Software sichert safety

Sicherheitstechnik

Drehgeber – Neue Multitour-Winkelcodierer erlauben den direkten Anschluss am Profisafe-Bus. Zahlreiche implementierte Überwachungsfunktionen gewährleisten ihre Einstufung entsprechend SIL2.

09. April 2010

Ein bewährtes Element bei der Automatisierung von Großbaggern oder Transport- und Krananlagen sowie bei der Steuerung von Kunststoff- und Papiermaschinen sind die optoelektronischen Winkelcodierer der Modellreihe CRD des Düsseldorfer Drehgeberspezialisten TWK mit Profibus-Interface, die schon seit vielen Jahren bei einer Vielzahl von Anwendungen als Positionsrückmelder im Einsatz sind. Für Anwendungen im sicherheitsrelevanten Bereich haben die Rheinländer jetzt die Variante CRD/S entwickelt, die die Anforderungen der IEC-Norm 61508 erfüllt und die gemäß der Sicherheitsanforderungsstufe SIL2 zertifiziert ist.

Robust und vielseitig

Die Multitour-Winkelcodierer der C-Serie im robusten Gehäuse aus seewasserbeständigem Aluminium oder Edelstahl mit 65 Millimeter Außendurchmesser bieten eine Schutzart bis IP66. Doppelkugellager und Verstellwelle sind für axiale und radiale Belastungen bis 250 Newton ausgelegt. Zum elektrischen Anschluss dient eine abnehmbare Haube mit T-Koppler-Funktionalität und einer Einstellmöglichkeit für die Stationsadresse sowie für die Bus-Abschlusswiderstände. Für Spezialanwendungen sind Sonderbauformen lieferbar, wie etwa Versionen mit Klemmwelle und Drehmomentstütze zum freitragenden Anbau an Motoren oder Stellglieder.

Als Maßverkörperung für die jeweilige Winkelposition dient in der ersten Stufe eine Codescheibe mit drehender Welle, die von einem Opto-Chip über einen Bereich von 360 Grad abgetastet wird. Die Auflösung beträgt wahlweise 2 bis 8.192 Schritte (1 bis 13 Bit) je Umdrehung. Weitere Umdrehungen werden von einem mechanischen Getriebe stufenweise aufgenommen, dessen einzelne Getrieberäder ebenfalls optoelektronisch abgetastet werden. Bei einer Kapazität von maximal 25 Bit ergibt sich damit ein Messbereich von 4.096 Umdrehungen (12 Bit). Nach einer Spannungsunterbrechung steht der jeweilige Positions-Istwert wieder als absolute Größe zur Verfügung.

Integrierte Sicherheit

Die Winkelcodierer der neuen Varianten CRD/S erlauben den direkten Anschluss als Slave-Teilnehmer am Profisafe-Bus. Erforderlich ist dazu gleichzeitig der Einsatz einer externen Auswerteeinheit, die das Profisafe-Protokoll für Distributed Safety unterstützt. Zur Einstufung entsprechend SIL2 ist eine Reihe von Überwachungsfunktionen implementiert. Dazu gehören die Überwachung der Controllerfunktion durch einen Speichertest und CRC-Prüfung der Parameter, die Überwachung des Programmablaufs durch die Implementierung von inversen Funktionen für sicherheitskritische Programmabläufe, die Prüfung der Codepositionen der ersten Stufe durch zusätzliche Impulse bei den Schrittwechseln oder die Überwachung des Umdrehungszählers durch paralleles Zählen der Monotour-Nullübergänge und einen anschließenden Vergleich mit der Multitourabtastung. Zudem werden Spannungsversorgung und Stromaufnahmen sowie Takt und Timer zusätzlich überwacht.

Bei den Ausgangssignalen von Geräten mit Profisafe-Interface wird zwischen den Positionsparametern der Winkelcodierer und den Überwachungsparametern, den sogenannten F-Parametern, unterschieden. In vielen Anwendungsfällen hat sich zudem die Ausgabe eines Geschwindigkeitssignals als zweckmäßig erwiesen, etwa für die Detektierung der Bewegung der Antriebseinheit. Dazu werden die Digits auf einer Zeitbasis von 10 oder 100 Millisekunden erfasst und als 16-Bit-Wert gemeinsam mit dem Positionswert und den F-Parametern als Input-Signal auf den Bus ausgegeben. Die Output-Daten umfassen neben dem Kontroll-Bit für den Referenzwert den Referenzwert selbst sowie die F-Daten. Der Geschwindigkeitswert ist ein sicherheitsrelevanter Wert und wird deshalb mit den entsprechenden Kennwerten für PFH (Wahrscheinlichkeit eines gefahrbringenden Fehlers pro Stunde), SFF (Anteil ungefährlicher Ausfälle) und HFT (Hardwarefehlertoleranzen) ausgegeben.

Nach der erfolgreichen Implementierung der Profisafe-Software in die elektrooptischen Winkelcodierer ist das nächste Ziel der Düsseldorfer Drehgeberspezialisten eine entsprechende Erweiterung auch für die bekannten magneto-elektronischen Winkelcodierer der Modellreihe TRD, die mit dem Profibus-Interface ebenfalls seit einigen Jahren in Maschinen und Anlagen zum Einsatz kommen. Diese Drehgeber kombinieren eine kompaktere Bauform mit nur 50 Millimeter Gehäusedurchmesser mit Schutzarten bis IP69K, einem breiteren Arbeitstemperaturbereich von –40 bis +85 Grad Celsius und der Möglichkeit zum Einsatz unter Wasser in zu bis 200 Meter Tiefe.

Th. W. Kessler, Ulf Stark, TWK/bt

Erschienen in Ausgabe: 02/2010