SINAMICS Safety Integrated

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1 Einfach und schnell zur sicheren Maschine SINAMICS Safety Integrated siemens.de/safety-drives

2 Sicherheit bei SIEMENS schon immer ein zentrales Thema Das Verhüten von Unfällen darf nicht als eine Vorschrift des Gesetzes aufgefasst werden, sondern als ein Gebot menschlicher Verpflichtung und wirtschaftlicher Vernunft. Werner von Siemens, 1880

3 Einführung 3 Sicherheitssystem 20 antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen 27 Produkte 42 Support 56

4 Sicherheit erfordert Schutz vor allen Gefahren. Sicherheit bedeutet Schutz vor: Elektrischem Schlag Hitze und Feuer Gefährlicher Strahlung Gefährdung durch Funktionsfehler Funktionale Sicherheit ist ein Teil der Gesamtsicherheit einer Einrichtung, die von der korrekten Funktion des sicherheitsrelevanten Steuerungssystems abhängt.

5 Funktionale Sicherheit muss integraler Bestandteil jeder Maschine sein. Viele Millionen Menschen Nach Schätzungen der IAO sterben weltweit jährlich rund 2,2 Millionen Menschen an Arbeitsunfällen und Berufskrankheiten. Durch arbeitsbedingte Ursachen erleiden ca. 270 Millionen Menschen ernste Verletzungen, weitere 160 Millionen Menschen erkranken. Die IAO schätzt, dass die Gesamtkosten solcher Unfälle und Erkrankungen etwa 4 Prozent des weltweiten Bruttoinlandsprodukts ausmachen 4 % des Bruttoinlandprodukts IAO = Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation

6 Gefahren, die durch Funktionsfehler entstehen, müssen verhindert werden, bevor sie auftreten. Funktionsfehler sind eine potentielle Gefahr für: Mensch Maschine Prozess Funktional sichere Steuerungs- und Schutzeinrichtungen verhindern: Personenschäden: Verletzung oder Tod von Menschen Schäden an Maschinen: Zerstörung oder Beschädigung von Produktionseinrichtungen Funktionale Sicherheit bringt weitere Vorteile: Geringere Systemkosten durch weniger Komponenten und geringeren Verdrahtungsaufwand Höhere Produktivität durch geringere Stillstandszeiten

7 Die europäische Maschinenrichtlinie 2006/42/EG legt die Sicherheitsanforderungen an Maschinen verbindlich fest. Die Maschinenrichtlinie MRL 2006/42/EG beschreibt u.a. grundlegende Sicherheitsund Gesundheitsschutzanforderungen für Konstruktion und Bau von Maschinen. Die Erfüllung der Maschinenrichtlinie MRL 2006/42/EG ist eine Voraussetzung für die CE-Kennzeichnung. Die europäische Maschinenrichtlinie ist in nationales Recht (Deutschland: Produktsicherheitsgesetzt) umgesetzt und ist deshalb bindend. Der Hersteller, der in den europäischen Wirtschaftsraum liefert, ist an die Maschinenrichtlinie gebunden. Mit der CE-Kennzeichnung bestätigt der Hersteller, dass alle relevanten Vorschriften und Richtlinien erfüllt sind. MRL 2006/42/EG

8 In jeder Lebensphase einer Maschine/Anlage entstehen sicherheitstechnische Aufgaben und Verantwortungen. Maschinen- und Anlagenbauer Importeur Betreiber Modernisierer Der Hersteller ist für die Einhaltung und Umsetzung der relevanten Vorschriften und Richtlinien verantwortlich. Der Importeur muss als für das Inverkehrbringen verantwortliche Person u.u. die Verpflichtung des Herstellers übernehmen. Mit dem erstmaligen Inbetriebnehmen der Maschine übernimmt der Betreiber die Verantwortung. Bei Umbau oder Änderung des Verwendungszwecks übernimmt der Betreiber die Verantwortung (kann auch vertraglich übertragen werden). Hersteller ist, wer Verantwortung für den Entwurf und die Herstellung einer unter die Richtlinie fallende Maschine trägt und die Maschine in seinem Namen in den Verkehr bringt. Das ist in der Regel der Maschinen- und Anlagenbauer... den Verwendungszweck einer Maschine ändert oder eine Funktionserweiterung durchführt. Das kann der Betreiber oder ein von ihm beauftragter Modernisierer sein.... eine Maschine aus einem Drittland importiert und damit zwingend die in der Richtlinie festgelegten Herstellerverpflichtungen übernimmt. Das ist in der Regel der Importeur.

9 Die Maschinenrichtlinie gliedert den Weg zur sicheren Maschine in drei Prozessschritte. 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 CE-Kennzeichnung anbringen

10 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

11 Die tatsächlich notwendige Sicherheitsstufe wird durch normenspezifische Vorgaben ermittelt. Risikobeurteilung Vereinfachte Darstellung: Hohes Risiko Mittleres Risiko SIL 3 PL e Geringes Risiko SIL 2 PL d Geringstes Risiko SIL 1 PL b PL c PL a Vermeidbare, leichte Verletzung Geringste Eintrittswahrscheinlichkeit Seltene Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich Leichte Verletzung Geringe Eintrittswahrscheinlichkeit Seltene Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich (z.b. einmaliger Aufenthalt von 5min je Schicht von 8h) Leichte bis schwere Verletzung Mittlere Eintrittswahrscheinlichkeit Mittlere Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich Schwere Verletzung oder Tod Hohe Eintrittswahrscheinlichkeit Häufige Aufenthaltsdauer im Gefahren-bereich (z.b. Eingriff alle 5min während einer Schicht von 8h) Die Klassifizierung der Sicherheitsfunktionen wird in 2 Normen beschrieben: EN ISO : Performance Level PL a bis PL e bzw. Kategorie B, 1 bis 4 IEC 62061: Safety Integrity Level SIL 1 bis SIL 3

12 Das Sicherheitskonzept kann über die 3-Stufen- Methode nach EN ISO entwickelt werden. Risikominderung START Sichere Konstruktion Risiko angemessen vermindert? NEIN Technische Maßnahmen Risiko angemessen vermindert? NEIN Benutzerinformation über Restrisiken Risiko angemessen vermindert? NEIN Erneute Risikobeurteilung JA JA JA ENDE Die Risikobeurteilung und ggf. Risikominderung muss bereits in der Konstruktionsphase der Maschine erfolgen. Vorrangig müssen Gefahren durch eine sichere Konstruktion vermieden werden. Gefahren, die konstruktiv nicht vermieden werden können, müssen durch technische Maßnahmen vermindert werden. Auf weitere Restrisiken muss durch Benutzerinformationen wie Warnhinweise und Schulungen hingewiesen werden.

13 Ein hohes Ursprungsrisiko muss auf ein akzeptiertes Restrisiko reduziert werden. Risikominderung Ursprungsrisiko Risikominderung Akzeptiertes Restrisiko Die festgelegte Sicherheitskategorie (SIL, PL) bestimmt die Höhe des akzeptierten Restrisikos und damit die geforderte Zuverlässigkeit des Sicherheitssystems. PL a PL b SIL 1 PL c SIL 2 PLd SIL 3 PL e * Nicht mehr als 1 gefahrbringender Ausfall der Sicherheitsfunktion in 10 Jahren Nicht mehr als 1 gefahrbringender Ausfall der Sicherheitsfunktion in 100 Jahren Nicht mehr als 1 gefahrbringender Ausfall der Sicherheitsfunktion in 1000 Jahren

14 Durch eine erfolgreiche Validierung wird die Konformität zur Maschinenrichtlinie nachgewiesen. Nachweis Planen Testen Dokumentieren Erstellen eines Plans, anhand dessen die Validierung durchgeführt wird Praktisches Überprüfen aller Sicherheitsfunktionen (Abnahmetest) Erstellen der durch die Maschinenrichtlinie vorgeschriebenen Dokumentation Neben der abschließenden Validierung müssen die Maßnahmen zur Risikominderung über alle Phasen der Produktentstehung geprüft und dokumentiert werden. Die phasenweise Verifikation während des Produktentstehungsprozesses wird im Rahmen des V-Modells normativ gefordert (EN 61508, ISO ). Nach Änderungen an der Maschine muss ein erneuter Nachweis mit (partiellem) Abnahmetest sowie entsprechender Dokumentation erfolgen.

15 Der Weg zur sicheren Maschine wird durch die EG-Konformitätserklärung und CE-Kennzeichnung abgeschlossen. EG-Konformitätserklärung CE-Kennzeichnung Mit der Konformitätserklärung bestätigt der Hersteller die Einhaltung der Maschinenrichtlinie. Mit der CE-Kennzeichnung bestätigt der Hersteller, dass er alle relevanten Richtlinien eingehalten hat. Im Schadensfall kann der Hersteller nachweisen, dass er die Maschine richtlinienkonform erstellt hat.

16 Die gültigen Normen der Funktionalen Sicherheit sind hierarchisch in 3 Gruppen unterteilt. TYP A-Normen (Grund-Normen) Gestaltungsleitsätze und Grundbegriffe für Maschinen z.b.: IEC ISO SIL Risikobeurteilung z.b.: SIL IEC PL EN ISO Stopp-Kategorien IEC TYP B-Normen (Gruppen-Normen) z.b.: IEC Antriebe (STO, ) B1-Normen B1-Normen Allg. Sicherheits- Allg. Sicherheitsaspekte aspekte B2-Normen Bezug auf spezielle Schutzeinrichtungen TYP C-Normen (Fach-Normen) Spezifische sicherheitstechnische Anforderungen an bestimmte Maschinentypen. Diese Normen haben Vorrang gegenüber A- oder B-Normen. z.b.: EN 81 EN 693 Aufzüge Pressen Hinweis: Die EN ist seit 2011 nicht mehr gültig; sie wurde in die EN ISO überführt.

17 Um welche Normen handelt es sich? IEC Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme ISO Sicherheit von Maschinen - Allgemeine Gestaltungsleitsätze - Risikobeurteilung und Risikominderung IEC Sicherheit von Maschinen - Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer Steuerungssysteme EN ISO Sicherheit von Maschinen - Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen - Teil 1: Allgemeine Gestaltungsleitsätze IEC Sicherheit von Maschinen - Elektrische Ausrüstung von Maschinen IEC Elektrische Leistungsantriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl - Teil 5-2: Anforderungen an die Sicherheit - Funktionale Sicherheit EN 81 - Sicherheitsregeln für die Konstruktion und den Einbau von Aufzügen EN Werkzeugmaschinen - Sicherheit - Hydraulische Pressen

18 Die Globalisierung und Harmonisierung der Sicherheitsnormen schreitet stetig voran. Nordamerika: ANSI/UL , ANSI/ISO Europa: EN , EN 62061, EN ISO , EN 60204, EN 61508, EN ISO Rest of World: GOST R IEC 60204, GOST R IEC 61508, GOST R ISO International: IEC , IEC 60204, IEC 62061, ISO , IEC 61508, ISO Die europäischen Sicherheitsnormen sind weltweit anerkannt. Zahlreiche europäische Normen zur Maschinensicherheit wurden zu international gültigen Normen. Es gelten immer die Gesetze und Regelungen des Landes, in dem die Maschine betrieben wird.

19 Einführung 4 Sicherheitssystem 19 antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen 27 Produkte 42 Support 56

20 Das Prinzip von Sicherheitssystemen Ein Sicherheitssystem besteht aus den folgenden Teilsystemen, die nachfolgend exemplarisch aufgezeigt werden: Erfassen Auswerten Reagieren durch Sensoren und Befehlsgeräte Türüberwachung durch Signal-Auswertung, sichere Logik durch Aktoren Sicherheitspositionsschalter Modulares Sicherheitssystem Frequenzumrichter Not-Halt Not-Halt-Befehlsgerät Fehlersichere Steuerung Servoantrieb

21 Die klassische Realisierung durch externe Verschaltung Erfassen Sicherheitstechnik Auswerten Automatisierung/Antriebstechnik Steuerung Dezentrale Peripherie konventioneller Bus Reagieren Antrieb Externe Komponenten (Sicherheitsschaltgeräte, Schütze, ) Zweikanalige Verdrahtung

22 Die innovative Realisierung ohne externe Lastschütze Sicherheitstechnik integriert in die Antriebstechnik Erfassen Auswerten Reagieren Antrieb mit Integrierter Sicherheit Antrieb und Peripherie-Module mit 2-kanaliger Verarbeitung

23 Die innovative Realisierung durch Safety Integrated Sicherheitstechnik integriert in die Automatisierung/Antriebstechnik Erfassen Auswerten Fehlersichere Steuerung Dezentrale Peripherie mit F-Modulen Fehlersicherer Bus Reagieren Antrieb mit Integrierter Sicherheit Steuerung, Antrieb und Peripherie-Module mit 2-kanaliger Verarbeitung Feldbus mit fehlersicherem Protokoll PROFIsafe

24 Safety Integrated bringt große Vorteile für den Maschinenbauer. Externe Komponenten Externe Komponenten Antrieb Safety Funktion 1 Safety Funktion 2 Antrieb SIL? SIL2 Sicherheitskonzept entwerfen Sicherheitsgerät aussuchen Schaltplan entwerfen Sicherheitsgeräte einbauen und verdrahten Funktion testen und dokumentieren Sicherheitskonzept entwerfen Sicherheitsfunktionen aktivieren Funktion testen und dokumentieren Safety Integrated bedeutet: Weniger Hardware; Reduktion des Schaltschrankvolumens Schnellere Installation und Inbetriebnahme durch zertifizierte Funktionen Höhere Flexibilität für Erweiterungen und Anpassungen Zeit- und Kosteneinsparung bei jeder gefertigten Maschine. Höhere Flexibilität, verkürzte Time-to-Market.

25 Safety Integrated bringt große Vorteile für den Maschinenbetreiber. Safety Integrated ermöglicht individuelle Sicherheitskonzepte, bei denen die Maschine aktiv bleibt, aber sicher überwacht wird eine höhere Produktivität durch kürzere Stillstandszeiten hat Integrierte Sicherheitstechnik bietet einen wesentlich höheren Schutz vor Unfällen durch geringere Manipulationsgefahr Praxisgerechtere Sicherheitskonzepte erhöhen die Akzeptanz beim Bediener Intern realisierte Sicherheitsfunktionen sind besser geschützt Durch Safety Integrated entfallen elektromechanische Komponenten, d.h. Kosteneinsparung bei Ersatzteilhaltung und Wartung weniger Platzbedarf im Schaltschrank

26 Einführung 4 Sicherheitssystem 20 antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen 26 Produkte 42 Support 56

27 Der Ursprung der antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen liegt in der IEC 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) Not-Aus Not-Halt Gleiche Taste jedoch unterschiedliche Funktion. Das sichere Stillsetzen wird durch Stopp-Funktionen realisiert.

28 Umsetzung der Stopp-Funktionen gemäß IEC durch antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen IEC IEC Stopp-Kategorie 0 Energiezufuhr wird sofort abgeschaltet n Auslösung Stopp-Befehl (Energie aus) Safe Torque Off Abschaltung elektromechanisch oder elektronisch Galvanische Trennung ist nicht gefordert Stopp-Kategorie 1 Antrieb wird elektrisch in den Stillstand gebremst n Gesteuertes Stillsetzen Austrudeln t Safe Stop 1 Im Stillstand wird die Energiezufuhr abgeschaltet Abschaltung elektromechanisch oder elektronisch kein Drehmoment t Galvanische Trennung ist nicht gefordert Stopp-Kategorie 2 Antrieb wird elektrisch in den Stillstand gebremst Im Stillstand wird die Energiezufuhr beibehalten n Gesteuertes Stillsetzen volles Drehmoment t Safe Stop 2

29 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 Safely-Limited Speed (SLS) Safe Speed Monitor (SSM) Safe Direction (SDI) Funktionen zum sicheren Überwachen der Position Safely-Limited Position (SLP) Safe Position (SP) SBC und SBT gehen über den in der Norm genannten Umfang hinaus.

30 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Torque Off (STO) Funktion Anwendungsbeispiele - Kundennutzen Die Funktion STO verhindert die Lieferung von Energie an den Motor, die ein Drehmoment erzeugen kann. Die Treiberstufen der Leistungstransistoren werden sicher abgeschaltet; STO führt keine galvanische Trennung aus. Der Wiederanlauf wird sicher verhindert. Wirkt unmittelbar; schnelles Wiederanfahren möglich, da der Zwischenkreis geladen bleibt.. Einsatzgebiete alle Maschinen/Anlagen mit bewegten Achsen, z.b. Fördertechnik, Handling. Ermöglicht ungefährdetes Arbeiten bei offener Schutztür (Wiederanlaufsperre). Klassischer Not-Halt mit elektromechanischem Freischalten nicht erforderlich. Keine Verschleißteile durch elektronische Abschaltung. Der Umrichter bleibt am Netz und ist voll diagnosefähig.

31 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Stop 1 (SS1) Funktion Anwendungsbeispiele - Kundennutzen Die Funktion SS1 bewirkt ein sicheres Stillsetzen des Motors mit anschließender Abschaltung der momentbildenden Energie (STO). SS1 sollte überall dort eingesetzt werden, wo das Lastmoment den Motor nicht durch Reibung in genügend kurzer Zeit stillsetzen kann, oder wo ein Austrudeln des Antriebes zu Sicherheitsrisiken führt. Schnellstmögliches, sicheres Abbremsen, z.b. bei Sägen, Wicklern, Schleifmaschinen, Zentrifugen, Hubwerke, Extruder, Regalbediengeräte Gezieltes Stillsetzen von großen Schwungmassen zur Sicherheit des Bedieners/der Anlage Schnelles Stillsetzen reduziert Bestückungs- bzw. Umrüstzeit Ersatz der aufwendigen Betriebsbremse durch einfache, günstige Haltebremse Geeignet für Maschinen, bei denen große Schwungmassen schnell und sicher abgebremst werden müssen.

32 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Brake Control (SBC) Funktion Anwendungsbeispiele - Kundennutzen Die Funktion SBC dient der sicheren Ansteuerung von Haltebremsen, die im stromlosen Zustand aktiv sind, z. B. Motorhaltebremsen. SBC schließt bei Aktivierung von STO eine mechanische Haltbremse. Erkennung von Fehlern in der Ansteuerung der Bremse. Sicheres Halten einer Position ohne Moment im Motor. Verhindern von Durchsacken von hängenden bzw. durchziehenden Lasten, z.b. bei Hebezeugen, Personenaufzügen, Wickler. Keine externe Logik oder Schaltelemente erforderlich, da vollständig im Antrieb integriert. Realisierung einer sicheren Bremse zusammen mit SBT. Geeignet bei Anwendungen, bei denen eine sichere Position auch bei stromlosem Motor gehalten werden muss.

33 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Stop 2 (SS2) Funktion Anwendungsbeispiele - Kundennutzen Anw endung: Werkzeugwechsel an einer Bearbeitungsmaschine Die Funktion SS2 bewirkt ein sicheres Stillsetzen des Motors mit anschließender Stillstandsüberwachung (SOS). Der Antrieb bleibt in Regelung und kann mit max. Drehmoment externen Kräften widerstehen. Der Antrieb wird in der aktuellen Position aktiv gehalten und widersteht externen Kräften, z.b. bei Bearbeitungsmaschinen, Werkzeugmaschinen. Der Einsatz einer Haltebremse kann ggf. eingespart werden; bei eingesetzten Bremsen wird der Verschleiß deutlich reduziert. Achse soll sicher still gesetzt werden, die Stillstandsposition gehalten und nach Abwahl ohne Referenzfahrt weiter verfahren werden.

34 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.

35 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.

36 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Speed Monitor (SSM) Funktion Anwendungsbeispiele - Kundennutzen Die Funktion SSM stellt ein sicheres Ausgangssignal zur Verfügung, welches anzeigt, ob die Geschwindigkeit des Antriebs oberhalb (0-Signal) oder unterhalb (1-Signal) der eingestellten Überwachungsgrenzen liegt. Verwendung für sicherheitsrelevante Reaktionen (z.b. Freigabe einer Schutztür) in einer überlagerten Steuerung, z.b. bei Bandlinien, Verpackungsmaschinen, Bearbeitungsmaschinen. Eine Zentrifuge darf nur unterhalb einer projektierten Geschwindigkeit befüllt werden. Ersatz eines mechanischen Fliehkraftschalters. Anwendung als Stillstandswächter. Freigabe Maschinenzutritt durch sichere SSM Rückmeldung.

37 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.

38 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Operating Stop (SOS) Funktion Anwendungsbeispiele - Kundennutzen Die Funktion SOS bewirkt eine sichere Stillstandsüberwachung ohne Abschaltung der Antriebsregelung. Der Antrieb bleibt in Regelung und kann mit max. Drehmoment externen Kräften widerstehen. Die aktuelle Stillstandsposition der Achse wird sicher überwacht. Die Sollwerthoheit bleibt dem überlagertem Motion Controller erhalten. Dieser muss sicherstellen, dass der Antrieb nach Ablauf der projektierten Verzögerungszeit den Stillstand erreicht hat. Erhöhung der Taktzahlen, da der Achsbezug erhalten bleibt und der Antrieb die aktuelle Position hält, z.b. bei Wicklern, Converting Maschinen. Achsverband kann zur Materialauf-/entnahme koordiniertet stillgesetzt werden, z.b. Verpackungsmaschinen, Roboteranwendungen. Nach Werkzeugwechsel an einer Maschine ist ein erneutes Referenzieren nicht erforderlich. Geeignet für Anwendungen, bei denen Maschinenteile sicher im Stillstand sein müssen und ein Haltemoment gefordert ist.

39 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.

40 Sicherheitsfunktionen im Antrieb Safe Position (SP) Funktion Anwendungsbeispiele - Kundennutzen Die Funktion SP überträgt die sicheren Positions-Istwerte des Antriebs über PROFIsafe zur Weiterverarbeitung an die F-Steuerung. Hier können bei Bedarf komplexe Überwachungsfunktionen realisiert werden. Mit dem Positionswert wird ein Zeitstempel übertragen. Damit kann in der F-Steuerung eine Geschwindigkeitsüberwachung realisiert werden. Vielseitig einsetzbar für Nockenschaltwerke, achsübergreifende Sicherheitskonzepte, mehrdimensionale Schutzbereiche und Zonenkonzepte Zusätzliche Sensoren bzw. externe sicherer Geber, deren Installation und Auswertung sind nicht notwendig. Geeignet für Maschinen, bei denen flexible Sicherheitsfunktionen erforderlich sind. Aufbau von maßgeschneiderten Sicherheitskonzepten mit F-CPU + PROFIsafe + S120.

41 Einführung 4 Sicherheitssystem 20 antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen 27 Produkte 41 Support 56

42 Siemens bietet zertifizierte Produkte für das gesamte Sicherheitssystem. Erfassen Vollständiges zertifiziertes Produkt-Portfolio für Erfassen Auswerten Reagieren Auswerten Reagieren Die Komponenten können flexibel miteinander kombiniert werden durch gemeinsames Engineering und durchgängige Kommunikation.

43 Alle Standardumrichter bieten STO. Umrichter G110D G110M G120D G120C G120 1) Control Unit CU240M CU240D-2 CU250D-2 Kommunikation AS-i USS, PROFIBUS, PROFINET CU240E-2 CU250S-2 2) Liefereinsatz 08/ / / / /2012 Version LE V3.4 V4.7 V4.5 V4.5 V4.5 Basic Functions STO STO STO STO STO, SS1 2), SBC2), 3) Ansteuerung AS-interface PROFIsafe 1 F-DI Sonstiges FAQ: Sicheres Abschalten PROFIsafe 1 F-DI PROFIsafe 1 F-DI PROFIsafe 1 F-DI 1) ausgenommen CU230P, CU240B-2 2) CU250S-2 ohne Safety Lizenz 3) Safe Brake Relay notwendig

44 Die F-CUs der Standardumrichter bieten umfangreiche Sicherheitsfunktionen geberlos. Umrichter G120D G120 G120 Control Unit CU240D-2 -F CU250D-2 -F Kommunikation PROFIBUS, PROFINET USS, PROFIBUS, PROFINET CU240E-2 -F CU250S-2 2) USS, PROFIBUS, PROFINET, CAN Liefereinsatz 06/ / /2013 Basic Functions STO, SS1 STO, SS1 STO, SS1, SBC 3) Extended Functions SLS, SDI, SSM SLS, SDI, SSM SLS, SDI, SSM geberlos 1), 4) Ansteuerung PROFIsafe 3 F-DI/1 F-DO PROFIsafe 3 F-DI PROFIsafe 3 F-DI/1 F-DO 1) Geberlose Safety Funktionen (ausgenommen STO, SS1, SBC) mit Asynchronmotoren; Anwendungen mit durchziehenden Lasten (z.b. Hubwerk) nicht möglich 2) Extended Functions CU250S-2: Freischaltung über Lizenz 3) Safe Brake Relay notwendig 4) Power Module PM240 FS GX unterstützt keine Extended Functions

45 SINAMICS S und G auf Basis CU3xx bieten umfassende Sicherheitsfunktionen. Umrichter S110 S120 S120 G130/G150 S150 Control Unit CU305 CU310-2/CU320-2 CU320-2 CU320-2 CU320-2 Ausprägung Blocksize Booksize/Blocksize/Dezentr al Chassis/Cabinet Chassis/Cabinet Cabinet Basic Functions STO, SS1, SBC 2) STO, SS1, SBC 2) STO, SS1, SBC 2) STO, SS1, SBC 2) STO, SS1, SBC 2) Extended Functions geberlos 1), 3) SLS, SDI, SSM SLS, SDI, SSM SLS, SDI, SSM SLS, SDI, SSM SLS, SDI, SSM Extended Functions mit Geber 3) SLS, SDI, SSM, SS2, SOS SLS, SDI, SSM, SS2, SOS, SLP, SP 4), SBT SLS, SDI, SSM, SS2, SOS, SLP, SP 4), SBT SLS, SDI, SSM, SBT SLS, SDI, SSM, SS2, SOS, SLP, SP 4), SBT Istwerterfassung 6) DQI/SMI20, Sin/cos-Geber, Absolutwertgeber EnDat 2.1 DQI/SMI20, Sin/cos-Geber, Absolutwertgeber EnDat 2.1, EnDat 2.2, HTL/TTL 5) SMI20, Sin/cos- Geber, Absolutwertgeber EnDat 2.1, HTL/TTL 5) HTL/TTL 5) Sin/cos-Geber, HTL/TTL 5) Ansteuerung PROFIsafe 3 F-DI / 1 F- DO PROFIsafe F-DI / F-DO PROFIsafe F-DI / F-DO PROFIsafe F-DI / F-DO PROFIsafe F-DI / F-DO 1) Geberlose Safety Funktionen (ausgenommen STO, SS1, SBC) mit Asynchronmotoren; Anw endungen mit durchziehenden Lasten (z.b. Hubw erk) nicht möglich 2) Safe Brake Relay (Blocksize) bzw. Safe Brake Adapter (Chassis) notwendig 3) Extended Functions: Freischaltung über Lizenz 4) In Verbindung mit PROFIsafe 5) mit 2-Gebersystem 6) Details:

46 Für geberbehaftete Sicherheitsfunktionen kann ein breites Motorspektrum eingesetzt werden. Die Extended Functions erfordern eine sichere Erfassung des Drehzahlistwertes. Dafür können Motoren mit integriertem Geber oder externe Messsysteme eingesetzt werden. SIMOTICS Motoren Siemens Anbaudrehgeber Servomotoren 1FT, 1FK mit sin/cosoder Absolutwertgeber Hauptmotoren 1PH, 1PL, 1PM mit sin/ cos-/ Absolutwertgeber oder Inkrementalgeber HTL/TTL Inkrementalsgeber mit sin/cos 1V pp Absolutwertgeber mit EnDat Torquemotoren 1FW3 mit sin/cosoder Absolutwertgeber Asynchron Standardmotoren mit Inkrementalgeber HTL oder TTL Inkrementalgeber mit RS422 (TTL) Inkrementalgeber HTL Sin/cos-Geber und Absolutwertgeber können für die sichere Erfassung des Drehzahlistwertes im 1-Gebersystem eingesetzt werden. Eine detaillierte Liste von Siemens Motoren und Anbaudrehgebern, die die elektrischen und mechanischen Anforderungen erfüllen, ist erhältlich unter Zusätzlich können zertifizierte und für SINAMICS freigegebene Fremdgeber eingesetzt werden. HTL/TTL-Geber müssen als 2-Gebersystem eingesetzt werden. Im SINAMICS Antriebssystem können Fremdgeber HTL/TTL Geber eingesetzt werden. Beim Einsatz von HTL/TTL-Gebern und Anbaudrehgebern ist eine FMEA bzgl. sicherem Geberanbau gemäß IEC durchzuführen.

47 Geberlose Sicherheitsfunktionen im Antrieb sparen Zeit und Kosten. Geberlose Sicherheitsfunktionen benötigen zu ihrer korrekten Ausführung keine (externe) Gebersignale. Ein eventuell für die Antriebsregelung vorhandener Geber muss die Anforderungen eines sicheren Gebers nicht erfüllen. SINAMICS G120, G130, G150, S110, S120, S150 bieten folgende Sicherheitsfunktionen auch geberlos: STO, SS1 1), SBC 2), SLS 1), SDI 1), SSM 1) Vorteile Kosteneinsparung, da für die Umsetzung der Sicherheitsfunktion kein sicherer Geber oder mehrere Standard-Geber verwendet werden müssen. Aufwendungen für Wartung und Instandhaltung werden reduziert. Anwendung Überall dort, wo keine hohe Positioniergenauigkeit oder hohe Dynamik gefordert ist. Bei Anwendungen mit geberloser Antriebsregelung in kostensensitiven Anwendungen. Für raue Umgebungen, die den Einsatz eines Gebers erschweren. Für Retrofit von Maschinen, bei denen eine Hochrüstung auch die Integration von Sicherheitsfunktionen beinhaltet. Bei Anwendungen mit Gebern, die die Sicherheitsanforderungen nicht erfüllen. Geberlose Safety Integrated Funktionen können auch bei Gruppenantrieben (mehrere Motoren an einem Leistungsteil) eingesetzt werden. 1) für Asynchronmotoren; nicht einsetzbar bei durchziehenden Lasten, z. B. bei Hubwerken 2) bei G120 mit CU250S-2

48 Die Sicherheitsfunktionen im Antrieb können einfach über Klemmen angesteuert werden. Die Sicherheitsfunktionen können bei SINAMICS G110M/G120/G120C/G120D, SINAMICS S110/S120 und SIMOTION D über Klemmen angesteuert werden, z.b. beim Einsatz einer konventionellen Sicherheitsschaltung. Für Standalone Sicherheitslösungen bei kleinen bis mittleren Anwendungen reicht es häufig aus, die Erfassungskomponenten per Festverdrahtung direkt an den Antrieb anzuschließen. Beim Einsatz der Basic Functions (STO, SS1, SBC) können die Erfassungskomponenten direkt an die F-DI der Control Unit angeschlossen werden. Beim Einsatz der Extended Functions erfolgt der Anschluss der Erfassungskomponenten an dem sicheren Klemmenmodul TM54 F. Bei CU310-2 und D410-2 können die Extended Functions über Onboard F-DI angesteuert werden. Die Funktionen SLS und SDI können für eine dauerhafte Bewegungsüberwachung permanent angewählt werden. Erfassen Auswerten und Reagieren TM54F SINAMICS G120 SINAMICS S120 Die Ansteuerung erfolgt bei 1-Achs-Geräten über die Onboard Klemmen; bei Mehrachsaufbau und Einsatz von Extended Functions über TM54 F.

49 Die Sicherheitsfunktionen im Antrieb können in Automatisierungstopologien einfach über PROFIsafe angesteuert werden. Bei integrierten Sicherheitslösungen werden i.d.r. die sicherheitsrelevanten Abläufe in der fehlersicheren Steuerung SIMATIC verarbeitet und koordiniert. Die Systemkomponenten kommunizieren hier über den Feldbus PROFINET oder PROFIBUS. Die Ansteuerung der Sicherheitsfunktionen erfolgt über die sichere Kommunikation PROFIsafe. Die SINAMICS Antriebe können problemlos in die Anlagentopologie eingebunden werden. Erfassen Auswerten Reagieren SIMATIC F-CPU mit PROFIsafe ET200S mit F-I/O SINAMICS G120 SINAMICS S120 mit CU320-2 oder SIMOTION D

50 Die Inbetriebnahme der Sicherheitsfunktionen erfolgt in STARTER oder Startdrive. Die Inbetriebnahme der Sicherheitsfunktionen der SINAMICS Antriebe erfolgt mit STARTER oder Startdrive. Die Tools bieten eine maskengeführte Inbetriebnahme sowie umfangreiche Diagnosefunktionen. STARTER ist für alle SINAMICS-Antriebe als stand-alone Tool oder integriert in das SIMOTION Engineeringsystem SCOUT verfügbar. SINAMICS G120 Antriebe können im Startdrive (integriert im TIA-Portal) oder STARTER projektiert werden. Zukünftig werden alle SINAMICS Antriebe in Startdrive integriert. Ein Startdrive Tutorial finden Sie unter: Startdrive Getting-Started

51 Zertifizierung der Sicherheitsfunktionen in SINAMICS Antrieben Für jede freigegebene SINAMICS Version werden die antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen von Prüfinstituten (z.b. TÜV, IFA) zertifiziert. Für den Übergangszeitraum von der Freigabe einer neuen SINAMICS Version bis zur Erteilung des Zertifikats durch das Prüfinstitut wird eine Herstellererklärung ausgestellt, die bestätigt, dass die Sicherheitsfunktionen konform zu den entsprechenden Normen sind. Die SINAMICS Antriebe sind nach PLd/SIL2 zertifiziert. Mit applikativen Zusatzmaßnahmen kann PLe/SIL3 für STO und SS1 erreicht werden. 2) Umrichter G110D G110M/G120/G120C/G120D S110/S120 (Booksize/Blocksize/Chassis) S120CM/G130/G150/S150 EN ISO PL e 1) PL d Kategorie 3 PL d Kategorie 3 PL d Kategorie 3 IEC SIL 3 1) SIL 2 SIL 2 SIL 2 Zertifikate G120/G120C/G120D: (bis V4.5) Booksize/Chassis: (bis V4.5) Blocksize: (bis V4.5) (bis V4.5) G110M: G120: G120C: G120D: S120CM/G130/G150/S150: S120 Chassis: EG-Konformitätserklärung Herstellererklärung -- G110M: (V4.7) G120: (bis V4.7) G120C: (bis V4.7) G120D: (bis V4.7) 1) Mit Zusatzmaßnahmen gemäß ) Siehe ; Booksize/Chassis: (bis V4.7) Blocksize: (bis V4.7) (V4.7)

52 Basic und Extended Functions werden über Hardware Varianten oder Software Lizenzen bestellt. Umrichter Basic Functions 8) Extended Functions 8) Lizenz auf Speicherkarte 8) Einzellizenz G110D G110M G120C G120 Standard-CU G120D Standard-CU integriert 1) G120/G120D F-CU Integriert Integriert G120 CU250S-2 Integriert Einzellizenz 6SL3054-7EH00-2BA0-Z F01 2) 6SL3074-0AA10-0AA0 S110 CU305 Integriert Einzellizenz 6SL3054-4EE00-0AA0-Z F01 3) 6SL3074-0AA10-0AA0 S120 CU310-2 Integriert Einzellizenz 6SL3054-0EH00-1BA0-Z F01 2) 6SL3074-0AA10-0AA0 S120 CU320-2 Integriert Achslizenzen 6SL3054-0EH0x-1BA0-Z Fnn 4) 5) 6SL3074-0AA10-0AA0 S120 Cabinet Module Integriert Achslizenzen Option Knn (für Motor Module) 6) 6SL3074-0AA10-0AA0 G130 Integriert Einzellizenz 6SL3040-1GA0x-1AA0-Z F01 7) 6SL3074-0AA10-0AA0 G150/S150 Integriert Einzellizenz Option K01 (für Schrankgerät) 6SL3074-0AA10-0AA0 SIMOTION D410-2 Integriert Einzellizenz 6AU1400-1PA22-0AA0-Z F01 6AU1820-2AF20-0AB0 SIMOTION D4x5-2 D425-2 D435-2 D445-2/D455-2 Integriert Achslizenzen MultiAxes Package MultiAxes Package MultiAxes Package 6AU1400-2PA22-0AA0-Z Fnn 6AU1400-2PA22-0AA0-Z S42 6AU1400-2PA22-0AA0-Z S43 6AU1400-2PA22-0AA0-Z S44 6AU1820-2AF20-0AB0 6AU1820-0AS42-0AB0 6AU1820-0AS43-0AB0 6AU1820-0AS44-0AB0 1) G110D: mit Zusatzmaßnahmen gemäß ) SINAMICS V4.7 3) SINAMICS V4.4 4) SINAMICS V4.7; x=0/1: ohne/mit Performance-Erweiterung 5) nn = Anzahl der Achsen 6) K01 bis K05 Safety Lizenzen für 1 bis 5 Achsen 7) x=0: PROFIBUS, x=1: PROFINET 8) Funktionsumfang siehe Folien 43-45

53 Wann ist eine Lizenzierung notwendig und wie erfolgt die Lizenzierung der Safety Lizenzen? Bei allen SINAMICS Antrieben werden die Basic Functions im Standard lizenzfrei angeboten. Bei G120/G120D (Ausnahme CU250S-2) ist für die Extended Functions die F-Variante der Control Unit einzusetzen. Bei allen anderen SINAMICS Antrieben ist für die Extended Functions eine Lizenz erforderlich. Je Achse/Einzelantrieb wird eine Lizenz benötigt. Die Lizenz gilt für alle Sicherheitsfunktionen dieser Achse/Einzelantrieb. Bei SIMOTION D gilt gleiches für die integrierten SINAMICS Achsen. Zusätzlich werden bei SIMOTION D plattformbezogene MultiAxes Packages angeboten. Bei SINAMICS S120 ist bei Ansteuerung der Basic Functions über TM54 F derzeit eine Lizenz erforderlich. Die Lizenzen können vorkonfiguriert auf CF-Card bezogen werden. Das CoL (Certificate of License) wird mit geliefert. Alternativ können Einzellizenzen erworben und nach Bedarf den Achsen zugewiesen werden. Die Generierung der Lizenzschlüssel erfolgt im Internet über:

54 Für die sichere Bremse muss eine Zusatz-HW eingesetzt werden. Die Funktion SBC erfordert bei ausgewählten Leistungsteilen ein Safe Brake Module zur sicheren Ansteuerung der Bremse. Safe Brake Module Die Bestelldaten für diese Komponenten lauten: M 3~ Umrichter Safe Brake Relay Safe Brake Adapter G120 CU250S-2 mit Blocksize 6SL3252-0BB01-0AA0 -- S110 Blocksize 6SL3252-0BB01-0AA0 -- S120 Booksize Integriert (Anschluss Motorbremse) -- S120 Blocksize 6SL3252-0BB01-0AA0 -- S120 Chassis -- 6SL3355-2DX00-1AA0 S120 Cabinet Module bei Booksize integriert Option K88 (für Motor Module Chassis) G SL3355-2DX00-1AA0 G150/S Option K87 (für Umrichter Schrankgerät)

55 Einführung 4 Sicherheitssystem 20 antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen 27 Produkte 42 Support 55

56 Auf unseren Internetseiten finden Sie alle Informationen zu SINAMICS Safety Integrated.

57 Mit SET bewerten Sie die Sicherheitsfunktionen der Maschine schnell und sicher. Das Safety Evaluation Tool (SET) hilft bei der Bewertung von Sicherheitsfunktionen der Maschine. Das TÜV-geprüfte Online-Tool bietet die Bewertung nach IEC und ISO SET liefert einen normenkonformen Report, der als Sicherheitsnachweis in die Dokumentation integriert werden kann. Umfangreiche, vordefinierte Beispielbibliotheken unterstützen die schnelle und einfache Handhabung des kostenfreien Tools. SET bietet den einfachen und schnellen Zugriff auf unsere Produkte. Für Antriebskomponenten steht ein Auswahlassistent zur Verfügung. Zudem können Fremdkomponenten eingebracht werden.

58 Hier finden Sie umfangreiches Printmaterial. Informations- und Downloadcenter Safety für Antriebstechnik 6ZB5711-0AE01-0AA7 Safety für Einsteiger

59 Wir stellen eine breite Auswahl an Funktionsbeispielen und Applikationen bereit. support.automation.siemens.com

60 EG-Konformitätserklärungen und Zertifikate zu unseren Produkten finden Sie hier. support.automation.siemens.com

61 Siemens bietet ein breites Trainings-Spektrum. Kurse rund um die Maschinensicherheit Planung Konstruktion & Entwicklung Installation & Inbetriebnahme Über unser Schulungsangebot hinausgehend bietet wir mit unserem Applikationszentrum: im Rahmen des Risk Assessments eine TÜVabgestimmte Methodik zur Risikobeurteilung, vor-ort Unterstützung für Sicherheitskonzepte und Inbetriebnahme sowie Unterstützung für den Abnahmetest durch Dokumentationen/Applikationen oder direkt durch unser Applikationszentrum. Mit STARTER wird eine Abnahmedokumentation für die integrierten Sicherheitsfunktionen angeboten. Die Applikation Safety Acceptance Test unterstützt bei der Durchführung des Abnahmetests bei SINAMICS Antrieben durch Generierung der entsprechenden Protokolle mittels STARTER Funktionen.

62 Die Safety Integrated Initiative der IA & DT stellt Ihnen wichtige Informationen bereit. (nur Siemens intern) Safety Integrated Initiative IA & DT Hier finden Sie Informationen zu den Safety Veranstaltungen, dem Terminkalender der Safety Trucks, den Ansprechpartnern zu Safety Integrated von Promotion über Produktmanagement bis hin zu Normen... und vieles mehr.

63 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! siemens.de/safety-drives