweis Bei der Realisierung einer derartigen Betätigerüberwachung ist zu beachten, dass bereits beim Deaktivieren der Zuhaltung eine Diskrepanz in der Betätigerüberwachung entsteht. Um nun wieder die Maschine freizugeben, muss auch der Betätiger gezogen werden (Nullfolgedurchgang). Dies bedeutet, dass die Tür nach jeder Deaktivierung der Zuhaltung einmal geöffnet werden muss. Ist dieses Verhalten unerwünscht, kann die Variante (3SF BA4) des Positionsschalters mit Zuhaltung gewählt werden, bei der bereits im Positionsschalter eine Diskrepanzauswertung beider Öffnerkontakte der Betätigerüberwachung durchgeführt und das Ergebnis auf einen Kanal gelegt wird. Hier kann die Diskrepanzüberwachung in der MSS deaktiviert werden. 12 V 1.0, Beitrags-ID: 2 1BVariationen des Positionsschalters mit Zuhaltung 2 Variationen des Positionsschalters mit Zuhaltung Der Sicherheitspositionsschalter ist in verschiedenen Konfigurationen und Ausführungen erhältlich. Dieses Kapitel soll einen Überblick über die Konfigurationsmöglichkeiten und Ausführungen geben. 2.1 Gehäuseausführungen und Anschlussarten 1. Das Gehäuse gibt es in zwei Ausführungen. Einmal in Kunststoffausführung mit einer Zuhaltungskraft von 1300 N, und einmal als Metallausführung (Kunststoffdeckel) mit einer Zuhaltungskraft von 2600 N. Die Gehäuseform kann der MLFB an der 6 ten Stelle entnommen werden. MLFB 3S**31-3S**32- Gehäuseform Metallgehäuse Kunststoffgehäuse 2. Die Befestigungslöcher und Betätigerebene sind deckungsgleich mit der schmalen Bauform der 3SE37/8 und somit leicht auszutauschen. 3. Die Hilfsentriegelung ist frontal oder rückseitig möglich. Vorderseitig ist eine Entriegelung immer möglich. Wenn eine rückseitige Montage gewünscht wird, sollte bereits bei der Bestellung darauf geachtet werden. Ist kein Aufsatz eingesetzt (zum Beispiel eine Schlüsselentriegelung), kann über die Kreuzschlitzschraube entriegelt werden. Es gibt drei verschiedene Hilfsentriegelungen: Schlüsselentriegelung Hier kann mit einem Schlüssel die Zuhaltung manuell entriegelt werden. Fluchtentriegelung Ermöglicht das manuelle Entsperren der Zuhaltung zum Verlassen des Gefahrenbereichs ohne zusätzliche Hilfsmittel. V 1.0, Beitrags-ID: 2 1BVariationen des Positionsschalters mit Zuhaltung Notentsperrung Ermöglicht das manuelle Entsperren der Zuhaltung im Gefahrfall ohne zusätzliche Hilfsmittel. Um die Blockierung der Verriegelung wieder freizugeben, muss, vergleichbar mit einer Reparatur, der Positionsschalter mit Zuhaltung aufgeschraubt werden. MLFB 3S**3**-**D**- 3S**3**-**E**- 3S**3**-**F**- 3S**3**-**G**-... 3S**3**-**H**- 3S**3**-**J**- 3S**3**-**K**- Verriegelungskombination Federkraftverr. / Hilfsentriegelung Vorne Federkraftverr. / Schlossentriegelung Vorne Federkraftverr. / Fluchtentriegelung Vorne Federkraftverr. / Hilfsentr. Vorne / Fluchtentr. Hinten Federkraftverr. / Schlossentr. Vorne / Fluchtentr. Hinten Federkraftverr. / Hilfsentr. Vorne / Notentr. Hinten Federkraftverr. / Schlossentr. Vorne / Notentr. Hinten 14 V 1.0, Beitrags-ID: 2 1BVariationen des Positionsschalters mit Zuhaltung 4. Optional kann eine optische Meldeeinrichtung gewählt werden. Di
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