Antriebe und Maschinensicherheit

Gemäß einer häufig herangezogenen Kontrollhierarchie Personensicherheit am Arbeitsplatz ist auf verschiedene Arten von Schutzmaßnahmen angewiesen. Die effektivste davon wird als Gefahrenbeseitigung eingestuft – offensichtlich genug. Am anderen Ende der Skala steht das Tragen von persönlicher Schutzausrüstung. In der Mitte zwischen beiden liegt der Bereich Engineering Controls – Konstruktion oder Anpassung von Maschinen, um den Arbeitnehmer vor Gefahren zu schützen.

Diese Kategorie umfasst eine breite Palette von technischen Ideen. Aufzüge und Plattformen tragen dazu bei, dass Personen nicht stürzen (oder darauf fallen ). Opferteile wie Sicherungen oder Berstscheiben sollen Maschinen schützen, indem sie unter Belastung ausfallen. Belüftungssysteme sorgen dafür, dass die Atmosphäre sauber und sicher zu atmen ist.

Maschinensicherheitssysteme in der Fertigung

Maschinen mit sich schnell bewegenden Teilen wie Schwungrädern, Antriebsriemen und Lüfterflügeln stellen eine besondere Gefahr dar, und wenn möglich, sind Schutzeinrichtungen zur Vermeidung des Kontakts mit Körperteilen gesetzlich vorgeschrieben. Diese Schutzvorrichtungen reichen von entsprechend hergestellten Hauben und Abschirmungen bis hin zu, im Fall von Robotern und anderen größeren Maschinen, Drahtumzäunungen.

Wenn menschliches Eingreifen in die Ausrüstung erforderlich ist, um Inspektionen oder Reparaturen durchzuführen, ist es wichtig, dass gefährliche Maschinen deaktiviert und sicher abgeschaltet bleiben. Traditionell wird eine Anzahl von Vorrichtungen verwendet, um dieses Verfahren durchzuführen. Am häufigsten deaktivieren elektrische Verriegelungen, die an Zugangstoren angebracht sind, Maschinen automatisch, wenn Tore geöffnet werden.

Lichtleisten und Vorhänge erfüllen die gleiche Funktion für kleinere Maschinen oder wo Gitterkäfige ansonsten ungeeignet wären. (Der Stromkreis wird unterbrochen, wenn eine Person ein zwischen zwei Punkte projiziertes Lichtfeld unterbricht. ) Druckmatten sind ein weiteres häufig verwendetes Anwesenheitserkennungsgerät.

So eine Sicherheit Das System arbeitet herkömmlicherweise mit einer Reihe festverdrahteter elektromechanischer Komponenten:Schalter, Relais, Schütze, Encoder und so weiter. Zunehmend werden jedoch die von diesen externen Geräten ausgeführten Sicherheitssteuerungen in die Programmierung von regelbaren Antrieben integriert .

Antriebsbasierte Sicherheitssysteme sind weniger kompliziert und zeitaufwendig zu installieren als ihre nicht-digitalen Vorgänger. Sie vermeiden die zusätzlichen elektronischen Strukturen, die für herkömmliche ausfallsichere Mechanismen erforderlich sind, und sind weniger anfällig für Teileausfälle. Mit einfacheren und schnelleren Reset-Prozeduren können außerdem teure Ausfallzeiten minimiert werden.

Antriebsbasierte Sicherheitssysteme in Fertigungsmaschinen

Wie alle Aspekte des Maschinenbaus, antriebsbasierte Sicherheitsfunktionen müssen mit einer gewissen Zuverlässigkeit arbeiten. Normen, die von Gremien wie der Internationalen Elektrotechnischen Kommission entwickelt wurden, fließen in die Gesetzgebung der Europäischen Union und anderer Behörden auf der ganzen Welt ein. Um die von der EU-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG geforderten Sicherheitskriterien zu erfüllen, muss die funktionale Sicherheit von Frequenzumrichtern der Produktnorm EN/IEC 61800-5-2 entsprechen.

Die Sicherheitsmaßnahmen, die ein antriebsbasiertes System in Betrieb nehmen kann, decken eine Reihe von Gefahrenreaktionen ab. Die grundlegende und am häufigsten verwendete Funktion ist Safe Torque Off (STO) Signal. Dadurch wird die drehmomentbildende Energiezufuhr zum Motor einfach abgeschaltet. Wie schnell die Maschine stoppt, hängt von der Belastung oder Reibung ab und ist gegen unerwarteten Neustart garantiert.

Wenn eine mechanische Aktion auf kontrollierte Weise angehalten werden muss, wird der Sichere Stopp 1 (SS1) verwendet Die Funktion weist den Frequenzumrichter an, die Drehzahl schnell bis zum Stillstand herunterzufahren, bevor automatisch STO aktiviert wird. Dies entspricht den Not-Aus-Anforderungen von schweren Spinnmaschinen wie Sägen, Schleifmaschinen und Walzwerken.

Sicherer Stopp 2 (SS2) funktioniert auf die gleiche Weise, außer dass der Motor nach dem Bremsen in einem sicheren Betriebszustand gehalten wird. Die Verwendung dieser Funktion, um das volle Drehmoment des Motors verfügbar zu halten, kann erforderlich sein, um Geräteteile stabil zu halten, die sonst aus ihrer Position fallen würden.

Bei Maschinen wie Kränen und Hebezeugen, die mit sehr schweren Lasten umgehen, eine Safe Brake Control (SBC) wird verwendet, um eine mechanische Haltebremse zu aktivieren, während gleichzeitig der Hauptantrieb durch das STO-Signal deaktiviert wird.

Dank Safely-Limited Speed ​​(SLS) Funktion können Maschinen dazu gebracht werden, unterhalb einer bestimmten Grenze zu laufen. Wie vom Antrieb überwacht, löst eine Geschwindigkeit, die diese Grenze überschreitet, automatisch einen Notstopp durch ein STO- oder SS1-Signal aus.

Die SLS-Funktion ist besonders nützlich bei der Einrichtung und Wartung von Geräten, bei denen beispielsweise Kabel manuell über drehende Räder oder Trommeln geführt werden müssen. Es ist im Allgemeinen auch eine Möglichkeit, den Arbeitsausfall zu minimieren. Anstatt eine Maschine vollständig abzuschalten, wenn sich ein Bediener in der Nähe einer Ausrüstung befindet, kann sie dazu verwendet werden, mit einer reduzierten, sicheren Geschwindigkeit mit der Produktion fortzufahren, bis der Bediener eine bestimmte Gefahrenzone betritt (an diesem Punkt wird die Stromversorgung unterbrochen ).

Und da starke Einbrüche sowie Leistungsspitzen dazu führen können, dass sich einige Maschinen gefährlich verhalten, kann mithilfe des Safe Speed ​​Range (SSR) eine untere Geschwindigkeitsgrenze in Verbindung mit einer oberen Grenze programmiert werden Funktion.

Die Verfügbarkeit dieser Reihe von Sicherheitssteuerungen, einzeln oder in Kombination durch Plug-in-Module und Feldbusmodule, gibt dem Automatisierungsdesigner erheblich mehr Flexibilität und Freiheit als zuvor. Und mit Statusinformationen, die in der Antriebsschnittstelle verfügbar sind, hat der Bediener einen zuverlässigen Systemüberblick, der bis hin zu einer zeitnahen und genauen Diagnose reicht.

Sein intelligenter und anpassungsfähiger Charakter führt letztendlich dazu, dass ein antriebsbasiertes Sicherheitssystem mechanischen Gefahren ebenso vorbeugen wie effektiv darauf reagieren kann. Die daraus resultierenden Vorteile für den Arbeitsplatz, nicht nur in Bezug auf die Sicherheit, sondern auch in Bezug auf die Rationalisierung des Designs und die Verbesserung der Gesamteffizienz, machen ihn zu einem natürlichen Bestandteil der automatisierten Industrie.