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DER KONSTRUKTEUR 11/2019

DER KONSTRUKTEUR 11/2019

MASCHINENSICHERHEIT

MASCHINENSICHERHEIT FUNKTIONALE MASCHINENSICHERHEIT HEUTE Maschinensicherheit hat einen hohen Stellenwert erreicht und ist zum integralen Bestandteil der Maschinenkonstruktion geworden. Die antriebsbasierte funktionale Sicherheit vereinfacht diese Aufgabe. Wir sprechen dazu mit Fred Donabauer von ABB über die neuen Möglichkeiten, die sich dadurch eröffnen und zeigen Beispiele, wie funktionale Sicherheit in der Praxis realisiert werden kann. Fred Donabauer leitet das Produktmanagement Frequenzumrichter & SPS bei ABB Motion Deutschland Die Minimierung jeglicher Sicherheitsrisiken ist für den gesamten Lebenszyklus einer Maschine oder Anlage unabdingbar und es gibt kaum eine Branche, die nicht dem Thema Maschinensicherheit begegnet. ABB gilt hier als einer der Pioniere und bietet innovative und zuverlässige Lösungen rund um die Maschinensicherheit. Langjährige Erfahrung in der praktischen Anwendung von Sicherheitsvorschriften, Richtlinien und Normen sowie der Umgang mit der praktischen Umsetzung gehören zum Tagesgeschäft. ABB bietet alles, von der Sicherheitskomponente bis hin zur Unterstützung der Kunden bei kompletten Sicherheitssystemen für einzelne Maschinen oder ganze Fertigungsstraßen und ermöglicht Lösungen, die den Produktions- und den Sicherheitsanforderungen entsprechen. Je mehr Sicherheitsfunktionalität dabei in eine vorhandene Komponente der Maschine integriert werden kann, desto größer ist das Einsparpotenzial. Antriebsbasierte funktionale Sicherheit eröffnet hierbei neue Möglichkeiten. Wie diese im Detail aussehen, welche Vorteile sie bereits in der Konstruktionsphase bieten und wie die Realisierung eines solchen Maschinensicherheitssystems in der Praxis aussieht, erklärt uns Fred Donabauer, Leitung Produktmanagement Frequenzumrichter & SPS, ABB Motion Deutschland. Maschinen und Anlagen werden immer komplexer, gerade im Zeitalter der zunehmenden Vernetzung. Wie sehen die heutigen Anforderungen an Systeme der funktionalen Sicherheit aus? In der Europäischen Union ist die Erfüllung grundlegender Sicherheitsanforderungen bei Maschinen in Gesetzen verankert. Alle Maschinen, die in der EU in Verkehr gebracht werden, müssen den Anforderungen der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG genügen. Das betrifft besonders die Anforderungen für Gesundheit und Sicherheit. Gerätelieferanten, Maschinenbauer und Systemintegratoren sind für die Sicherheit der von ihnen gelieferten Produkte oder Maschinen verantwortlich, der Betreiber muss dafür sorgen, dass die Anforderungen der Arbeitsstättenverordnung eingehalten werden. Wurde die Maschinensicherheit früher oft durch externe Systeme gewährleistet, vereinfacht die moderne Antriebstechnik diese Aufgabe heute deutlich. Welche Vorteile bietet die antriebsbasierte funktionale Sicherheit im Vergleich zu traditionellen Lösungen? SPECIAL Bei antriebsnahen Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise der Sicher Begrenzten Drehzahl (SLS), ist es vorteilhaft, diese in den Umrichter zu integrieren. Diese Sicherheitsfunktionen gemäß EN/IEC 61800-5-2 sind vordefiniert und geprüft, die Einstellung erfolgt einfach über Parametrierung, das heißt Programmierkenntnisse oder diskrete Komponenten zur Realisierung der Funktion sind nicht erforderlich. Bei Anlagen mit mehreren Antrieben im Verbund kann man zwar nicht auf eine übergeordnete Sicherheitssteuerung verzichten, die die Koordination mehrerer Antriebsachsen übernimmt, Funktionen lassen sich aber übersichtlicher strukturieren und die Sicherheitssteuerung wird entlastet. Diese Lösung entlastet auch die Buskommunikation, zeitkritische Funktionen sind im Antrieb einfacher zu realisieren. Bei kleineren Applikationen kann oft sogar auf eine übergeordnete Steuerung verzichtet werden. 94 DER KONSTRUKTEUR 11/2019

MASCHINENSICHERHEIT Lassen sich hierbei wichtige Sicherheitsfunktionen auch ohne Geberrückführung gewährleisten? Die Funktion Sichere Drehmomentabschaltung (STO) kann mit zahlreichen Sicherheitsfunktionen erweitert werden. Das Konzept der umfassenden integrierten Sicherheit machen wir beispielsweise beim ACS880 mit dem optionalen, TÜV-zertifizierten Sicherheitsfunktionsmodul FSO möglich. Mit ihm können die Sicherheitsfunktionen des Frequenzumrichters einfach erweitert werden und erreichen auch ohne Geberrückführung vom Motor die hohen Sicherheitsstufen bis SIL 3 und PL e. Das Sicherheitsfunktionsmodul FSO verfügt über neun Sicherheitsfunktionen, darunter Sicher Begrenzte Drehzahl (SLS), Sicherer Stopp 1 (SS1) oder Sichere Bremsenansteuerung (SBC). Wie sieht die Kommunikation zwischen Frequenzumrichter und SPS aus? Und ist auch eine funktional sichere Kommunikation möglich? Durch die PROFIsafe-Konnektivität unserer Frequenzumrichter lässt sich der Antrieb schnell und einfach in funktional sichere Automatisierungssysteme integrieren. Ein Kommunikationsmodul auf dem Frequenzumrichter ermöglicht die PROFIsafe-Kommunikation über Profinet mit einer Sicherheits-SPS. Die Frequenz umrichter werden damit wesentlicher Bestandteil einer systemweiten Sicherheitslösung. Die sichere Kommunikation über PROFIsafe erhöht im Vergleich zu einer konventionell verdrahteten Lösung die Flexibilität, reduziert die Anzahl an Komponenten und vereinfacht den Aufbau des gesamten Sicherheitssystems. Die Auslegung und Überprüfung der funktionalen Sicherheit von Maschinen sollte anwenderfreundlich konzipiert sein. Welche Möglichkeit bieten Sie Konstrukteuren in punkto Sicherheitsdesign und Engineering an? Um Konstrukteure bei der Auslegung und Überprüfung der funktionalen Sicherheit von Maschinen zu unterstützen, hat ABB die TÜV-zertifizierte Software FSDT-01 entwickelt. Dieses Design-Tool berechnet für die gesamte Sicherheitslösung den erreichten Safety Integrity Level (SIL) oder den Performance Level (PL) und unterstützt hierbei die Konstrukteure mit einer sehr logischen und schrittweisen Vorgehensweise. Die Komponenten mit all ihren Kennwerten lassen sich aus Bibliotheken auswählen und einfach per Mausklick zum gesamten Sicherheitssystem verschalten. Bibliotheken im universellen VDMA-Format kann der Anwender in das Tool direkt einlesen. Es hilft beim Design, bei der Verifizierung und Dokumentation entsprechend der Normen EN/IEC 62061 und EN ISO 13849-1. Der gesamte Prozess des Sicherheitsdesigns der Maschine wird damit vereinfacht und beschleunigt. Können Sie uns Beispiele aus der Praxis nennen, wie mit einer Sicherheitseinrichtung von ABB die funktionale Sicherheit realisiert werden konnte? Bei Nordzucker regeln im Werk Uelzen unsere rückspeisefähigen Industrial Drives ACS880-17 die Zuckerzentrifugen. Sie erfüllen dabei die hohen Anforderungen an die Arbeitssicherheit, die die Berufsgenossenschaft an den Betrieb von Zuckerzentrifugen stellt. Der ACS880 verfügt bereits standardmäßig über die Sicherheitsfunktion STO, die die Maschine sicher in einen drehmomentfreien Zustand überführt beziehungsweise einen unerwarteten Anlauf verhindert. Bei Anwendungen wie großen Zuckerzentrifugen reicht dieser Schutz allerdings nicht aus. Wenn sich ein Bediener in der Mechanik verfängt, könnte sich die Zentrifuge aufgrund ihres hohen Trägheitsmoments lange weiterdrehen, gäbe es nur die STO-Funktion. Daher erweitert das optionale Sicherheitsfunktionsmodul FSO die Sicherheitsfunktionen der Frequenzumrichter. Das Modul wird auf einen Optionssteckplatz im Frequenzumrichter eingebaut und mit den externen Sicherheitskomponenten verdrahtet. Damit lassen sich die Anforderungen dieser Applikation für einen sicheren Betrieb perfekt lösen. Aber nicht nur in Industrieapplikationen haben wir die antriebsnahen Sicherheitsfunktionen im Einsatz. Bei dem Fahrgeschäft Loke Gyro Swing in einem schwedischen Vergnügungspark schwingt ein riesiges Pendel 40 Fahrgäste durch einen großen Bogen, der sowohl extreme Gravitationskräfte als auch das Gefühl der Schwerelosigkeit eines Raumfluges erzeugt. Der rückspeisefähige Frequenzumrichter ACS880-17 von ABB enthält integrierte Sicherheitslösungen, wie die Regelung maximaler Kriechgeschwindigkeiten und die Vermeidung eines unerwarteten Anlaufs (POUS), die den strengsten globalen Sicherheitsstandards entsprechen. Wo sehen Sie die zukünftigen Herausforderungen der funktionalen Sicherheit, insbesondere bei vernetzten Systemen? Im Umfeld der zunehmenden Digitalisierung in der Industrie ergeben sich mit drehzahlgeregelten elektrischen Antrieben auch neue Möglichkeiten, besonders beim Condition Monitoring und der präventiven Wartung mit cloud-basierten Diensten. Das unterstützten die modernen antriebsbasierten Sicherheitsfunktionen, denn bestimmte Wartungsarbeiten lassen sich auch ohne komplettes Abschalten der Maschine durchführen. Dies erhöht die Verfügbarkeit der Anlage und steigert die Produktivität. www.abb.com DIE INTEGRIERTEN SICHERHEITS- FUNKTIONEN IM FREQUENZUMRICHTER ERHÖHEN DIE VERFÜGBARKEIT DER ANLAGE UND STEIGERN DIE PRODUKTIVITÄT, OHNE KOMPROMISSE BEI DER MASCHINENSICHERHEIT Das Interview führte Nicole Steinicke, Chefredakteurin. SICHERHEITSPLANUNG IM KONSTRUKTIONSPROZESS Die antriebsbasierte funktionale Sicherheit vereinfacht das Design der Maschinen, denn die Frequenzumrichter-Sicherheitsfunktionen gemäß EN/IEC 61800-5-2 sind zertifiziert und in das Antriebssystem integriert. Die funktionale Sicherheit ist in Maschinen und Industrieapplikationen mit Motoren, Antrieben und programmierbaren Steuerungen (SPS) ein wesentlicher Bestandteil. Die Maschinensicherheit wird durch Erkennen und Reduzieren der Gefahren auf ein akzeptables Maß gebracht. Die Risikoreduzierung erfolgt durch eine eigensichere Konstruktion und geeignete risikominimierender Schutzmaßnahmen, wie die antriebsbasierten Sicherheitsfunktionen. Sie lassen sich flexibel einsetzen, sind zuverlässig und einfach in der Handhabung. Sie bieten auch handfeste wirtschaftliche Vorteile – eine höhere Produktivität und längere Laufzeit mit sicheren Maschinen. DER KONSTRUKTEUR 11/2019 95

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