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Frequenzumrichter

Sicherheitsfunktionen im Antrieb integriert

| Autor/ Redakteur: Fred Donabauer / Stefanie Michel

Geht es um die Zusammenarbeit von Mensch und Maschinen, spielt die Maschinensicherheit eine entscheidende Rolle. Doch die Implementierung kann schwierig und kompliziert sein. Mit im Antrieb integrierter Sicherheit lassen sich aber herkömmliche Sicherheitssysteme ersetzen und Kosten und Zeit sparen.

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Maschinenbauer, OEMs und Systemintegratoren stehen vor der Herausforderung, für die Sicherheit der von ihnen gelieferten Produkte, Maschinen und Anlagen Sorge zu tragen.
Maschinenbauer, OEMs und Systemintegratoren stehen vor der Herausforderung, für die Sicherheit der von ihnen gelieferten Produkte, Maschinen und Anlagen Sorge zu tragen.
(Bild: ABB)
  • Statt viele Zusatzgeräte oder externe Sicherheitssteuerungen einzusetzen, sind in Automatisierungssystemen heute viele Sicherheitsfunktionen im Antrieb integriert.
  • Da Sicherheit zu einem festen Bestandteil der Funktionen von Frequenzumrichtern geworden ist, reduziert sich der Engineering- und der Montageaufwand.
  • Die Frequenzumrichter der Reihe ABB Industrial Drives ACS880 sind mit vielen zertifizierten Sicherheitsfunktionen ausgestattet, sodass damit geberlose SIL3/PLe-Sicherheitsfunktionen für Leistungen <1 kW bis 5,6 MW erhältlich sind.

In einer Industrieanlage gibt es zahlreiche bewegliche Maschinenteile, von denen Gefahren ausgehen und die Verletzungen verursachen können. Zweck der funktionalen Sicherheit von Maschinen ist der Schutz von Personen, des Eigentums und der Umwelt, indem Unfälle verhindert werden.

Gerätelieferanten, Maschinenbauer und Systemintegratoren sind nach den Richtlinien sowie den nationalen und regionalen Gesetzen für die Sicherheit der von ihnen gelieferten Produkte, Maschinen und Anlagen verantwortlich. Innerhalb der EU sind die entsprechenden Anforderungen in der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und den im Rahmen dieser Richtlinie harmonisierten Normen festgelegt. Die gleichen IEC/ISO-Normen werden auch in vielen anderen, außereuropäischen Ländern angewendet, jedoch gibt es außerhalb der EU lokale Gesetze zur funktionalen Sicherheit.

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Vor einigen Jahren erforderte die Sicherheit in Automatisierungssystemen zahlreiche externe Zusatzgeräte oder Sicherheitssteuerungen. Mit der zunehmenden Komplexität und Modularität der Industrieautomation wurde die antriebsbasierte funktionale Sicherheit zu einem wichtigen Teil des gesamten Sicherheitskonzepts von Maschinen und Industrieprozessen. Der höhere Grad der Automatisierung in der Industrie zusammen mit den heutigen Möglichkeiten der Elektronik vieler moderner Antriebe hat bewirkt, dass mittlerweile Antriebssysteme einen großen Beitrag zur Gesamtsicherheit einer Anlage leisten.

Fester Funktionsbestandteil von Frequenzumrichtern

Durch die neuen und verbesserten sicherheitstechnischen Lösungen und die weiterentwickelten Normen wurde die Sicherheit zu einem festen Bestandteil der Funktionalität von Frequenzumrichtern. Mit der integrierten, antriebsbasierten funktionalen Sicherheit werden die Sicherheitsfunktionen über den Antrieb in der Maschine realisiert. Auf externe, diskret verdrahtete Sicherheitseinrichtungen wie Sicherheitsüberwachungsgeräte, zusätzliche Sicherheitssteuerungen, Verdrahtung und Drehgeberrückführungen kann dadurch meist verzichtet werden.

Zu den wichtigsten Vorteilen von Antrieben mit integrierter Sicherheit gehören

  • der geringere Engineeringaufwand und
  • eine einfache Inbetriebnahme der vorprogrammierten Sicherheitsfunktionen.

Der reduzierte Montageaufwand führt zu geringeren Kosten, denn es werden weniger Komponenten benötigt, um den vorgeschriebenen Safety Integrity Level (SIL) oder Performance Level (PL) zu erreichen. Beispielsweise bietet der Frequenzumrichter die sichere Drehmomentabschaltung nach Sicherheitsstufe SIL3/PLe, wodurch in vielen Fällen ein Netzschütz eingespart werden kann. Ein weiterer Mehrwert ergibt sich durch das Fehlen von Verschleißteilen verglichen mit herkömmlichen elektromechanischen Sicherheitseinrichtungen.

Der Produktstandard EN/IEC 61800-5-2 „Elektrische Leistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl – Teil 5-2: Anforderungen an die Sicherheit – Funktionale Sicherheit“ fokussiert auf die antriebsbasierte funktionale Sicherheit und definiert standardisierte Sicherheitsfunktionen, wie beispielsweise sichere Drehmomentabschaltung (STO), sicherer Stopp 1 (SS1) und sicher begrenzte Drehzahl (SLS). Die ABB Industrial Drives ACS880 sind mit vielen zertifizierten Sicherheitsfunktionen nach EN/IEC 61800-5-2 ausgestattet, die entweder zur Standardausführung gehören oder als Option ergänzt werden können. ABB kann damit geberlose SIL-3/PLe-Sicherheitsfunktionen für Leistungen von weniger als 1 kW bis hin zu einer Leistung von bis zu 5,6 MW bieten. Alle Geräte basieren auf einer gemeinsamen All-Compatible-Plattform, was die Planung und Bedienung stark vereinfacht.

STO ist Basis für funktionale Sicherheit bei Antrieben

Das sicher abgeschaltete Drehmoment (STO) bildet die Grundlage für die integrierte, antriebsbasierte funktionale Sicherheit. Die elektronische Sicherheitsfunktion bringt die Antriebe sicher in einen drehmomentfreien Zustand und wird auch für die Funktion „Verhinderung eines unerwarteten Anlaufs“ nach EN 1037/ISO 14118 und Notstopp Kategorie 0 nach EN/IEC 60204-1 genutzt. Die Funktion kann als Alternative zu den herkömmlichen elektromechanischen Maßnahmen wie Schützen verwendet werden.

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