Von der statischen zur dynamischen Sicherheitstechnik

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1 Von der statischen zur dynamischen Sicherheitstechnik Sicherheit und Antriebstechnik Tagung zur IEC (VDE 0803) Armin Glaser Leiter Produktmanagement

2 Themenübersicht Normative Einbindung der IEC Normative Sicherheitsfunktionen Stoppfunktionen Sichere Bewegungsfunktionen Sichere Bremsfunktionen Vergleich von Lösungen Sicherheit und Antriebstechnik Extern/Intern Applikationsbeispiele Ausblick und Trends in der Sensorik in der Antriebstechnik in der sicheren Antriebstechnik Anforderungen an die dynamische Sicherheit

3 Marktführerschaft durch Technologieführerschaft

4 Technologische Schritte der sicheren Steuerungstechnik diskret zentral Feldbus Ethernet ST HMI FS MC 4

5 Sicherheitsnormen (Auswahl)

6 Normative Einbindung der IEC IEC :2007 Elektrische Leistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl Teil 5-2: Anforderungen an die Sicherheit Funktionale Sicherheit Produkte nach IEC können in sicherheitsbezogene Steuerungssysteme nach IEC in spezifische Bereiche wie IEC 61511, IEC 61513, IEC nach ISO eingebaut werden gelistet unter der Maschinenrichtlinie 2006/42/EC Zur Erfüllung der Maschinenrichtlinie und zum Erlangen des CE-Zeichens sind u.a. folgende Normen wichtig: EN ISO Sicherheit von Maschinen allgemeine Gestaltungsleitsätze NEU: EN ISO Sicherheit von Maschinen - Leitsätze zur Risikobeurteilung EN Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen NEU: EN ISO EN IEC funktionale Sicherheit von elektrischen, elektronischen und programmierbaren Maschinensteuerungen EN Elektrische Ausrüstung von Maschinen EN 1088 Verriegelungseinrichtungen in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen EN 418 NOT-AUS-Einrichtungen EN x Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen NEU: EN Adjustable Speed Electrical Power Drive Systems

7 Sicherheitsfunktionen auf Basis der IEC Antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen Sichere Stoppfunktionen Sichere Bewegungsfunktionen Sichere Bremsfunktionen

8 Sichere Stoppfunktionen Sicher abgeschaltetes Moment (STO safe torque off, Stop-Kat 0, EN ) Stoppkategorie 0 nach EN Sichere Trennung der Energiezufuhr zum Motor Antrieb stromlos schalten Austrudeln der Achse, Sichere Wiederanlaufsperre Sicherer Stopp 1 (SS1 safe stop 1, Stop-Kat 1, EN ) Stoppkategorie 1 nach EN Überwachte Bremsrampe Danach: Aktivierung der STO-Funktion (Energiezufuhr) Nach dem Stoppen Antrieb stromlos schalten Sicherer Stopp 2 (SS2 safe stop 2, Stop-Kat 2, EN ) Stoppkategorie 2 nach EN Bis Ende Bremsrampe wie SS1 Danach Übergang in den sicheren Betriebshalt (SOS), Position wird aktiv gehalten Überwachte Rampe zum Stillstand, Motor bleibt bestromt, Überwachung Geschwindigkeit 0

9 Sichere Bewegungsfunktionen Sicherer Betriebshalt (SOS safe operating stop) Position wird aktiv gehalten Überwachte Rampe zum Stillstand, Motor bleibt bestromt, Überwachung der aktuellen Position Sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS safely limited speed) Wird der Grenzwert der Geschwindigkeit überschritten erfolgt Abschaltung Überwachung der sicheren reduzierten Geschwindigkeit, Einstellbare Zeit zum Erreichen der reduzierten Geschwindigkeit Sicherer Geschwindigkeitsbereich (SSR safe speed range) Überwachung auf Über- und Unterschreitung des Grenzwertes Sichere Bewegungsrichtung (SDI safe direction) Überwachung ob Bewegungsrichtung der Richtungsvorgabe entspricht

10 Sichere Bremsfunktionen Sichere Bremsenansteuerung (SBC safe brake control) Sicherer Digitalausgang zur Ansteuerung einer Bremse Sicherer Bremsentest (SBT safe brake test) Testprogramm zur Prüfung der verschleißbehafteten Haltebremsen

11 Trends in der Antriebstechnik / Automatisierung Extern versus antriebsintegriert Externe Lösung: Sichere Bewegungsüberwachung (Drehzahl und Stillstand) in externen Geräten Vorteil: Unabhängig vom Antriebssystem Gängig bei Retrofit-Projekten Antriebsintegrierte Sicherheit: Sichere Bewegungsüberwachung im Antrieb integriert bis PL e / SIL 3 Vorteil: Schnelle Fehlerreaktion durch Überwachung im Antrieb

12 parallele Schnittstelle Sichere E/A-Kopplung PMC, Pilz Motion Control

13 Trends in der Antriebstechnik / Automatisierung Merkmale im Vergleich Vorteile/Merkmale externe Antriebssicherheit Unabhängig vom verwendeten Antrieb Universeller Einsatz Einfach erweiterbar zur sicheren Gesamtlösung (I/O-Module, Koppelmodule, Drehzahlmodule, viele Feldbusanschaltungen) Einfachste Parametrierung Vorteile/Merkmale antriebsintegrierte Lösung Verkürzte Reaktionszeiten Weniger Platzbedarf Geringere Anzahl an externen Sicherheitskomponenten Geringerer Verdrahtungsaufwand

14 Applikationsbeispiele Einrichtbetrieb neu: Definierte Betriebsart nach EN Sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS) Sichere Bewegungsrichtung (SDI) Sicheres Arbeiten bei geöffneten Schutztüren führt zu Reduzierten Rüstzeiten durch besseren Einblick in den Rüstbereich Höherer Arbeitssicherheit durch Sicherstellung der Bewegungsrichtung entsprechend der gewählten Tippfunktion Höherer Arbeitssicherheit durch sicher begrenzte Einrichtgeschwindigkeiten

15 Applikationsbeispiele Einrichtbetrieb neu: Definierte Betriebsart nach EN Betrieb im gefährlichen Zustand Einrichtbetrieb Störungsbeseitigung Service/Wartung Anforderung Notwendiger Aufenthalt im Gefahrenbereich sicher gestalten Bei geöffneter Schutztür durch Sichere Geschwindigkeit

16 Applikationsbeispiele Vertikalachsen/hängende Lasten Sicherer Bremsentest (SBT) Sichere Bremsenansteuerung (SBC) Sichere Bremsfunktionen führen durch automatischen Test der Bremswirkung zu Reduzierten Wartungsaufwendungen Erhöhter Produktivität und Verfügbarkeit Höherer Sicherheit

17 Applikationsbeispiele Eingriffe in den laufenden Prozess Sicherer Betriebshalt (SOS) Sicherer Stopp 2(SS2) Sicherer Betriebshalt (SOS und SS2) führt zu höherer Produktivität durch Erhalt der Achsensynchronität Einfacheres und schnelles Wiederanlaufen der Anlagen Höherer Sicherheit durch Schutz vor unerwartetem Wiederanlauf der Anlage

18 Applikationsbeispiele flexiblere Zusammenarbeit Mensch / Maschine Sichere Kamera SafetyEYE Sicheres Kamerasystem und antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen für größere Flexibilität in Fertigungszellen Sichere dreidimensionale Raumüberwachung Applikationen ohne Schutzzäune Flexiblere Be- und Entladevorgänge von Maschinen Schutz- und Warnbereiche in mehreren Raumordnungen konfigurierbar Schutzräume nach Prozessfortschritt umschaltbar Im Warnbereich Sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS) Im Schutzbereich Sicherer Stopp 2 (SS2)

19 Applikationsbeispiele Servopressen Antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen höhere Sicherheit beim manuellen Be- und Entladen von Pressen Sicherer Geschwindigkeitsbereich (SSR) verhindert bei Fehler des Stößelantriebs in der Rückbewegung nach OT die Quetschgefahr zwischen Stößel und Auswerfer Sichere Bewegungsrichtung (SDI) für das Einrichten der Presse Bremsen verhindern Bewegungen im Stillstand Sichere Bremsenansteuerung (SBC) verhindert unerwartete Freigabe der Achsen Sicherer automatischer Bremsentest (SBT) erhält das Sicherheitsniveau

20 Themenübersicht Normative Einbindung der IEC Normative Sicherheitsfunktionen Stoppfunktionen Sichere Bewegungsfunktionen Sichere Bremsfunktionen Vergleich von Lösungen Sicherheit und Antriebstechnik Extern/Intern Applikationsbeispiele Ausblick und Trends in der Sensorik in der Antriebstechnik in der sicheren Antriebstechnik Anforderungen an die dynamische Sicherheit

21 Trends in der Sensorik ein zwei dreidimensionale Überwachung Gestern Heute Schutztürschalter Türschalter mit Zuhaltung Safety Statische Sicherheitsfunktionen Safety Komplexe, dynamische Sicherheitsfunktionen

22 Trends in der Standard-Antriebstechnik Von der Königswelle zur virtuellen Leitachse Gestern mechanisch geprägt Wellenverbindungen Kurvenscheiben Große bewegte Massen Beschränkte Taktzeiten Verschleiß reduziert Verfügbarkeit Heute Virtuelle Leitachse Elektronische Kurvenscheiben Leistungsfähige Motionsteuerungen Echtzeitfähige Ethernet-basierende Feldbusse Technologiefunktionen Optimierte Taktzeiten Höhere Verfügbarkeit

23 Sichere Interaktion Mensch & Maschine - dynamisches Verhalten - Sicherer Roboter Kennt sicher seine Position Sicherer Sensor Kennt sicher die Position des/r Menschen 23

24 Trends in der sicheren Antriebstechnik Sichere Einzelachsen Sicherer Achsverbund Synchrone digitale Antriebsregelungen benötigen achsübergreifende Sicherheitsfunktionen Sicherheitsfunktionen bis PL e / SIL 3 Risikoanalyse für fehlende mechanische Königswelle Performante Sicherheitssteuerung und sicherer Feldbus für achsübergreifende Sicherheitsfunktionen

25 Anforderungen an die dynamische Sicherheit Sichere achsübergreifende Überwachung von Bewegungen bei Beschleunigung Geschwindigkeit Position Primäres Ziel: Kurze Reaktionszeiten zur Reduzierung von Nachlaufwegen Variable Grenzwerte z.b. in Form von konfigurierbaren Hüllkurven z.b. zur Überwachung von Sollwerten von Einzelachsen Bei abhängigen Bewegungen

26 Neue Aufgabenstellung im dynamischen Verbund Sichere Sensorik - Verarbeitung - sichere Aktorik Sensorik Unterscheidung in Warn- und Abschaltbereiche mehrdimensionale Überwachung sichere Kennfelder dynamische Schutzbereiche, der Bewegung nachgeführt Mehrfachnutzen (für ST-Aufgaben) Aktorik Stoppkategorien Sicherer Halt, Drehrichtung Sichere Drehzahl/sicherer Stillstand Sichere Position Sicheres Drehmoment (Begrenzung) Sichere verbundenen Achsen Steuerung / Netzwerk Durchgängigkeit für Safety&Control&Motion Direkte Datenkopplung Hohe Bandbreite d. Netzwerkes Komplexe Daten Rückwirkungsfreiheit (ST/FS)

27 Wahrnehmung der Sicherheitstechnik im Wandel der Zeit Moderne Pressenlinie in der Automobilindustrie Schutzeinrichtungen an einer Presse um 1950 Sicherheit ist ein Unternehmenswert! Warum heute mehr Sicherheit? Anstieg der Komplexität von Anlagen gleichzeitig hoher Fokus auf die Produktivität Oft enormer Zeitdruck bei Arbeit und Wartung Hohe Unfallfolgekosten Rufschädigung über Medien Mitarbeiter sind Kapital des Unternehmens Maschinen sind Kapital des Unternehmens verschärfte Sanktionen durch Gesetzgeber bei Nichteinhaltung der Vorgaben

28 Sicherheitskultur

29 Armin Glaser Pilz GmbH & Co. KG Felix-Wankel-Str. 2, Ostfildern, Deutschland Tel.: , Fax: