Safety Integrated. Sicherheit integrieren Produktivität steigern. Safety Integrated for Drives and Motion. Broschüre Juni Answers for industry.

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Sicherheit integrieren Produktivität steigern Safety Integrated for Drives and Motion Broschüre Juni 2009 Safety Integrated Answers for industry. Safety Integrated in der Automatisierungs- und Antriebstechnik
Sicherheit integrieren Produktivität steigern Safety Integrated for Drives and Motion Broschüre Juni 2009 Safety Integrated Answers for industry. Safety Integrated in der Automatisierungs- und Antriebstechnik Maschinen und Anlagen werden heute immer flexibler und produktiver. Trotzdem müssen die Maschinen den Sicherheitsanforderungen des jeweiligen Landes entsprechen und dürfen das Bedienpersonal nicht gefährden. Herkömmliche Sicherheitstechnik stößt hier an ihre Grenzen. Mit integrierter Sicherheitstechnik kann man den heutigen Anforderungen gerecht werden. Aufgrund der kurzen Reaktionszeiten und des geringen Verdrahtungsaufwandes lassen sich mit integrierten Sicherheitsfunktionen ganz neue Sicherheitskonzepte wirtschaftlich realisieren. So kann die Sicherheit und gleichzeitig die Produktivität erhöht werden. Hierzu bietet Siemens ein umfassendes Produktportfolio, womit ein schlüssiges Gesamtkonzept für Sicherheit erstellt werden kann. Integrierte Sicherheitstechnik von Siemens ist gekennzeichnet durch: Ein komplettes Produktportfolio vom Sicherheitssensor über Schaltgeräte bis hin zu Steuerungen, Kommunikation bis zur Antriebstechnik, alles aus einer Hand Integration von Sicherheitstechnik in die Standard- Automatisierungs- und -Antriebstechnik Ein einheitliches Engineering sowie Sichere Kommunikation über Standard-Feldbussysteme Nutzen Hoch wirksame Sicherheit: durchgängig vom Sensor über die Auswerteeinheit bis hin zum Aktor Hohe Wirtschaftlichkeit: durch reduzierten Aufwand bei Hardware und Installation Einfache Anlagenverkopplung: durch sicherheitsgerichtete Kommunikation über Standard-Feldbusse Effektive, schnelle Diagnose: für hohe Verfügbarkeit von Maschinen und Anlagen Produkte, Systeme, Lösungen und Service: alles aus einer Hand Höhere Produktivität: - Schnelle Fehlerlokalisierung und umfangreiche Diagnosefunktionen verkürzen Stillstandszeiten - Produkte sind zertifiziert nach den einschlägigen Sicherheitsnormen (siehe Tabellen Seite 23 bis 25) - Rascher Wiederanlauf von Anlagen nach Bedienereingriffen Sicher Erfassen Sicher Auswerten Sicher Reagieren SIMATIC Sensors Lichtschranken Lichtvorhänge Laserscanner SIRIUS Positions-, Scharnier-, Kurzhub-, Magnetschalter NOT-HALT Seilzugschalter Zweihand-Bedienpult Fußschalter SIMATIC Mobile Panel SIRIUS Sicherheitsschaltgerät 3TK28 SIRIUS Modulares Sicherheitssystem 3RK3 ASIsafe Sicherheitsmonitor SIMATIC S7-300/400 F Sichere SPS SINUMERIK 840D/840D sl Numerische Steuerung SIMATIC ET 200M, ET 200S, ET 200pro, ET 200eco Sichere Peripherie SIMATIC ET 200S/ET 200pro Sichere Motorstarter und Frequenzumrichter SINAMICS G120/G120D/G130/G150 Sichere Frequenzumrichter SINAMICS S110 Sicherer Positionierantrieb SINAMICS S120/S150 Fehlersichere High-Performance und Motion Control Antriebe Sicher Kommunizieren AS-interface mit ASIsafe, PROFIBUS und PROFINET mit PROFIsafe Das Siemens-Produktportfolio für Sicherheitstechnik 2 Safety Integrated in der Automatisierungs- und Antriebstechnik Safety Integrated Passgenaue Sicherheitslösungen für jede Automatisierungsaufgabe Mit seinem Angebot an Sicherheitskomponenten ist Siemens in der Lage, für nahezu jede Anwendung eine passgenaue Sicherheitslösung zu bieten: sowohl Stand-alone-Lösungen in einfachen Automatisierungsaufgaben als auch integrierte Lösungen mit übergeordneter Steuerung in umfassenderen Automatisierungsanwendungen. PROFIBUS SIMATIC FS Lichtvorhang SIRIUS NOT-HALT SIRIUS Modulares Sicherheitssystem 3RK3 SIRIUS Schütze SINAMICS Drives G_NC01_DE_00399 Stand-alone Sicherheitslösungen für kleine bis mittlere Automatisierungsaufgaben Für kleine Automatisierungslösungen reicht es häufig aus, eine begrenzte Anzahl sicherheitsgerichteter Komponenten per Festverdrahtung mit einer Auswerteeinheit zu verbinden. Hierzu können entweder das Sicherheitsschaltgerät SIRIUS 3TK28 oder ein modulares Sicherheitssystem SIRIUS 3RK3 eingesetzt werden. Alternativ zum 3TK28 können mit dem AS-i Sicherheitsmonitor sicherheitsrelevante Signale über AS-i Bus erfasst werden. Stand-alone Lösung PROFIBUS/PROFIsafe PROFIBUS/PROFIsafe Laserscanner SIMATIC FS SIRIUS Positionsschalter Lichtvorhang SIMATIC FS SIRIUS Posititonsschalter Integrierte Sicherheitslösung mit SIMATIC SINUMERIK Bedienfeld und Maschinensteuertafel PROFIsafe Ethernet Laserscanner Lichtvorhang SIGUARD SIMATIC FS SIMATIC ET 200S DP/AS-i F-Link SIRIUS NOT-HALT SIMATIC S7-300/400F SINAMICS Drives SIMATIC ET 200 Integrierte Sicherheitslösung mit SINUMERIK SIMATIC ET 200S Motorstarter, Frequenzumrichter SINUMERIK 840D SINUMERIK 840D sl SIRIUS NOT-HALT G_NC01_DE_00400 PROFIBUS SIMATIC ET 200S Motorstarter, Frequenzumrichter G_NC01_DE_00401 Integrierte Sicherheitslösungen für die Fertigungsautomatisierung mit SIMATIC In der Industrieautomatisierung spielt das Automatisierungssystem SIMATIC eine zentrale Rolle, sicherheitsrelevante Abläufe zu verarbeiten und zu koordinieren und ist heute in vielen Fällen Standard. Passend dazu ist das Portfolio von Safety Integrated darauf abgestimmt, so dass Anwendungen durchgängig aufgebaut werden können: eine SIMATIC arbeitet im Umfeld problemlos mit der Antriebstechnik (SINAMICS, SIMATIC ET 200), Niederspannungsschalttechnik (SIRIUS) und Sensorik (SIMATIC Sensors) von Siemens zusammen. Die Kommunikation erfolgt über PROFIBUS bzw. PROFINET unter Nutzung des PROFIsafe-Standards. Integrierte Sicherheitslösungen für Werkzeugmaschinen mit SINUMERIK Die integrierten Sicherheitsfunktionen von SINUMERIK Safety Integrated werden im Bereich der Werkzeugmaschinen eingesetzt. Sie sind redundant in NC 1), Antrieb und interner PLC eingebunden und dienen der Überwachung von Geschwindigkeit, Stillstand und Position. Diese Überwachungen sind notwendig, wenn der Gefahrenbereich der Maschinen und Anlagen zugänglich ist. Aber auch im Testbetrieb oder Produktionsbetrieb bieten sie neben einem wirksamen Personenschutz einen hohen Schutz für Werkzeuge, Werkstoffe und Maschinen. 1) NC: Numeric Control In Maschinen und Anlagen stellen automatisierte Bewegungen ein hohes Gefahrenpotenzial dar. Deshalb spielen Antriebe immer auch in Sicherheitslösungen eine zentrale Rolle, unabhängig von der Komplexität einer Automatisierungsaufgabe. Siemens-Antriebe sind so konzipiert, dass sie in jede Art der dargestellten Sicherheitslösungen einfach integrierbar sind. Mit ihren integrierten Sicherheitsfunktionen liefern sie die Basis für Realisierung leistungsfähiger Sicherheitskonzepte. Safety Integrated 3 Vorteile antriebsintegrierter Sicherheitsfunktionen Von elektrisch angetriebenen Aggregaten und Maschinenkomponenten geht häufig ein enormes Gefahrenpotenzial aus. Rotierende Einheiten wie Sägen, Walzen und Spindeln können zu ernsthaften oder sogar tödlichen Verletzungen führen. Das Gleiche gilt für linear bewegte Maschineneinheiten wie Handlingsachsen und Maschinenschlitten. Durch landesspezifische Vorschriften sind die Maßnahmen geregelt, wie die Sicherheit des Bedienpersonals zu gewährleisten ist. Bei der Verwendung von Antrieben ohne integrierte Sicherheitstechnik, wurde der Personenschutz bisher durch den Einsatz zusätzlicher Hardwarekomponenten wie zum Beispiel Schütze und Sicherheitsrelais und durch Verriegelungsschaltungen realisiert. In Gefahrensituationen werden die Anlagen einfach abgeschalten und müssen danach wieder neu gestartet werden. Dies führt mitunter zu langen Stillstandszeiten und beeinträchtigt damit die Produktivität. Im ungünstigsten Fall wird dadurch der Bediener verleitet, Sicherheitseinrichtungen zu manipulieren. Bei modernen Antrieben werden Sicherheitsfunktionen immer mehr integriert. Beim Einsatz von Antrieben mit integrierter Sicherheitstechnik können bisher notwendige elektromechanische Komponenten und deren Verdrahtung entfallen. Selbst die Übertragung sicherheitsrelevanter Signale kann über Standardfeldbusse erfolgen, was wiederum Komplexität und Aufwand der Verdrahtung reduziert. Die Realisierung von Sicherheitskonzepten wird damit wesentlich vereinfacht. Zudem ermöglichen sie wesentlich leistungsfähigere Sicherheitskonzepte sowohl hinsichtlich Funktionalität als auch hinsichtlich Reaktionszeiten. Dies bewirkt oftmals sogar eine Steigerung der Produktivität. Die Nutzung der zertifizierten integrierten Sicherheitsfunktionen vereinfacht den Nachweis der für eine Maschine erforderlichen Sicherheitskategorie. Hierbei wird der Anwender zusätzlich durch das Online Safety-Evaluation-Tool unterstützt (siehe Konventionelle Sicherheitstechnik Integrierte Sicherheitstechnik Sicherheitstechnik Automatisierung Sicherheitstechnik integriert in die Automatisierung Auswerten Steuerung Auswerten Fehlersichere Steuerung Konventioneller Bus Dezentrale Peripherie Dezentrale Peripherie mit F-Modulen Fehlersicherer Feldbus Reagieren Schütze Antrieb Reagieren Antrieb mit integrierter Sicherheit G_NC01_DE_00403 G_NC01_DE_00404 Integrierte Sicherheitstechnik reduziert Komponenten und Verdrahtungsaufwand 4 Vorteile antriebsintegrierter Sicherheitsfunktionen Die wichtigsten integrierten Sicherheitsfunktionen bei Antrieben Beschreibung, mögliche Einsatzgebiete und Vorteile für den Kunden Die Realisierung von Sicherheitskonzepten basiert darauf, dass zunächst sicherheitsrelevante Ereignisse erfasst werden, diese dann auszuwerten sind, um dann entsprechend darauf reagieren zu können. Eine Übersicht hierfür verfügbarer Siemens-Komponenten enthält die Tabelle auf Seite 2. Fehlersichere Antriebe zeichnen sich durch Ihre Integrierte Sicherheitsfunktionen aus, die sie als mögliche Reaktionen auf sicherheitsrelevante Ereignisse dem Anwender bieten. Nachfolgend werden die wichtigsten bei Siemens-Antrieben verfügbaren integrierten Sicherheitsfunktionen beschrieben. Sämtliche Funktionen erfüllen in ihrer funktionalen Sicherheit die in Teil 5-2 der internationalen Norm IEC für drehzahlveränderbare Antriebssysteme definierten Anforderungen. Antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen lassen sich grob in zwei Klassen einteilen: Funktionen zum sicheren Stillsetzen des Antriebs, ohne die Notwendigkeit, die Leistungsverbindung zum Netz aufzutrennen. Hierunter fallen die Funktionen: Sicher abgeschaltetes Moment / Safe torque off (STO): Diese Funktion sorgt dafür, dass an der Motorwelle kein Drehmoment mehr abgegeben werden kann. Sicherer Stopp 1 / Safe Stop 1 (SS1): Die Funktion bremst einen Antrieb aktiv ab, bevor die Funktion STO aktiviert wird. Antriebe mit hoher Bewegungsenergie können mit dieser Funktion im Gefahrenfall schnellstmöglich zum Stillstand gebracht werden. Sicherer Stopp 2 / Safe Stop 2 (SS2): Wie die Funktion SS1 bremst SS2 einen Antrieb aktiv ab. Im Stillstand wird anstelle von STO allerdings die Funktion SOS aktiviert. Wie bei SS1 werden Antriebe mit hoher Bewegungsenergie im Gefahrenfall schnellstmöglich zum Stillstand gebracht. Sicherer Betriebshalt / Safe operating Stop (SOS): Alternativ zu STO kann die Funktion SOS verwendet werden. Im Gegensatz zu STO wird der Motor nicht drehmomentfrei geschalten, sondern der Antrieb bleibt in Lageregelung, hält seine Position und wird auf Stillstand überwacht. Sichere Bremsenansteuerung / Safe brake control (SBC): Mit dieser Funktion wird nach Aktivieren von STO eine Haltebremse sicher angesteuert, so dass sich der Antrieb, etwa Schwerkraft bedingt, nicht mehr bewegen kann. Funktionen zum sicheren Überwachen der Drehzahl eines Antriebs: Sicher begrenzte Geschwindigkeit / Safely-Limited Speed (SLS): Diese Funktion überwacht den Antrieb auf Überschreiten einer oder mehrerer spezifizierten Maximal-Drehzahlen. Sichere Geschwindigkeitsüberwachung / Safe Speed Monitor (SSM): Diese Funktion meldet das Unterschreiten einer spezifizierten Drehzahl. Eine antriebsautarke Reaktion erfolgt nicht. Darüber hinaus stehen speziell für Sicherheitslösungen in Werkzeugmaschinen in Verbindung mit der CNC-Steuerung SINUMERIK weitere Sicherheitsfunktionen zur Verfügung. Sicher begrenzte Position / Safely-Limited Position (SLP): Diese Funktion verhindert das Überschreiten einer spezifizierten Position. Mit der Funktion kann eine Arbeits-/ Schutzraumabgrenzung oder Verfahrbereichsbegrenzung achsspezifisch realisiert werden. Sichere Nocken / Safe Cam (SCA): Diese Funktion gibt ein sicheres Signal aus, wenn sich der Antrieb innerhalb eines spezifizierten Positionsbereiches befindet. Durch diese Funktion kann eine sichere Bereichserkennung achsspezifisch realisiert werden. Sicheres Bremsenmanagement: Das sichere Bremsenmanagement besteht aus einer sicheren Bremsenansteuerung und einem sicheren Bremsentest. Die sicher angesteuerte und getestete Bremse in Verbindung mit dem sicher überwachten Antrieb ergibt ein redundantes Haltesystem zur Absturzsicherung an vertikalen Achsen. Sichere programmierbare Logik: Mit Hilfe der sicheren programmierbaren Logik besteht die Möglichkeit, sicherheitsgerichtete Sensoren und Aktoren direkt, ohne externe Auswertegeräte, an die E/A-Peripherie der Steuerung anzuschließen und softwaremäßig auszuwerten. Die wichtigsten integrierten Sicherheitsfunktionen bei Antrieben 5 Die wichtigsten integrierten Sicherheitsfunktionen bei Antrieben Beschreibung, mögliche Einsatzgebiete und Vorteile für den Kunden Safe Torque Off (STO) = Sicher abgeschaltetes Moment Die Funktion STO ist die gängigste und grundlegendste antriebsintegrierte Sicherheitsfunktion. Sie sorgt dafür, dass an einem Motor keine drehmomentbildende Energie mehr wirken kann und ein ungewollter Anlauf verhindert wird. Wirkung Diese Funktion ist eine Einrichtung zur Vermeidung von unerwartetem Anlauf nach EN Abschnitt 5.4. Mit der Funktion Safe Torque Off werden die Impulse des Antriebs gelöscht und die Energiezufuhr zum Motor getrennt (entspricht der Stopp-Kategorie 0 nach EN ). Der Antrieb ist sicher drehmomentfrei. Antriebsintern wird dieser Zustand überwacht. Anwendungen STO bewirkt unmittelbar, dass der Antrieb keine drehmomentbildende Energie mehr liefern kann. STO kann überall dort eingesetzt werden, wo der Antrieb durch das Lastmoment oder durch Reibung in genügend kurzer Zeit selbst zum Stillstand kommt oder wo das Austrudeln des Antriebs keine sicherheitstechnische Relevanz hat. Kundenvorteile Vorteil der Integrierten Sicherheitsfunktion STO gegenüber herkömmlicher Sicherheitstechnik mit elektromechanischen Schaltgeräten ist die Einsparung separater Komponenten sowie der Aufwands für deren Verdrahtung und Wartung. Wegen der schnellen elektronischen Schaltzeiten hat die Funktion eine kürzere Schaltzeit als die elektromechanischen Komponenten in einer herkömmlichen Lösung. Safe Stop 1 (SS1) = Sicherer Stopp 1 Die Funktion SS1 bewirkt ein schnelles sicheres Stillsetzen eines Motors und schaltet den Motor nach Erreichen des Stillstand drehmomentfrei, d. h. STO wird aktiviert. Wirkung Mit der Funktion Safe Stop 1 kann ein sicheres Stillsetzen gemäß der Stopp-Kategorie 1 nach EN realisiert werden. Der Antrieb bremst nach Anwahl der Funktion SS1 an einer Schnellhalt-Rampe autark ab und aktiviert nach Ablauf einer eingestellten, sicheren Verzögerungszeit automatisch die Funktion Safe Torque Off und Safe Brake Control (falls aktiviert). Anwendungen Die Funktion SS1 kommt dann zum Einsatz, wenn nach Eintritt eines sicherheitsrelevanten Ereignisses ein möglichst schneller Stopp des Antriebs mit anschließendem Übergang in den Zustand STO gefordert ist. So wird sie verwendet, um große Schwungmassen zur Sicherheit von Bedienpersonal möglichst schnell zum Stehen zu bringen oder Motoren bei hohen Drehzahlen möglichst schnell abzubremsen. Typische Einsatzbeispiele sind: Sägen, Schleifmaschinenspindeln, Zentrifugen, Regalbediengeräte Kundenvorteile Das gezielte Stillsetzen eines Antriebs über SS1 reduziert das Gefahrenrisiko, steigert die Produktivität einer Maschine und erlaubt, Sicherheitsabstände in einer Maschine zu reduzieren. Grund ist das aktive Stillsetzen des Antriebs im Vergleich zur alleinigen Verwendung der Funktion STO. Aufwändige, verschleißbehaftete mechanische Bremsen, um den Motor möglichst schnell abzubremsen, können entfallen. v STO v STO t G_D211_XX_00210 t G_D011_XX_ Die wichtigsten integrierten Sicherheitsfunktionen bei Antrieben Safe Operating Stop (SOS) = Sicherer Betriebshalt Bei der Funktion SOS wird der Motor im Stillstand per Antriebsregelung auf seiner Position gehalten und überwacht. Wirkung Die Funktion Safe Operating Stop stellt eine sichere Stillstandsüberwachung dar. Die Antriebsregelung bleibt in Betrieb. Somit kann der Motor das volle Drehmoment liefern, um die aktuelle Position zu halten. Die Ist-Position wird sicher überwacht. Im Unterschied zu den Sicherheitsfunktionen SS1 und SS2 erfolgt hier keine autarke Beeinflussung des Drehzahlsollwerts. Nach Aktivierung von SOS muss die überlagerte Steuerung innerhalb einer parametrierbaren Zeit den Antrieb in den Stillstand bringen und danach den Lagesollwert halten. Anwendungen Für alle Anwendungen, bei denen für bestimmte Arbeitsschritte die Maschine oder Teile der Maschine sicher im Stillstand sein müssen, der Antrieb aber trotzdem ein Haltemoment liefern muss, bietet sich SOS an. Es wird sichergestellt, dass der Antrieb trotz Gegenmoments in seiner aktuellen Position bleibt. Im Gegensatz zu SS1 und SS2 bremst der Antrieb hier nicht autark ab, sondern erwartet, dass die überlagerte Steuerung die beteiligten Achsen innerhalb einer einstellbaren Wartezeit im Verbund koordiniert herunterfährt. Damit kann eine evtl. Beschädigung der Maschine oder des Produkts vermieden werden. Safe Stop 2 (SS2) = Sicherer Stopp 2 Die Funktion SS2 bewirkt ein schnelles sicheres Stillsetzen eines Motors, und überwacht nach Erreichen des Stillstand die Stillstandsposition. Wirkung Mit der Funktion Safe Stop 2 kann ein sicheres Stillsetzen gemäß der Stopp-Kategorie 2 nach EN realisiert werden. Der Antrieb bremst nach Anwahl der Funktion SS2 an einer Schnellhalt-Rampe autark ab. Im Gegensatz zu SS1 bleibt die Antriebsregelung aber im Anschluss im Betrieb, d. h. der Motor kann zur Aufrechterhaltung des Stillstands das volle Drehmoment liefern. Der Stillstand wird sicher überwacht (Funktion Safe Operating Stop). Anwendungen Wie die Funktion SS1 sorgt auch SS2 für ein möglichst schnelles Abbremsen des Motors. Allerdings wird der Motor nicht energielos geschaltet, sondern per Regelung auch bei Einwirkung externer Kräfte am Verlassen der Stillstandsposition gehindert. Kundenvorteile Die Funktion SS2 sorgt für ein schnelles Stillsetzen der Achse. Da die Regelung aktiv bleibt, kann nach Abwahl der Sicherheitsfunktion sofort der produktive Betrieb ohne Referenzieren fortgesetzt werden. Damit sind kurze Stillstand- und Rüstzeiten und eine hohe Produktivität gewährleistet. Kundenvorteile Es sind keine mechanischen Komponenten erforderlich, um die Achse trotz Auftretens einer eventuellen Gegenkraft auf Position zu halten. Aufgrund der kurzen Schaltzeiten, und da die Lageregelung immer aktiv bleibt, reduzieren sich Rüstund Stillstandszeiten. Ein Neu-Referenzieren der Achse nach Verlassen der Funktion SOS ist nicht erforderlich. Die Achse kann nach Deaktivierung der Funktion SOS sofort wieder verfahren werden. s SOS v SOS t t G_D211_XX_00207 t t G_D211_XX_00206 Die wichtigsten integrierten Sicherheitsfunktionen bei Antrieben 7 Die wichtigsten integrierten Sicherheitsfunktionen bei Antrieben Beschreibung, mögliche Einsatzgebiete und Vorteile für den Kunden Safe Brake Control (SBC) = Sichere Bremsenansteuerung Die Funktion SBC dient der sicheren Ansteuerung einer Haltebremse. SBC wird bei Freigabe immer parallel mit STO aktiviert. Wirkung Eine im stromlosen Zustand aktive Haltebremse wird in sicherer zweikanaliger Technik angesteuert und überwacht. Durch die zweikanalige Ansteuerung kann auch bei einem Isolationsfehler im Ansteuerkabel die Bremse noch aktiviert werden. Durch Testimpulse werden solche Fehler frühzeitig aufgedeckt. Anwendung Die Funktion SBC wird in Verbindung mit den Funktionen STO oder SS1 eingesetzt, um die Bewegung einer Achse im drehmomentfreien Zustand, z. B. aufgrund der Schwerkraft zu verhindern. Kundenvorteile Auch hier erspa
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