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Motorfeedback-Eingeberlösung bis SIL3/PLe Sicherer Drehgeber mit Absolutspur ersetzt redundante Sensorik

Autor / Redakteur: Rudolf Huber, Horst Hanisch / Dipl. -Ing. Ines Stotz

Sicherheit und Personenschutz gewinnen in Anlagen mit heutigen hochdynamischen Antrieben ständig an Bedeutung und werden zu einem ernstzunehmenden Kostenfaktor. Mit der richtigen Strategie kann man diesen allerdings in vernünftigen Grenzen halten. Ein funktional sicherer Sinus/Cosinus-Drehgeber führt als Eingeberlösung zu sicheren, schlanken und innovativen Antriebslösungen.

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Zertifizierte Drehgeber und Geschwindigkeitswächter ermöglichen eine sichere dezentrale Achsüberwachung sogar unter Beibehaltung der bisherigen Standard-Antriebskomponenten bis SIL3 / Ple.
Zertifizierte Drehgeber und Geschwindigkeitswächter ermöglichen eine sichere dezentrale Achsüberwachung sogar unter Beibehaltung der bisherigen Standard-Antriebskomponenten bis SIL3 / Ple.
( Archiv: Vogel Business Media )

Moderne Betriebe arbeiten mit immer schnelleren und leistungsfähigeren Maschinen und Anlagen, von deren beweglichen Komponenten ein steigendes Risikopotential ausgeht. Die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG nimmt daher sowohl Hersteller als auch Betreiber von Maschinen hinsichtlich der in EN ISO 13849 festgelegten Sicherheitsanforderungen in die Pflicht. Unter anderem gilt es, für den geforderten Sicherheitslevel von Maschinenkonstruktionen einen entsprechenden Nachweis der Konformität über den Performance Level (PL) oder Safety Integrity Level (SIL) zu erbringen.

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Kein sicherer Antrieb ohne sicheres Motorfeedback

Im Mittelpunkt einer sicheren Anlage bzw. Antriebslösung steht nach wie vor eine sichere Steuerung einschließlich aller notwendigen Komponenten wie sichere Regler, sichere Frequenzumrichter, sichere Ein- und Ausgänge usw. Sichere Steuerungen bzw. Antriebsregler verfügen beispielsweise sowohl über die Eigenüberwachung als auch über diverse sichere Fahrbefehle. Der komplette Aufwand für solch eine sichere Steuerung wird jedoch in dem Moment hinfällig, wenn man sie nicht gleichzeitig mit absolut zuverlässigen Eingangssignalen versorgt.

Die übliche Praxis besteht daher in einer redundanten Auslegung der Sensorik, bei der man neben dem Motorgeber zusätzlich einen Streckengeber einsetzt. Hierbei stellt sich keine besondere Anforderung an eine Eigendiagnosefähigkeit der Sensoren, da die übergeordnete Steuerung jeweils durch den Vergleich zweier korrespondierender Geberwerte Fehlfunktionen erkennt. Die Nachteile einer solchen Lösung liegen in hohen Kosten durch den redundanten Materialaufwand einschließlich der Verkabelung, in einer höheren Ausfallwahrscheinlichkeit auf Grund mehrerer Einzelkomponenten und einem hohen Aufwand beim Nachweis der Konformität.

Elektronische Eigendiagnose im ASIC verankert

Da die Signalerfassung an erster Stelle der Informationsverarbeitung steht, leistet der erste funktional sichere Sinus/Cosinus-Drehgeber mit zusätzlicher Absolutspur hier einen wertvollen Beitrag zur Rationalisierung sicherer Antriebslösungen. Das von Pepperl+Fuchs Drehgeber in Tuttlingen entwickelte System macht die bisher übliche Praxis der redundanten Auslegung von Sensorkomponenten im Antrieb überflüssig. Nach Abschluss der beim TÜV Süd beantragten Zertifizierung eignet sich der Motorfeedback-Drehgeber mit der Bezeichnung RVK58S für Antriebslösungen von bis zu einem SIL3/PLe unter Verwendung eines einzelnen Gebers.

Das Sicherheitskonzept des Sensors basiert großteils auf einem ASIC, der einerseits zur Signalkonditionierung dient und andererseits für die Eigendiagnose verantwortlich ist. Durch Auswertung der inkrementellen, um 90 Grad zueinander versetzten Sinus/Cosinus-Gebersignale über die Beziehung sin²(x) + cos²(x) = 1 lassen sich Fehler auf der Impulsscheibe sowie im Signalpfad sicher detektieren. Außerdem überwacht werden die Versorgungsspannung, Temperatur, LED-Ansteuerung und Prüfsumme der Kalibrierdaten. Wird eine der Bedingungen verletzt, schaltet die Drehgeberelektronik die Ausgänge hochohmig, so dass der Fehlerfall auch für bestehende Steuerungen, die in der Regel über eine Leitungsbrucherkennung verfügen, leicht detektierbar ist. Ein Rücksetzen des Drehgebers ist anschließend nur durch einen Aus- gefolgt von einem Einschaltvorgang möglich.

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