SINAMICS Safety Integrated. Frei verwendbar / Siemens AG Alle Rechte vorbehalten.

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1 SINAMICS Safety Integrated

2 Der Ursprung der antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen liegt in der EN Gefahr: Elektrischer Schlag Unerwartete Bewegung Reaktion im Notfall: Sicher Ausschalten (galvanische Trennung) Eine Handlung im Notfall, um die Versorgung mit elektrischer Energie zur ganzen oder einem Teil einer Installation abzuschalten, falls ein Risiko für elektrischen Schlag besteht. Sicher Stillsetzen Eine Handlung im Notfall, um einen Prozess oder eine Bewegung anzuhalten, der (die) gefahrbringend wurde. Abschalten der elektrischen Energie erlaubt, aber nicht gefordert. Befehl: (genormt) NotAus NotHalt Gleiche Taste jedoch unterschiedliche Funktion. Das sichere Stillsetzen wird durch StoppFunktionen realisiert. Seite 2 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

3 Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Risikobeurteilung Risikominderung Nachweis Im Detail muss der Hersteller folgende Schritte durchführen: Maschine beschreiben Sicherheitskonzept entwickeln Validierung durchführen Gefahren identifizieren Sicherheitskonzept umsetzen Richtlinienkonformität nachweisen Risiken bewerten Maßnahmen dokumentieren CEKennzeichnung anbringen Seite 3 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

4 Die möglichen Gefährdungen können nach EN ISO identifiziert werden. Risikobeurteilung Schneiden Herabfallen Bewegung Schwerkraft Annäherung Drehung Einschneiden Quetschen Quetschen Quetschen Quetschen Einziehen Abschneiden Stoßen Stoßen Stoßen Stoßen Reiben Scheren Stauchen Abschürfen Quetschen Identifizieren Sie systematisch alle vernünftigerweise vorhersehbaren Gefährdungen in sämtlichen Lebensphasen (von der Planung bis zur Außerbetriebnahme) und Betriebsarten (Inbetriebnahme, Automatikbetrieb, Einrichten und Wartung) der Maschine. Für die Risikobeurteilung einer Maschine kann die EN ISO herangezogen werden. EN ISO 12100: Sicherheit von Maschinen Allgemeine Gestaltungsleitsätze Risikobeurteilung und Risikominderung Seite 4 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

5 Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Risikobeurteilung Risikominderung Nachweis Im Detail muss der Hersteller folgende Schritte durchführen: Maschine beschreiben Sicherheitskonzept entwickeln Validierung durchführen Gefahren identifizieren Sicherheitskonzept umsetzen Richtlinienkonformität nachweisen Risiken bewerten Maßnahmen dokumentieren CEKennzeichnung anbringen Seite 5 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

6 Umsetzung der StoppFunktionen gemäß EN durch antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen EN EN StoppKategorie 0 n Auslösung StoppBefehl (Energie aus) Safe Torque Off Energiezufuhr wird sofort abgeschaltet Abschaltung elektromechanisch oder elektronisch Galvanische Trennung ist nicht gefordert Austrudeln t StoppKategorie 1 Antrieb wird elektrisch in den Stillstand gebremst n Gesteuertes Stillsetzen Safe Stop 1 Im Stillstand wird die Energiezufuhr abgeschaltet Abschaltung elektromechanisch oder elektronisch Galvanische Trennung ist nicht gefordert StoppKategorie 2 Antrieb wird elektrisch in den Stillstand gebremst n Gesteuertes Stillsetzen kein Drehmoment t Safe Stop 2 Im Stillstand wird die Energiezufuhr beibehalten volles Drehmoment t Seite 6 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

7 Extended Functions Basic Functions Übersicht der Sicherheitsfunktionen im Antrieb gemäß EN Funktionale Sicherheit Funktionen zum sicheren Stillsetzen Safe Torque Off (STO) Safe Stop 1 (SS1) Safe Stop 2 (SS2) Safe Operating Stop (SOS) Funktionen zum sicheren Bremsenmanagement Safe Brake Control (SBC) Safe Brake Test (SBT) Funktionen zum sicheren Überwachen der Bewegung SafelyLimited Speed (SLS) Safe Speed Monitor (SSM) Safe Direction (SDI) Funktionen zum sicheren Überwachen der Position SafelyLimited Position (SLP) Safe Position (SP) Seite 7 SBC und SBT gehen über den in der Norm genannten Umfang hinaus. Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

8 SINAMICS Niederspannungsumrichter Für jede Anwendung den passenden Umrichter BasisAnwendungen mit kleiner Leistung Standard Anwendungen mit kleinen bis großen Leistungen BasisServo Anwendungen Anspruchsvolle Anwendungen mit kleinen bis großen Leistungen G110 V20 G120C G120P G120 G120 D G130/G150 G180 S110 V90 S120 AC S120 S150 0,12kW 3kW 0,12kW 30W 0,55kW 18,5kW 0,37kW 400kW 0,37kW 250kW 0,75kW 7,5kW 75kW 2.700kW 2,2kW 6.600kW 0,12kW 90kW 0,4kW 7kW 0,12kW 90kW 1,6kW 5.700kW 75kW 1.200kW 230V 230V 400V 400V 400V 230V 400V 500V 690V 400V 400V 500V 690V 400V 500V 690V 230V 400V 400V 230V 400V 400V 500V 690V 400V 500V 690V IP20 IP20 IP20 IP20 IP55 IP20 IP65 IP00 IP54 IP20 IP54 IP20 IP20 IP20 IP20 IP54 IP20 IP54 Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Flüssigkeit Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Kühlung Luft Flüssigkeit Kühlung Luft Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q 4 Q Betrieb 2 Q 4 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q Betrieb 2 Q 4 Q Betrieb 2 Q 4 Q Katalog D31 Broschüre V20 Katalog D31 Katalog D35, D31 Katalog D31 Katalog D31 Katalog D11 Katalog D18.1 Katalog D31 Broschüre V90 Katalog PM21 Katalog PM21, D21.3 Katalog D21.3 Safety Int. nein Safety Int. nein Safety Int. ja Safety Int.* nein Safety Int. ja Safety Int. ja Safety Int. ja Safety Int. ja Safety Int. ja Safety Int. ja Safety Int. ja Safety Int. ja Safety Int. ja * In Vorbereitung Seite 8 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

9 SINAMICS G120 Steckbrief universeller Antrieb im gesamten Industrie und Gewerbebereich Modulare Umrichtersystem mit den Funktionseinheiten Control Unit (CU) und Power Module (PM) für jede Anwendung. Powermodul Varianten: Powermodul ohne Bremschopper PM230 Technik im Überblick 0,37kW 90kW (Power Module PM 230) 0,37kW 250kW (Power Modul PM 2402 und PM240) 7,5kW 90kW (Power Modul PM 250) Regelungsarten: U/f, ECO, Vektor, Drehmoment Motoren: Asynchron und Synchronmotoren Sicherheitsfunktionen teilweise bis SIL 3 oder PL e Powermodul mit Bremschopper PM2402 / PM240 Powermodul rückspeisefähig PM250 Stärken in Kürze Viele innovative Funktionen: Rückspeisefähigkeit, neues Kühlkonzept für zuverlässigen Betrieb, Energiesparfunktionen Aufwandsarme und durchgängige Lösungen: durch Totally Integrated Automation (TIA) intuitive Durchgängigkeit vom SINAMICS zur Automatisierungsebene SIMATIC Integrierte Sicherheitsfunktionen STO, SS1, SBC, SLS, SDI, SSM ( kein Geber nötig) Frei programmierbare logische Funktionsbausteine Seite 9 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

10 SINAMICS S120 DCDrives Steckbrief Für anspruchsvolle Anwendungen im kleinen bis mittleren Leistungsbereich Das modulare Umrichtersystem in unterschiedlicher Bauform für High Performance und MotionControl Aufgaben. Einbaugeräte in den Bauformen BooksizeCompact Booksize Chassis Technik im Überblick 1,6 kw 107 kw (BooksizeGeräte) 75 kw 1200 kw (ChassisGeräte) bis 1700 kw auch flüssigkeitsgekühlt Regelungsarten: U/f, ECO, Vektor, Servo, Drehmoment Motoren: Asynchron und Synchronmotoren Integrierte Sicherheitsfunktionen Sicherheitsfunktionen teilweise bis SIL in 2 SIL 3 oder und PL d dezentral Schrankgeräte S120 Cabinet Modul Stärken in Kürze Integrierter Webserver Integrierte Sicherheitsfunktionen STO, SS1, SS2, SBC, SLS, SDI, SSM, SOS, SLP, SP, SBT ( größtenteils ohne Geber möglich) Frei projektierbare Logik und Regelungsfunktionen Energieeffizient durch Rückspeisefähigkeit und gemeinsamen Zwischenkreis Spezielle Einspeisung (Active Line) erzeugt keine Blindleistung Seite 10 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

11 Sicherheitskonzept entwickeln Maßnahmen für die Beispielmaschine in Richtung Antriebstechnik Trennscheibe Vertikalfahrt mit SINAMICS S120 SS1 Stillsetzen der Vertikalfahrt bei Not Halt Trennscheibe mit SINAMICS G120 SS1 Stillsetzen der Trennscheibe bei Not Halt SLS Einrichtbetrieb SBC sichere Ansteuerung der Haltebremse SBT Test des Haltemomentes der Bremse SLP Überwachung eines zulässigen Verfahrbereiches SDI korrekte Richtung der Trennscheibe SSM Öffnen der Schutztür bei fast Stillstand Seite 11 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

12 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Brake Test (SBT) Funktion Anwendungsbeispiele Kundennutzen Sichere Prüfung der Funktion verschleißbehafteter Bremsen durch Aufbau eines Momentes gegen die geschlossene Bremse. Je Antrieb können 2 Bremsen mit unterschiedlichen Testmomenten geprüft werden. Einsetzbar für Motorhaltebremsen und externe Bremsen. Aufbau einer Sicheren Bremse durch Zusammenspiel von SBC + SBT. Erkennung von Fehlern oder Verschleiß in der Mechanik der Bremse. Automatische Tests der Bremswirkung reduzieren die Wartungsaufwendungen und erhöhen die Sicherheit und Verfügbarkeit der Maschine/Anlage. Einsetzbar bei Vertikalachsen und hängenden Lasten z.b. bei Portalkränen, Pressen. Geeignet, um zusammen mit SBC eine sichere Bremse zu realisieren. Seite 12 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

13 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safely Limited Speed (SLS) Funktion Anwendungsbeispiele Kundennutzen Die Funktion SLS überwacht, dass eine parametrierte Maximalgeschwindigkeit nicht überschritten wird. Falls die erlaubte Geschwindigkeit überschritten wird, wird eine parametrierbare Stoppreaktion vom Antrieb eingeleitet. Es stehen vier Grenzwertstufen zur Verfügung, zwischen denen im Betrieb umgeschaltet werden kann. Variable Grenzwerte können während des Betriebs über PROFIsafe vorgegeben werden. Direktes Arbeiten an einer Anlage während des Betriebs, im Einrichtbetrieb oder bei Wartungsarbeiten z.b. bei Förderbändern, Schleifmaschinen, Wicklern, Pressen, Stanzen. Sichere Beschränkung der Maximaldrehzahl zum Schutz des Bedieners, der Maschine und des Werkstücks, z.b. bei Bearbeitungsmaschinen, Textilmaschinen. Kontinuierliches Nachführen der Drehzahlgrenze in Abhängigkeit der Wickeldurchmessers. Geeignet für Maschinen, bei denen Gefährdungen durch Überschreitung einer Geschwindigkeit entstehen können. Seite 13 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

14 Safely Limited Speed (SLS) in konventioneller Verdrahtung Bei Drehzahlüberschreitung wird der Frequenzumrichter abgeschaltet. Sehr hoher Verdrahtungsaufwand, durch mehrere Sicherheitsschaltgeräte und Schütze. Für die Drehzahlerfassung sind ein Drehzahlgeber, zwei Initiatoren und ein sicherer Drehzahlwächter nötig. Kein Schutz vor Manipulation der Sicherheitsfunktionen. Wartungsintensiv, durch viele unabhängige Überwachungsgeräte und mechanischer Abschaltung. Seite 14 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

15 Safely Limited Speed (SLS) mit dem SINAMICS G120 über PROFIsafe Auswerten Erfassen Fehlersichere Steuerung PROFINET / PROFIsafe Dezentrale Peripherie mit FModulen Reagieren Antrieb mit Integrierter Sicherheit + + Über die sicheren Digitaleingänge des FCPU werden die Sicherheitssensoren eingelesen und verknüpft. Mittels Profinet mit PROFIsafe wird im SINAMICS G120, die Sicherheitsfunktion SLS aktiviert. Zusätzlich können weitere Sicherheitsfunktionen wie STO oder SS1 genutzt werden. Der Status der SINAMICS G120 Sicherheitsfunktionen wird sicher über PROFIsafe an die FCPU zurückgemeldet und kann dort im Sicherheitsprogramm weiter verarbeitet werden. Sofortige Überwachung der Verzögerungsrampe und der limitierten Geschwindigkeit. Einfache Erweiterungsfähigkeit und Mehrfachverwendung des Sensorsignals für mehrere Antriebe ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand. Seite 15 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

16 Safely Limited Speed (SLS) Gegenüberstellung der Kosten am Beispiel eines 1,5kW Antriebes Konventionelle Verdrahtung: Anzahl Gerät Platzbedarf (rein Geräte) 1 SINAMICS G120 mit PM cm² 1 SINAMICS G120 mit CU240E2PN 0 cm² 1 Drehzahlwächter 50 cm² 1 Kabeladapter zw. Encoder und Drehzahlwächter 2 Initiator 0 cm² 2 Schütze 30 cm² 2 Entstörglieder 0 cm² 248 cm² 25 cm² Verdrahtung über PROFINET Anzahl Gerät Platzbedarf (rein Geräte) 1 SINAMICS G120 mit PM cm² 1 SINAMICS G120 mit CU240E2PN F 0 cm² Preisvorteil von bis zu 30% 143 cm² Seite 16 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

17 Safely Limited Speed (SLS) Lizenzhandling beim SINAMICS S120 + reine Softwarefreischaltung + keine weitere Hardware nötig bei PROFIsafe + Achsen sind individuell einstellbar Lizenzhandling beim SINAMICS S120 mit CU3202 Anzahl Beschreibung Bestellnummer 1 CompactFlash Card ohne SafetyLizenz 6SL30540EH001BA0 1 CompactFlash Card mit SafetyLizenz für 1 Achse 6SL30540EH001BA0 Z +F01 1 CompactFlash Card mit SafetyLizenz für 2 Achse 6SL30540EH001BA0 Z +F02 1 CompactFlash Card mit SafetyLizenz für 3 Achse 6SL30540EH001BA0 Z +F03 1 Nachlizenzierung der SafetyLizenz 6SL30740AA100AA0 Seite 17 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

18 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Direction (SDI) Funktion Anwendungsbeispiele Kundennutzen Mit SDI wird sicher überwacht, dass sich der Antrieb nur in die zulässige Richtung bewegt. Falls sich der Antrieb in die falsche Richtung bewegt, wird eine parametrierbare Stoppreaktion eingeleitet. Die Sollwerthoheit bleibt dem überlagertem Motion Controller erhalten. Dieser muss sicherstellen, dass der Antrieb nach Ablauf der projektierten Zeit die korrekte Drehrichtung erreicht hat. Steigerung der Produktivität, da ein Schutzraum für den Bediener freigegeben werden kann, sobald sich die Maschine vom Bediener wegbewegt, z.b. bei Regalbediengeräten, Kränen, Kunststoff Pressen. Verhinderung mechanischer Beschädigungen der Maschine bei unzulässiger Drehrichtung, z. B. bei Fräsmaschinen. Geeignet für Maschinen, bei denen zyklisch Material beschickt und entnommen werden muss oder zum Schutz vor unzulässiger Drehrichtung. Seite 18 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

19 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safely Limited Position (SLP) Funktion Anwendungsbeispiele Kundennutzen Mit der Funktion SLP kann sicher überwacht werden, dass sich die Achse in einem definierten Verfahrbereich bewegt. Es kann während des Betriebs zwischen 2 Verfahrbereichen umgeschaltet werden. Falls eine der Verfahrgrenzen verletzt wird, wird die parametrierte Stoppreaktion ausgeführt. Überall dort, wo der Verfahrbereich nicht durch Schutztüren oder Schutzgitter (komplett) abgesichert werden kann, z.b. bei Regalbediengeräten, Portalkränen, Bearbeitungszentren. Mit SLP werden sichere Softwareendschalter realisiert; mechanische Endschalter können eingespart werden. Geeignet für Maschinen, bei denen Schutzräume überwacht werden müssen. Seite 19 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

20 SINAMICS AntriebsSicherheitsfunktionen Ansteuerung der Sicherheitsfunktionen SINAMICS bietet zwei Varianten für die Ansteuerung der Sicherheitsfunktionen: Über Klemmen (z.b. beim Einsatz einer konventionellen Sicherheitsschaltung) Sensorik ggf. konventionelle Sicherheitsschaltung M M Über den Feldbus Profibus/Profinet mit sicherer Kommunikation PROFINET / PROFIsafe (z.b. beim Einsatz einer Fehlersicheren Steuerung) Sensorik Fehlersichere Steuerung M M SINAMICS passt in jedes Sicherheitskonzept Seite 20 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

21 Ansteuerung der Sicherheitsfunktion mit PROFIsafe Beispiel Function Safe Torque Off (STO) Angesteuert werden kann STO z.b. durch den direkten Anschluss eines NotHalt Taster an den fehlersicheren Eingang (F DI) des G110M oder über PROFIsafe. Diese beiden Varianten können auch kombiniert werden. Rückmeldung STO aktiviert Aktivierung von STO in den weiteren Antrieben Weitere Sicherheitsschaltgeräte sind nicht erforderlich. STO über PROFIsafe STO aktiviert STO über PROFIsafe Anwendungsbeispiel: Abschaltung im NotHalt Fall NotHalt Betätigung Einfache Realisierung von Sicherheitsfunktionen und Einsparung von fehlersicherer Peripherie Seite 21 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

22 Aufbau des PROFIsafe Telegramms 30 Steuerwort des PROFIsafeTelegramms 30 Bit STW SDI neg. SDI pos. SLS Bit 1 SLS Bit 0 Int. Event ACK SLS SS1 STO Zustandswort des PROFIsafeTelegramms 30 Bit ZSW SSM SDI neg. akt SDI pos. akt. Aktives SLS Bit 1 Aktives SLS Bit 0 Int. Event SLS aktiv SS1 aktiv STO aktiv Seite 22 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

23 Aufbau des PROFIsafe Telegramms 900 Steuerwort des PROFIsafeTelegramms 900 Bit S_STW1 SDI neg. SDI pos. SLS Bit 1 SLS Bit 0 Int. Event ACK SLS SS1 STO Bit S_STW5 Zustandswort des PROFIsafeTelegramms 900 Bit S_ZSW1 SSM SDI neg. akt SDI pos. akt. Aktives Aktives SLS Bit 1 SLS Bit 0 Int. Event SLS aktiv SS1 aktiv STO aktiv Bit S_ZSW5 FDI 2 FDI 1 FDI 0 Seite 23 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

24 Die Safety IBN kann im Startdrive V13 SP1 Online in wenigen Schritten durchgeführt werden. 1. Antrieb Online verbinden 7. Safety IBN beenden 2. Safety IBN starten 3. Sicherheitsfunktion(en) und Ansteuerart auswählen 6. PROFIsafeAdresse Online einstellen und Zusatzdaten mit Parameter verschalten 4. Sicherheitsfunktion(en) parametrieren Seite Teststopp festlegen Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

25 Die Maschinenrichtlinie 2006/42/EG Risikobeurteilung Risikominderung Nachweis Im Detail muss der Hersteller folgende Schritte durchführen: Maschine beschreiben Sicherheitskonzept entwickeln Validierung durchführen Gefahren identifizieren Sicherheitskonzept umsetzen Richtlinienkonformität nachweisen Risiken bewerten Maßnahmen dokumentieren CEKennzeichnung anbringen Seite 25 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

26 Validierung beim SINAMICS Unterstützung durch Software Seite 26 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

27 Validierung beim SINAMICS Unterstützung durch Handbuch Seite 27 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

28 SINAMICS G und S mit Safety Projektierung Erforderliche Maßnahmen bei Komponententausch Der Komponententausch wird nach CRCCheck erkannt und mit F1640/F1641 (Komponenten getauscht partieller Abnahmetest erforderlich) dargestellt. Die notwendigen Maßnahmen werden mit Fehler F1650 beschrieben: Seite 28 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

29 SINAMICS ApplikationsBeispiele Startseite Auswahl des SINAMICS Antrieb Auswahl der Funktion Auswahl der S7 Steuerung Auswahl der Projektierungssoftware (TIA Portal) Auswahl der Kommunikation (DB, PN, ) Safety, DCC, FFB,. Schneller zu passenden Applikation: Auswahl der passenden Applikation nach produkt, anlangen und kundenspezifischen Vorgaben Seite 29 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

30 Auf unseren Internetseiten finden Sie alle Informationen zu SINAMICS Safety Integrated. Seite 30 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

31 Die sichere Fabrik Die Schneidmaschine mit Materialvorschub muss gemäß SIL2 nach IEC bzw. PL d nach EN ISO stillgesetzt werden und gegen Wiederanlauf gesichert sein, sobald die Türen geöffnet werden das NotHaltBefehlsgerät gedrückt wird. 3 das 2Hand Bediengerät nicht betätigt wird ( Manueller Betrieb) Seite 31 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated

32 Die sichere Fabrik Vorstellung der Ansteuerung SINAMICS G120 über Technologieobjekt Drehzahlachse und PLCOpen Bausteine der S71516F Inbetriebnahme Safetyfunktion STO im Antrieb und Ansteuerung über PROFIsafe Live Demo Seite 32 Industrietag Die sichere Fabrik mit Safety Integrated