Inverter Drive 8400

Integrierte Sicherheit

„Drive-based Safety“ auch für die neuen Inverter Drives 8400
In Frequenzumrichter integriert: Die neuen Inverter Drives 8400 haben die Funktion „Safe Torque Off“.
Halten sich Personen im Gefahrenbereich von Maschinen auf, hat Sicherheitstechnik eine Schlüsselposition. Zu den wichtigsten Funktionen gehört die sichere Abschaltung der Bewegung des Antriebs – so schnell und zuverlässig, dass Personen- oder Maschinenschäden auszuschließen sind.

In vielen Anwendungen ist dabei die sichere Abschaltung des Moments ausreichend, bei der der Antrieb von seiner Leistung getrennt wird. Folglich ist es sinnvoll, diese Funktion auch für die Masse an Applikationen zur Verfügung zu stellen, in denen Frequenzumrichter die Steuerung und Regelung der Prozesse übernehmen.

Standen in den letzten Jahren die Integration von Steuerungselementen und Dezentralisierung an der Spitze der Innovation in der Antriebstechnik, so zeigt sich heute, dass sich gerade die Integration von Sicherheitsstandards in die elektrische Antriebstechnik zum Trend im Maschinenbau entwickelt hat – und dabei keinesfalls mehr ausschließlich eine Domäne der Servotechnik darstellt. Ein Beleg dafür ist die „Drive-based Safety“ für die neuen Inverter Drives 8400 von Lenze – und zwar konkret als „Safe Torque Off“ (STO).

Generell betrachtet lassen sich Sicherheitsfunktionen mit zwei grundsätzlichen technischen Ansätzen realisieren. Bei herkömmlichen Lösungen trennen externe Komponenten – also Schütze – die Leistungsversorgung der Antriebe. Innovativer geht es durch Stillsetzen direkt im Antrieb, durch Abschaltung der Impulsmuster über Optokoppler. Die daraus resultierenden Vorteile sind vielfältig: Die antriebsintegrierte Lösung mit der Unterbrechung der Impulsmuster sorgt zunächst einmal für ein deutlich schnelleres Abschalten des Antriebs – und damit einen Sicherheitsgewinn. Im Vergleich dazu arbeitet die rein kontaktbehaftete Versorgungsunterbrechung träge und benötigt nicht selten 50 Millisekunden, bis der Stromfluss sicher beendet ist. In diesem Zeitraum kann ein dynamischer Antrieb bereits eine Gefahr bringende Drehzahl erreicht haben.

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Weitere Vorteile der Integration resultieren aus den Einsparungen bei Komponenten, Schaltschrankvolumen und Verdrahtung, die sich letztlich positiv auf die Lebenszykluskosten auswirken – flankiert durch kürzere Inbetriebnahmezeiten sowie geringerem Schulungsaufwand. Diese Entwicklung wird parallel unterstützt durch moderne SPS-Lösungen, die heute in der Lage sind, sowohl den Maschinenablauf als auch die Sicherheit „unter einem Dach“ verarbeiten zu können. Dem folgt die Kommunikation mit Sicherheitsbussystemen, die sichere und unsichere Daten gleichzeitig auf nur einem physikalischen Bus übertragen. Die Rückmeldungen aus dem Markt – also dem Kreis der Maschinen- und Anlagenbauer – belegen die Argumentation der Antriebshersteller. „Wir erreichen mit der Integration der funktionalen Sicherheit in die Antriebsregler deutlich höhere Taktzahlen. Davon profitieren unsere Kunden durch sinkende Stückkosten als Folge höherer Produktivität“, unterstreicht Klaus Riemen, Leiter der Elektrokonstruktion beim führenden Pressenhersteller Wemhöner aus Herford. In einer Anlage zur Herstellung von Laminat müssen Maschinenbediener regelmäßig einen durch Schutzgitter gesicherten Bereich betreten, um Trägerfolien oder Dekorpapiere nachzurüsten. In diesem Fall wird der betroffene Maschinenteil – und nur dieser – von der Sicherheitstechnik in den sicheren Halt gebracht, während die angrenzenden Prozesse weiter mit Hochgeschwindigkeit arbeiten. Sind die Kassetten bestückt, wird nach der Freigabe unmittelbar wieder angefahren. Als weiteren Vorteil nennt Klaus Riemen kürzere Inbetriebnahmezeiten. Weil sich mit der zentralen Engineering-Software von Lenze – dem L-force Engineer – sämtliche Antriebe sowie die Sicherheitstechnik einer Anlage zentral parametrieren lassen, können bestellte Anlagen schneller in Betrieb gehen und „Geld verdienen.“ Weil die Funktionen bereits entsprechend der gültigen Normen zertifiziert sind, unterstützt Lenze Maschinen- und Anlagenbauer bei der Abnahme der gesamten Maschine. Dazu gehört es auch, sicherheitstechnisch relevante Kenngrößen so mitzuliefern, dass sich mit den üblicherweise genutzten Softwaretools, zum Beispiel Sistema, der Performance Level einzelner Sicherheitsfunktionen komfortabel bestimmen lässt.

Ab 28.12.2009 wird hier mit der EN ISO 13849-1 allerdings eine neue Regelung greifen – und die bis dato gültige EN 954-1 (Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze) ersetzen. Mit dem Einzug programmierbarer Elektronik ließ sich die Sicherheit mit dem einfachen Kategoriensystem der EN 954-1 nicht mehr vollständig erfassen. Deshalb verfolgt die EN ISO 13849 einen probabilistischen – also statistischen – Ansatz. Er lässt Rückschlüsse auf Ausfallwahrscheinlichkeiten zu. Maschinenbauer müssen sich deshalb künftig auch mit sicherheitstechnisch relevanten Kenngrößen auseinandersetzen, um die Sicherheit einer Maschine durch Bestimmung des Performance Level zu ermitteln. Zwei Beispiele dafür sind die Kennzahlen MTTFd (Mean Time To Failure dangerous) und DC (Diagostic Coverage). Für die Regler der Reihe Servo Drives 9400 bietet Lenze auf dieser Grundlage steckbare Sicherheitsmodule mit skalierter Performance. Der Funktionsumfang reicht vom „Sicheren Halt“ (STO) über den Sicheren Stopp eins und zwei bis hin zu sicher begrenzter Geschwindigkeit beziehungsweise der sicheren Maximalgeschwindigkeit – inklusive der sicheren Kommunikationsprotokolle wie Profisafe.

Fazit

Ausgeprägter Wettbewerb mit Preisdruck und sinkende Margen sind Faktoren, mit denen sich zunehmend auch die Investitionsgüterindustrie konfrontiert sieht. Dabei haben heute vor allem die Prozesskosten mit Beschaffung, Konstruktion oder Inbetriebnahme ein großes Rationalisierungspotenzial. Das zu erschließen heißt gewohnte Abläufe in Frage zu stellen und technologisch innovative Wege zu gehen. Die Integration der funktionalen Sicherheit bietet vor diesem Hintergrund Möglichkeiten, Lebenszykluskosten zu senken.
Dipl.-Ing. M. Grosser, Dipl.-Ing. K. Piekarski (Lenze)/pb

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