Überwachung durch Sicherheitsschaltgeräte, Bild: Phoenix Contact

Sicherheitsschaltgeräte überwachen sich drehende Teile und schützen damit vor Personenschäden. Bild: Phoenix Contact

Zwecks Personenschutzes schreibt die relevante Norm EN ISO 14119 für das Entriegeln einer Zuhaltung vor, dass die durch die Schutzeinrichtung abgedeckten gefährlichen Maschinenbewegungen beendet sind. Um diese Rahmenbedingung zu erfüllen, können Sicherheitsmodule mit Zeitfunktion sowie alternativ sicherheitsgerichtete Komponenten zur Bewegungsüberwachung verwendet werden. Die sichere Bewegungsüberwachung unterscheidet sich im Vergleich zu den Sicherheitsmodulen mit Zeitfunktion dadurch, dass das Signal für das Entsperren der Zuhaltung erst nach dem tatsächlich festgestellten Maschinenstillstand generiert wird. Zu diesem Zweck eignen sich entweder Frequenzumrichter mit eingebauten Sicherheitsfunktionen oder Stillstandswächter.

Integrieren oder eine abgesetzte Lösung

Welche Technologie genutzt wird, hängt von der jeweiligen Anforderung ab. Stillstandswächter sind dabei universell einsetzbar, antriebsunabhängig und erweisen sich als einfach in der Handhabung und Parametrierung. Im Gegensatz dazu zeichnen sich elektrische Antriebe mit integrierten Sicherheitsbausteinen oftmals durch erweiterte Überwachungsfunktionen sowie die Möglichkeit zur Vernetzung aus. Die Wahl der passenden Technologie resultiert somit aus der Komplexität der Applikation sowie den Wünschen der Konstrukteure. Der Trend der sicheren Antriebe wird sich hier weiter fortsetzen. Die Entwicklung zeigt jedoch ebenfalls, dass sich die vom Antrieb abgesetzten Lösungen in zahlreichen Anwendungsbereichen gegenüber sicheren Antrieben behaupten.

Sicherheitsrelais-Familie PSRmini, Bild: Phoenix Contact
Die neue Sicherheitsrelais-Familie PSRmini gibt es in einer Baubreite von sechs und 12,5 Millimeter. Bild: Phoenix Contact

Weiterleitung von Statusinformationen

Für die Überwachung von ein- und dreiphasigen Wechselstrommotoren ohne sicheren Frequenzumrichter bietet Phoenix Contact mit dem Sicherheitsschaltgerät PSR-MM25 aus der Produktfamilie PSRmotion einen sensorlosen Stillstandswächter in nur 12,5 Millimeter Baubreite. Der Anschluss der Messeingänge des Moduls erfolgt über eine direkte Anbindung der Motoranschluss-Leitungen. Die ansonsten üblichen Sensoren, wie Encoder oder Näherungsschalter, die zusätzlich an der Bewegung angebracht werden müssen, können für diese Art der Überwachung entfallen. Anstelle der Signalauswertung der externen Sensoren analysiert das PSR-MM25 die in den Motorwicklungen erzeugte Remanenzspannung. Befindet sich die durch Restmagnetisierung induzierte Spannung unterhalb einer variablen Schwelle, signalisiert das Modul den Motorstillstand, indem es den sicheren Relaisausgang aktiviert.

Da die Spannungsschwelle im Bereich von 50 bis 500 Millivolt eingestellt werden kann, lässt sich der Stillstandswächter an unterschiedliche Motorvarianten anpassen. Über eine zusätzlich einstellbare Verzögerung schalten sich die Ausgänge des Sicherheitsschaltgerätes erst nach dem Unterschreiten der Spannungsschwelle und dem Ablauf der Verzögerungszeit ein. Mit dem sicheren Relaisausgang wird dann beispielsweise eine Verriegelungs-Einrichtung oder eine Haltebremse angesteuert. Falls erforderlich, lassen sich über die integrierten Meldeausgänge Statusinformationen an eine übergeordnete Steuerung weiterleiten.

Äußere Einflüsse sind kein Problem

Die sensorlose Messung eignet sich für den Anschluss an geregelte und ungeregelte Motoren. Entsprechend können Antriebe überwacht werden, deren Ansteuerung entweder über Motorschütze, Halbleiterschütze oder Frequenzumrichter realisiert ist. Die direkte Ankopplung an das Motorklemmbrett ist grundsätzlich möglich, wird allerdings aufgrund der Anschlussart und Leitungsverlegung selten genutzt. Üblicherweise bindet der Anwender die Messleitungen ausgangsseitig an die Motorschütze oder den vorhandenen Frequenzumrichter an.

Weil auf die ansonsten für die Bewegungsüberwachung notwendigen Sensoren verzichtet werden kann, lassen sich Zeitaufwand und Materialkosten einsparen. Ein weiterer Vorteil besteht in der sowohl zuverlässigen als auch robusten Messmethode. Bedingen zum Beispiel Vibrationen im Stillstand bei sensorgestützten Messsystemen oftmals Störungen, bleibt die auf Remanenzspannung basierende Lösung selbst bei äußeren Einflüssen verfügbar.

Anbindung des PSR-MM25, Bild: Phoenix Contact
Anbindung des PSR-MM25 zur Stillstandsüberwachung eines geregelten Antriebs. Bild: Phoenix Contact

Normative Anforderungen

Kommen die Verriegelungs-Einrichtungen für den Personenschutz zum Einsatz, werden ebenfalls normative Anforderungen an das Entsperren der Zuhaltungen gestellt. Der zweikanalige Stillstandswächter PSR-MM25 ist hier für Applikationen bis Kategorie 3 und PL e gemäß EN ISO 13849-1 sowie SIL 3 nach EN/IEC 62061 verwendbar. Zur Stellungsüberwachung einer beweglich trennenden Schutzeinrichtung gemäß Kategorie 3 und PL d sind verschiedene Sicherheitsfunktionen zu betrachten:

  • Der Zugang zur gefahrbringenden Bewegung wird durch eine Schutztür mit Zuhaltung (B1) verhindert.
  • Die Verriegelungs-Einrichtung und das Sicherheitsrelais PSR-MC30 unterbinden unerwartetes Anlaufen aus dem Stillstand.
  • Das Öffnen der Schutzeinrichtung durch Ansteuerung des Zuhaltemagneten (E1/E2) ist erst nach dem Erkennen des Stillstands (PSR-MM25) und der Betätigung des Tasters S1 möglich.

Auf die mechanischen Teile der Zuhaltung muss ein Fehlerausschluss durchgeführt werden. Die Norm EN ISO 14119 unterstützt bei der Gestaltung sowie der Auswahl von Verriegelungs-Einrichtungen in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen.

Verriegelungseinrichtung mit Zuhaltung für Kategorie 3, Bild: Phoenix Contact
Verriegelungseinrichtung mit Zuhaltung für Kategorie 3 mit resultierendem Fehlerausschluss auf die mechanischen Teile der Zuhaltung. Bild: Phoenix Contact

Retrofit-Maßnahmen

Aufgrund des sensorlosen Messprinzips und der entsprechend einfachen Integration in das Antriebskonzept der Applikation eignet sich die beschriebene Technologie insbesondere für die Stillstandsüberwachung an Holzbearbeitungs- und Werkzeugmaschinen sowie Walzantrieben und Zentrifugen. Darüber hinaus bietet sie sich für Anwendungen mit zu überwachenden ein- oder dreiphasigen Elektromotoren an.

Durch seine geringe Baubreite lässt sich das PSR-MM25 sogar bei beengten Platzverhältnissen im Schaltschrank sowie für Nachrüstungen im Rahmen von Retrofit-Maßnahmen nutzen. Für weitere in der Maschine umzusetzende Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt, Lichtgitter oder Transponderschalter stehen die ebenso kompakten Sicherheitsrelais der Produktfamilie PSRmini zur Verfügung. jl

Kompatibilität zu den verschiedenen Signalgebern

Das Produkt-Portfolio von Phoenix Contact umfasst schon seit langem Sicherheitsrelais. Die im Jahr 2000 eingeführte erste Generation der Baureihe ist in der folgenden Zeit stetig ausgebaut worden. Auf Basis einer neuen Relaistechnik des Herstellers können nun bisher nicht gekannte Sicherheitslösungen in den Bereichen Maschinenbau und Prozesstechnik realisiert werden. Die neue Produktfamilie PSRmini steht in einer Baubreite von sechs Millimeter und 12,5 Millimeter zur Verfügung, sodass sich bis zu 70 Prozent Platz gegenüber klassischen Konzepten einsparen lassen.

Während die Klasse der 12,5 Millimeter breiten Relais den Platzbedarf bei vergleichbarer Leistung fast halbiert, können mit der sechs Millimeter schmalen Variante feingranulare Applikationen ab einem Freigabepfad aufgebaut werden. Besonderen Wert haben die Entwickler zudem auf eine hohe Kompatibilität zu den verschiedenen Signalgebern gelegt. Neben klassischen elektromechanischen Sensoren wie Not-Halt oder Schutztürverriegelungen sind ebenfalls Reed- und Transponder-Schalter anschließbar. Darüber hinaus können auch Lichtgitter oder Laserscanner genutzt werden.