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Sichere Überwachung von Antrieben mit CIP-Safety-Anbindung

01  Das AS-i-Safety-Gateway als CIP Safety Originator im Sercos-Netzwerk steuert die ­Antriebe sicher an. Parallel können damit auch die Vorteile von AS-i und AS-i Safety in der untersten Feldebene genutzt werden

01  Das AS-i-Safety-Gateway als CIP Safety Originator im Sercos-Netzwerk steuert die ­Antriebe sicher an. Parallel können damit auch die Vorteile von AS-i und AS-i Safety in der untersten Feldebene genutzt werden

02   Mit Safe Link, der sicheren Kopplung über Standard-Ethernet von Bihl+Wiedemann, ­können jetzt mehrere Antriebe mit CIP Safety über Sercos sicher überwacht und gesteuert werden – auch dann, wenn sie in unterschiedlichen Maschinen oder Anlagenteilen verbaut sind

02   Mit Safe Link, der sicheren Kopplung über Standard-Ethernet von Bihl+Wiedemann, ­können jetzt mehrere Antriebe mit CIP Safety über Sercos sicher überwacht und gesteuert werden – auch dann, wenn sie in unterschiedlichen Maschinen oder Anlagenteilen verbaut sind

03  Jochen Bihl ist Geschäfts­führer der Bihl+Wiedemann GmbH in Mannheim

03  Jochen Bihl ist Geschäfts­führer der Bihl+Wiedemann GmbH in Mannheim

Eine sichere Überwachung von drehzahlgeregelten Antrieben gewinnt immer mehr an Bedeutung. Stillstandszeiten werden verhindert. Mit dem CIP-Safety-über-Sercos-Gateway BWU3160 lassen sich Antriebe mit CIP-Safety-Anbindung sicher überwachen und steuern, ohne auf eine zusätzliche übergeordnete sichere Steuerung zurückgreifen zu müssen. Kosteneffizienz und funktionale Sicherheit lassen sich so zusammenbringen.

Nicht selten führt der Stillstand einer Maschine, etwa im Einricht- und Probebetrieb oder zur Beseitigung von Störungen, zu hohen Kosten. Zu Wartungszwecken werden daher heute Maschinen oder Anlagen immer seltener abgeschaltet. Um verschiedene Einstellungen an der Maschine vorzunehmen, ist es häufig erforderlich, dass die Antriebe bei geöffneter Schutztür verfahren werden können. Im Anhang 1 der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG heißt es im Absatz 1.3.9 „Risiko unkontrollierter Bewegungen“: „Es muss verhindert werden, dass sich aus gleich welcher Ursache ein stillgesetztes Maschinenteil ohne Betätigung der Stellteile aus seiner Ruhestellung bewegt, oder diese Bewegung darf keine Gefährdung darstellen.“ Oft reicht eine sichere Drehzahlüberwachung auch nach den Anforderungen der Maschinenrichtlinie aus, um nicht immer die ­gesamte Anlage bei einem Einricht- und Probebetrieb oder einer Störungsbesei­tigung herunterfahren zu müssen [1].

Sichere Überwachung der Drehzahl
Mit einer sicheren Überwachung der Drehzahl von Antrieben kann meist auf das Herunterfahren der kompletten Anlage verzichtet werden, weil oft schon der Stillstand weniger Bewegungen ausreicht. So lassen sich Produktionsabläufe deutlich optimieren – vor allem in Bereichen, in denen Mensch und Maschine „Hand in Hand“ zusammenarbeiten.
Für Anlagen mit drehzahlgeregelten Antrieben gibt es verschiedene Möglichkeiten der sicheren Drehzahlüberwachung. Grundsätzlich können Drehzahlen sicher entweder über externe Drehzahlwächter überwacht werden, oder der Drehzahlwächter ist bereits im Antrieb integriert. Die im Antrieb integrierte sichere Drehzahlüberwachung kommt vor allem dort zum Einsatz, wo Antriebe schon komplexe Regelungs- und Positionierungsaufgaben übernehmen und bereits ein sicheres Bussystem wie CIP Safety eingesetzt wird. Anwendungsbeispiele gibt es bei Bearbeitungsmaschinen oder im Sieb- und Offsetdruck. Hier müssen Druckmaschinen zum Bedrucken von Hohlkörpern wie Flaschen oder Tuben sehr exakt arbeiten. Beim Einrichtbetrieb mit geöffneter Klappe wird die sichere Drehzahlüberwachung, die zusammen mit der Anbindung an CIP Safety in dem mit dem Antrieb verbundenen Umrichter integriert ist, dann aktiviert, um Verletzungsgefahren zu minimieren.

Safety-Gateway als CIP Safety Originator im Sercos-Netzwerk
Um Antriebe mit CIP Safety über Sercos auch ohne zusätzliche übergeordnete sichere Steuerung bis SIL3, Kategorie 4, oder PL e überwachen zu können und so die Vorteile von CIP Safety über Sercos in Verbindung mit AS-i Safety zukünftig noch effizienter zu nutzen, wurde das Gateway BWU3160 von Bihl+Wiedemann entwickelt (Bild 1). CIP Safety über Sercos ist das Protokoll zur Übertragung sicherheitsrelevanter Signale über Sercos – definiert in Kooperation mit der ODVA.
Das AS-i-3.0-Sercos-Gateway mit integriertem Sicherheitsmonitor, CIP Safety über Sercos, verfügt über zwei AS-i-Master mit integriertem Switch für zwei AS-i-Kreise, drei zweikanalige sichere Eingänge und sechs schnelle ­elektronische sichere Ausgänge onboard. Über Safe Link, die sichere Kopplung von Bihl+Wiedemann, kann das Gateway darüber hinaus noch um fast 2 000 sichere Ein- und Ausgänge erweitert werden (Bild 2).
Das Safety-Gateway BWU3160 agiert im Sercos-Netzwerk als CIP Safety Originator und kann so Antriebe mit CIP-Safety-Anbindung, zum Beispiel von Bosch Rexroth, bis SIL3/PL e überwachen und steuern. Dazu ist lediglich eine Sercos-Leitung nötig, über welche die Standarddaten wie auch die sicheren Daten übertragen werden. Über diese eine Leitung können die Antriebe mit integrierter Sicherheitstechnik sowohl von der Standardsteuerung angesteuert werden wie auch vom CIP-Safety-Gateway, welches den ­sicheren Part übernimmt und die Antriebe bei Bedarf sicher abschaltet.
Die Kommunikation über Sercos ist schnell, denn das Safety-Programm wird direkt im Gateway abgearbeitet und kommuniziert ohne Umwege mit den sicheren Antrieben. Dadurch gestaltet sich auch die Programmierung einfach und übersichtlich. „Unser neues AS-i-Safety-Gateway zu CIP Safety über Sercos ist vor allem deshalb entstanden, weil die Endkunden die Vorteile aus zwei Welten möglichst kostengünstig kombinieren wollten: die verblüffend einfache ­Sicherheitstechnik von AS-Interface und die weltweit anerkannte Antriebstechnik von Bosch Rexroth“, stellt Jochen Bihl, Geschäftsführer von Bihl+Wiedemann, heraus (Bild 3).
Mithilfe der Safe-Link-Technologie, einer sicheren Kopplung von bis zu 31 Safety-Gateways über Standard-Ethernet, können mehrere Antriebe mit CIP Safety über Sercos ­sicher überwacht und gesteuert werden, auch wenn sie in unterschiedlichen Maschinen oder Anlagenteilen verbaut sind. Das funktioniert, weil die mit den sicheren Antrieben verbundenen CIP-Safety-Sercos-Gateways im Safe-Link-Netzwerk die sicheren Daten austauschen, wodurch jeder Teilnehmer im Netzwerk jederzeit über sämtliche sicherheitsrelevanten Informationen verfügt und entsprechend reagieren kann.

Fazit
Das CIP-Safety-über-Sercos-Gateway BWU3160 ermöglicht die Integration von Antriebs-, Peripherie- und Sicherheitsbus in einem einzigen Netzwerk und sorgt für mehr Funktionalität und Flexibilität bei reduzierten Hardware- und Installationskosten. Von den zahlreichen AS-i-spezifischen Vorteilen – dazu gehören einfache Installationstechnik von Standard- und sicheren Sensoren sowie die umfangreichen Diagnosemöglichkeiten – profitiert der Anwender ebenfalls, und zwar ohne Aufpreis. Das Gateway ist die erste AS-i-Komponente, die nicht nur als Sicherheitschef für Sensoren und Aktuatoren und als Datenlieferant für einen übergeordneten Feldbus fungiert, sondern als Sicherheits-SPS selbstständig Steuerungsaufgaben im Bereich der Antriebstechnik übernimmt. (hz)

Literatur
[1] Heinze, R.: Die große Vielfalt für die sichere Drehzahl­überwachung. openautomation 17 (2015) H. 4 S. 62 – 66