Mehr Sicherheit an Bord

Antriebstechnik

Frequenzumrichter – Neue Frequenzumrichter mit integrierten Sicherheitsfunktionen bieten klare Vorteile gegenüber konventionellen Lösungen.

15. Oktober 2009

Die industrielle Sicherheitstechnik wandelt ihr Erscheinungsbild sukzessiv. Was früher hardwareseitig immer vollkommen separat umgesetzt wurde, ist heute bei einigen Herstellern von Antriebstechnik bereits als Inklusivleistung zu bekommen. Als Beispiel sind hier Frequenzumrichter mit integrierten Sicherheitsfunktionen wie STO, SS1 und SLS zu nennen. In der In-dustrie werden Frequenzumrichter häufig zur Drehzahlregelung oder für die sanfte Anlaufsteuerung elektrischer Maschinenantriebe genutzt. Dadurch wird nicht nur die Mechanik geschont, sondern auch die Lebensdauer erhöht. Hinzu kommt die Möglichkeit, mit geregelten Antrieben ein Energieeinsparpotenzial zu nutzen, das heute mehr denn je die Wirtschaftlichkeit von Maschinen und Anlagen bestimmt.

Bewegung birgt Auch Gefahren

Durch elektrische Antriebe werden allerdings auch Gefahr bringende Bewegungen verursacht, die durch geeignete Schutzeinrichtungen sicher beherrscht werden müssen. Üblicherweise wird dies durch aufwendige externe Beschaltungen realisiert. Mithilfe von neuartigen, direkt im Frequenzumrichter integrierten Sicherheitsfunktionen können in den meisten Fällen diese zusätzlichen Sicherheitsschaltungen entfallen. Das vereinfacht die Elektrokon-struktion, erhöht die Übersichtlichkeit und letztendlich auch die Effizienz elektrotechnischer Lösungen.

Die neue Generation der Frequenzumrichter von Siemens – die Sinamics-Reihe mit den Typen G120, G120D, G130/G150, S120/S150 sowie die Simatic-Typen ET 200S FC, ET 200pro FC – bieten die genannten Sicherheitsfunktionen bis Kategorie 3 und PL d nach EN ISO 13849-1 beziehungsweise SIL2 gemäß IEC 61508.

Dreimal Sicherheit im Detail

STO (Safe Torque Off/sicher abgeschaltetes Moment): Nach Aktivierung von STO wird die Energieversorgung zum Motor sicher unterbrochen und der Motor trudelt ungebremst aus. Diese Funktion dient der Vermeidung eines unerwarteten Anlaufs nach EN 60204-1 Abschnitt 5.4. Mit der Funktion Safe Torque Off werden die Impulse des Antriebs gesperrt und die Energiezufuhr zum Motor getrennt. Das entspricht der Stopp-Kategorie 0 nach EN 60204-1. Der Antrieb ist sicher drehmomentfrei und dieser Zustand wird antriebsintern überwacht.

SS1 (Safe Stop 1/Sicherer Stopp 1): Im Unterschied zu STO, bei dem der Antrieb ungebremst austrudelt, wird bei SS1 der Antrieb bis zum Stillstand abgebremst und erst dann sicher von der Energieversorgung getrennt. Gemäß der Stopp-Kategorie 1 nach EN 60204-1 kann ein sicheres Stillsetzen realisiert werden. Der Antrieb bremst nach Anwahl der Funktion SS1 an einer einstellbaren, überwachten Rampe autark ab und aktiviert ab 2 Hertz automatisch die Funktion Safe Torque Off und Safe Brake Control. Falls der Antrieb bei Aktivierung der Stopp-Funktion nicht der parametrierten Rampe folgt, wird sofort Safe Torque Off und Safe Brake Control aktiviert. Bemerkenswert und kostensparend ist dabei die sichere Bestimmung der Motordrehzahl ohne Verwendung eines Gebers, und das hat direkte Auswirkungen auf die Gesamtkosten des Systems.

SLS (Safely Limited Speed/Sicher reduzierte Geschwindigkeit): Bei dieser Sicherheitsfunktion wird durch eine sichere Überwachung verhindert, dass der Antrieb einen vorgegebenen Geschwindigkeitsgrenzwert überschreitet. Der Antrieb wird, je nach parametriertem Modus, sicher überwacht auf eine sichere Geschwindigkeit verzögert oder direkt auf eine parametrierte maximale Geschwindigkeit überwacht. Auch bei dieser Funktion wird für die sichere Bestimmung der Motordrehzahl kein Geber benötigt.

Durch die drei im Frequenzumrichter integrierten Sicherheitsfunktionen ergeben sich für Anwender eine Reihe von Möglichkeiten, diese in ihren Konstruktionen einzusetzen. In welchem Einsatzbereich welche Sicherheitsfunktion am sinnvollsten ist, zeigen folgende Beispiele:

Üblicherweise wird die Funktion STO verwendet, wenn die Möglichkeit bestehen muss, den Prozess beziehungsweise die Geschwindigkeit der Anlage dynamisch zu verändern. Dabei müssen das Lastmoment oder die Reibungsverluste in der Anlage genügen, um sie in ausreichend kurzer Zeit abzubremsen. Wenn zudem ein schneller Wiederanlauf gefordert wird, sollte auf Einsatz von konventioneller Verdrahtung verzichtet werden. Typische Applikationen sind in der Gepäck- und Paketförderung, der Zulieferung, dem Abtransport und generell bei Bewegungen mit geringer Positioniergenauigkeit und ohne Achsensynchronität zu finden.

Die Funktion SS1 kommt dann zum Einsatz, wenn ein schnellstmögliches, sicheres Abbremsen der Anlage gefordert ist. SS1 ist besonders geeignet für Maschinen, bei denen große Schwungmassen schnell und sicher abgebremst werden müssen. Anwendungsbeispiele sind Maschinen und Anlagen, bei denen Gefährdungen durch den Nachlauf von Bewegungen auftreten können, wie zum Beispiel Sägen, Schleifmaschinen, Zentrifugen, Regalbediengeräte und Querverschiebewagen. Die Funktion ermöglicht ein gezieltes Stillsetzen der Anlage zur Sicherheit des Bedieners oder der Anlage und zur Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit.

Die Sicherheitsfunktion SLS ist für Maschinen gedacht, bei denen Gefährdungen durch Überschreitung einer definierten Geschwindigkeit entstehen können. Sie wird üblicherweise eingesetzt, um die Geschwindigkeit sicher zu überwachen, während sich der Bediener im Gefahrenbereich befindet. Sie ermöglicht zum Beispiel sicheren Einrichtbetrieb oder Wartungsarbeiten bei begrenzter, maximaler Geschwindigkeit ohne tatsächlichen Stillstand der Anlage.

Fakten

Siemens-Division Drive Technologies in Nürnberg ist weltweit führend bei Produkten und Dienstleistungen für Produktions- und Werkzeugmaschinen. Drive Technologies bietet durchgängigeTechnologienüberdenkomplettenAntriebsstrang mit elektrischen und mechanischen Komponenten. Mit weltweit 39.900 Mitarbeitern wurde 2008 ein Umsatz von 8,9 Mrd. Euro erzielt.

Christian Coy, Siemens/csc

Erschienen in Ausgabe: 07/2009