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Motorsteuerung – Neuartige Halbleiter-Wendeschütze zur sicheren Ansteuerung von Motoren bieten eine zehnfach höhere Lebensdauer als vergleichbare mechanische Modelle.

18. April 2011

Die aktuelle europäische Maschinenrichtlinie 2006/42/EG verlangt bei der Konstruktion einer sicheren Maschine oder Anlage den sicheren Betrieb beweglicher Teile sowie deren Stillsetzen im Notfall. Zudem ist eine sichere Motorsteuerung gemäß dem aktuellen Stand der Technik zu konzipieren. Da die Übergangsfrist der Konformitätsvermutung der bislang für Steuerungen geltenden Sicherheitsnorm DIN EN 954-1 Ende 2011 ausläuft, müssen auch Wendeschützschaltungeninklusive einer sicheren Not-Halt-Schaltung teilweise gemäß DIN EN ISO 13849-1 aufgebaut werden, die den aktuellen Stand der Technik beschreibt.

Zur Grundausstattung einer Wendeschützschaltungzählt neben den eigentlichen betrieblichen Schützen, die für den Rechts- und Linkslauf des Motors zuständig sind, auch der Motorschutz. Falls zudem auch eine Not-Halt-Funktion integriert werden soll, sind außerdem bis zu zwei redundante Not-Halt-Schütze erforderlich. Um die gewünschten Sicherheitsstandards zu erfüllen, muss der Anwender also eine sorgfältige Komponentenauswahl vornehmen sowie grundlegende und bewährte Sicherheitsprinzipien anwenden.

Die DIN EN ISO 13849-1 definiert die Leistung einer Sicherheitsfunktion als Performance Level (PL), der in fünf Stufen PL a bis PL e) unterteilt wird. Zur Grundlage der Berechnung des Performance Levels dienen in Ergänzung der aus der DIN EN 954-1 übernommenen Kategorien zusätzlich quantitative Daten, wie etwa die Zuverlässigkeit des Gerätes (MTTFd), der Diagnose-Deckungsgrad (DC) oder Maßnahmen zur Vermeidung gemeinsamer Fehlerursachen (CCF).

Unbekannte Kenngrößen

Sicherheitsbauteile wie Not-Halt-Befehlsgeräte oder Sicherheitsrelais sind in Anhang V der Maschinenrichtlinie gelistet und werden vom Gerätehersteller nach einem Konformitäts-Bewertungsverfahren mit den in der DIN EN ISO 13849-1 geforderten Kenngrößen ausgestattet. Schütze fallen jedoch nicht unter diese Kategorie, sodass der Maschinenbauer ihre Sicherheitskenngrößenselbst ermitteln muss.

Um die Gestaltung einer normgerechten und sicheren Motoransteuerung zu vereinfachen, bietet Phoenix Contact deshalb ein breites Programm zertifizierter Sicherheitsrelais und Motorschütze inklusive Wendeschützschaltung an. Dabei überwacht das als Logik-Subsystem dienende Sicherheitsrelais den Status des Sicherheitssensors und unterbindet den Neustart der Sicherheitsfunktion bei einem Fehler im Eingang, im Ausgang oder im Sicherheitsrelais selbst.

Die umfangreiche Sicherheitsrelais-Familie PSR umfasst Geräte zur ein- oder zweikanaligen Überwachung verschiedener Sicherheitssensoren sowie von optischen Sensoren wie Lichtgitter oder Laserscanner. DieSicherheitseigenschaften erfüllen die Vorgaben der DIN EN ISO 13849-1 und werden im Rahmen des Zertifizierungsprozesses von den prüfenden Stellen validiert, sodass eine der Norm entsprechende Funktionsweise sichergestellt ist.

Langlebig heißt sicher

Eine wesentliche Rolle bei der Erreichung des gewünschten Performance Levels spielen auch die zu erwartenden Betriebsstunden. Zur Ansteuerung dreiphasiger Drehstrom-Asynchronmotoren mit einer Leistung bis vier Kilowatt bietet Phoenix Contact deshalb die Halbleiter-Wendeschütze Contactron 4in1 mit einer zehnfach höheren Lebensdauer als vergleichbare mechanische Modelle. Der Motorstarter kombiniert in einem einzigen Schaltgerät die Funktionen Ansteuerung des Motors, Umkehrung der Laufrichtung, Schutz vor Überlast sowie Not-Halt-Schütz. Die Integration dieser Funktionen in ein nur 22,5 Millimeter schmales Gerät reduziert den Verdrahtungsaufwand sowie den Platzbedarf im Schaltschrank im Vergleich zu einer klassischen Schützlösung deutlich.

Die von einem Mikroprozessor gesteuerte Kombination aus robuster Relais-Technik und verschleißfreie Halbleitertechnologie entlastet die Schaltkontakte des intelligenten Hybrid-Motorstarters erheblich. Aufgrund der patentierten Schaltungstechnik verlängert sich die Lebenszeit des Gerätes gegenüber mechanischen Standardschützen um den Faktor 10. Das Gerät genügt damit höchsten Sicherheitsansprüchen der neuen Sicherheitsnormen bis Kat. 3 (DIN EN 954-1), PLe (DIN EN ISO 13849-1) und SIL3 (IEC 61508). Da der Hersteller sämtliche notwendigen Sicherheitskenngrößen mitliefert, muss der Anwender keine eigenen Berechnungen mehr vornehmen.

Wesentliche Vorteile gegenüber einer mechanischen Wendeschütz-Kombination mit Not-Halt in der Sicherheitskategorie bis PLe bietet die Kombinationslösung vor allem beim Vergleich des Aufwands für die Verdrahtung des Laststromkreises: Hier benötigt der Hybrid-Motorstarter lediglich sechs Anschlusspunkte. Da außerdem die steuerseitige Verriegelung zwischen Rechts- und Linksansteuerung sowie die Lastverdrahtung bereits in den Motorstarter integriert sind, sinkt der Verdrahtungsaufwand um bis zu 75 Prozent.

Zudem erkennt das Gerät interne Fehler automatisch und vermeidet einen Neustart des Motors, sodass die Hilfskontakte des Sicherheitsrelais nicht überwacht werden müssen. Die 45 Millimeter breite Kombination aus PSR-Sicherheitsrelais und Contactron-Motorstarter reduziert daneben den Platzbedarf im Schaltschrank erheblich.

Erschienen in Ausgabe: 03/2011