Sicherheitsumrichter Sicherheitssystem-Integration in Umrichter erhöht Flexibilität und Produktivität

Ganz besonders hohe Anforderungen an die Sicherheitseinrichtung seiner Maschinen stellte die Handtmann-Maschinenfabrik. Der Grund: Bei der Fleischverarbeitung brauchen die Bediener

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Ganz besonders hohe Anforderungen an die Sicherheitseinrichtung seiner Maschinen stellte die Handtmann-Maschinenfabrik. Der Grund: Bei der Fleischverarbeitung brauchen die Bediener ein hohes Maß an Bewegungsfreiheit, sodass herkömmliche Sicherheitsmaßnahmen mit Abdeckungen und Zweihandbedienungen nicht ausreichen. Auch ein einfacher Not-Aus-Schalter zur Unterbrechung der Stromversorgung genügt nicht, weil sich die Teile mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Deshalb entwickelten die ACD-Experten für ihren Kunden ein intelligentes System, bei dem die entsprechenden Sicherheitsfunktionen direkt in den Servoumrichter integriert werden können (Bild 1 und 2).

Vielfältige Funktionen sind möglich

Zur Parametrierung des Umrichters stehen insgesamt acht Parametersätze zur Verfügung, die über drei Parametersatzschalter anwählbar sind. Diese acht Parametersätze repräsentieren jeweils ein Parameterpaket. Darin sind nicht nur einzelne Sicherheitsparameter – wie etwa verschiedene sicher reduzierte Geschwindigkeiten – hinterlegt, sondern es sind alle Sicherheitsparameter vorhanden. So lassen sich für verschiedene Maschinentypen beispielsweise auch der Eingangsfilter oder die Überführungszeiten anpassen.

Die Sicherheitsfunktionen lassen sich in zwei Gruppen einteilen:

- „Sicherer Stillstand“ mit den Funktionen „Sichere Antriebssperre“ (Antrieb ohne Moment), „Sicherer Halt“ (Antrieb ohne Moment) und „Sicherer Betriebshalt“ (Antrieb mit Moment),

- „Bewegung mit sicherer Geschwindigkeit“ mit den Funktionen „Sicher begrenzte maximale Geschwindigkeit“, „Sicher reduzierte Geschwindigkeit“ und „Sichere Bewegungsrichtung“.

Die „Sichere Antriebssperre“ entspricht der Stopp-Kategorie 1 nach DIN EN 60204-1 und prinzipiell dem „Sicheren Halt“, allerdings kann sie nicht durch das Betätigen einer Zustimmungseinrichtung wieder aufgehoben werden. Ihre Anwahl ist auch im Normalbetrieb möglich.

Sicherer Halt entspricht der Stopp-Kategorie 1

Der „Sichere Halt“ entspricht der Stopp-Kategorie 1 nach EN 60204-1 und kann durch das Betätigen der Zustimmeinrichtung unterbrochen werden. Der „Sichere Betriebshalt“ ist der Stopp-Kategorie 2 nach DIN EN 60204-1 gleichzusetzen.

Die Energieversorgung zum Antrieb wird während des „sicheren Betriebshaltes“ jedoch nicht unterbrochen und sämtliche Regelfunktionen zwischen dem Antrieb und der elektronischen Steuerung bleiben erhalten. Eine zweikanalige Überwachung verhindert in diesem Fall, dass der Antrieb aufgrund von eventuell auftretenden Fehlern gefährliche Bewegungen ausführt.

Für das Überführen in den Stillstand steht eine parametrierbare Zeit zur Verfügung. Ist nach dieser Zeit der Stillstand nicht erreicht, generiert das System eine Fehlermeldung und setzt den Motor vom Antrieb her still.

Das Stillsetzen wird dabei zeitlich zweikanalig überwacht. Bei der Sicherheitsfunktion „Sicher begrenzte maximale Geschwindigkeit“ verhindert eine zweikanalige Überwachung zudem, dass der Antrieb einen vorgegebenen maximalen Geschwindigkeitsgrenzwert überschreitet. Diese Überwachung ist in allen Betriebsarten aktiv. Auch bei der Funktion „Sicher reduzierte Geschwindigkeit“ sorgt eine zweikanalige Überwachung dafür, dass die vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwerte im Sonderbetrieb nicht überschritten werden. Die Sicherheitsfunktion „Sichere Bewegungsrichtung“ wiederum gewährleistet, dass eine Bewegung nur in einer bestimmten – vom Benutzer gewählten – Richtung möglich ist.

Der zweikanalige Aufbau des Sicherheitsumrichters ist bei der ACD-Lösung durch den Grundverstärker ACxxA10S03 und die Sicherheitsoptionskarte Sika10S00 realisiert. Diese Bausteine werden als einzelne Produkte an die Handtmann-Maschinenfabrik geliefert und dort nach Bedarf kombiniert. Zum einfachen Handling wurde das Sicherheitsparameterpaket mit der Software der beiden Bauteile verschmolzen. Mit Hilfe des ACD-Konfigurationstools DCI entstehen Parameterdateien, die bei dem Maschinenbauer hinsichtlich ihrer Richtigkeit validiert werden.

Wegen Gesamtparametrierung entfällt Abnahmevorgang

Vor Ort können diese dann von praktisch jedermann auf die Umrichter gespielt werden. Ein aufwändiger Abnahmevorgang, wie er bei einer Einzelparametrierung notwendig wäre, entfällt bei diesem Verfahren. Und weil im Feld keine Einzelparametrierung mehr notwendig ist, kann auch direkt beim Kunden ein Sicherheitsumrichter aus einem Standardverstärker plus der Optionskarte zusammengebaut und mit einem minimalen Abnahmeverfahren das Funktionieren der Sicherheitsfunktionen garantiert werden.

Die Servicetechniker brauchen dazu nur – wie gewohnt – einen Softwaredownload durchzuführen und benötigen keine speziellen Kenntnisse über die Einstellung von Sicherheitsparametern, was den Schulungsaufwand erheblich verringert und die Lösung so insgesamt wesentlich kostengünstiger macht als vergleichbare Produkte.

Zudem gibt es nur ein Parameterpaket und der Maschinentyp wird in der Elektrik über einen Stecker hart verdrahtet. Auf diese Weise treten auch im Servicefall keine Probleme mit der Parametrierung des Sicherheitsverstärkers auf. Denn sämtliche Sensoren befinden sich am Kabel. Wird es eingesteckt, kann das Gerät über seine Codierung erkennen, an welche Maschine es angeschlossen und welche Sicherheitssituation gewünscht ist. Dabei bedeutet ein Parameterpaket allerdings nicht, dass gleich alle Parametersätze definiert werden müssen. Lediglich ein definierter Parametersatz – beispielsweise das Sicherheitsszenario – darf nicht mehr geändert werden.

Neues Verfahren reduziert Schulungsaufwand

Durch dieses Verfahren reduziert sich nicht nur der Schulungsaufwand für das weltweite Servicepersonal des Maschinenherstellers auf ein Minimum. Auch die Lagerhaltung wird reduziert, weil nur Grundverstärker und Optionskarten bevorratet werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist das nun nicht mehr vorhandene Risiko von Fehlern durch falsche Parametrierung im Servicefall.

Unter dem Strich spart der Maschinenbauer bei dieser Lösung im Vergleich zu einer separaten Sicherheitstechnik erhebliche Kosten ein. Die einfache Auswahl über die fest mit der Maschine verbundene Sicherheitsverkabelung ermöglicht darüber hinaus, dass bei der Installation vor Ort kein Fehler bei der Zuordnung zum Maschinentyp beziehungsweise zum funktionsabhängigen Sicherheitsszenario gemacht werden kann.

Und dass dies nicht nur graue Theorie ist, zeigen die ersten Einsatzfälle der neuen Sicherheitstechnik in den Maschinen der Handtmann-Maschinenfabrik. Bei den Kunden fanden diese eine solch positive Resonanz, dass diese Sicherheitstechnik zukünftig in allen Servoumrichtern der gesamten Baureihe AcxxA10S03 von ACD zum Einsatz kommen wird.

Wolfgang Merath ist Geschäftsführer der ACD Antriebstechnik GmbH in 88480 Achstetten, Tel. (07392) 708-0, Fax (07392) 708-190, info@acd-elektronik.de

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