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Modulare Sicherheitsrelais für den Maschinenbau

: Phoenix Contact


Durch eine Reihe von konfigurierbaren Sicherheitseingängen und -ausgängen sind programmierbare Sicherheitssteuerungen - verglichen mit Standard-Sicherheitsrelais – für den Maschinenbauer deutlich flexibler. Die zu programmierende Konfiguration und Einrichtung gestaltet sich jedoch zuweilen kompliziert und zeitraubend. Deshalb ist ein modulares Sicherheitsrelais-Konzept, das sich einfach und sicher erweitern lässt und keine Programmierung erfordert, eine Kosten sparende Alternative im Maschinenbau.

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Die Sicherheitsrelais PSR-TBUS werden automatisch durch modulare Anschlussstücke elektrisch verbunden, sodass sicherheitskritische Signale zuverlässig zwischen den Einheiten weitergeleitet werden.

Die Sicherheitsrelais PSR-TBUS werden automatisch durch modulare Anschlussstücke...

Um Bedien- und Wartungspersonal vor Gefahren zu schützen, enthalten Maschinen heute in der Regel eine Reihe von Sicherheitselementen. Diese reichen vom klassischen Not-Aus-Schalter über Türkontakte bis hin zu Lichtschranken oder Laserscannern, mit denen bestimmte Maschinenbereiche überwacht werden können. Für gewöhnlich wird jeder Sensor über ein Sicherheitsrelais überwacht. Das bedeutet, dass ein im Schaltschrank installiertes Relais exklusiv der entsprechenden Sicherheitsfunktion zugeordnet ist. Bei Maschinen und Anlagen mittlerer bis hoher Komplexität, mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Sicherheitsfunktionen, kann die Zahl der Sicherheitsschalter verhältnismäßig groß werden. Dadurch wird der verfügbare Platz im Schaltschrank deutlich eingeschränkt.

Sind weitere Kontakte erforderlich, kann ein Erweiterungsmodul mit dem primären Sicherheitsrelais verbunden werden. Dabei wird die Kontaktstromversorgung einem redundanten Satz von NO (normal offen)-Kontakten im Basisrelais aufgeschaltet. Dies hat zur Folge, dass diese Kontakte für andere Schaltaufgaben nicht mehr zur Verfügung stehen. Damit das Erweiterungsmodul sicher geschaltet werden kann, ist es außerdem erforderlich, den NC (normal geschlossen)-Signalkontakt in dem Neustart-Schaltkreis des Basisrelais auszuwerten.

Wenn dieser sicherheitskritische Bestandteil des Schaltkreises nicht sorgfältig verdrahtet wird, können Fehler, wie beispielsweise verschweißte Kontakte im Erweiterungsmodul, nicht erkannt werden. Eine Verkettung derartiger Fehler kann zu einem teilweisen oder sogar vollständigen Verlust der Sicherheitsfunktion führen. Um diese Problematik zu lösen und die
daraus folgenden kritischen Zustände für den Sicherheitsschaltkreis zu vermeiden, ist ein Konzept erforderlich, das die Kontakte zuverlässig, fehlerfrei und automatisch erstellt – wie es beispielsweise die modularen Sicherheitsrelais PSR-TBUS von Phoenix Contact können.

Fehlerfreies Verschaltungskonzept

Das PSR-TBUS-Konzept basiert auf einem Anschlussstück, das auf die Montageschiene im Schaltschrank gesetzt wird. Das Sicherheitsrelais wiederum verbindet sich mechanisch über eine Öffnung an der Rückseite des Relaisgehäuses mit diesem PSR-TBUS-Anschlussstück. Die Anschlussstücke können nahtlos aneinander gereiht werden und bilden eine mechanische Kontaktbrücke zwischen den Relais. In der praktischen Umsetzung wird zunächst lediglich ein Anschlussstück auf die Schiene gebracht und ein Master-Relais aufgesteckt. Im Folgenden wird das Master-Relais entsprechend den Gegebenheiten der Anwendung um zusätzliche Kontakte und Einheiten erweitert. Dabei werden die Sicherheitssignale nicht mehr über eine externe Verdrahtung der Erweiterungskontakte verbunden, sondern vielmehr durch einfaches Zusammenstecken der Relais. Da keine externe Verdrahtung für die Sicherheitssignale erforderlich ist und die Relais durch Einstecken installiert werden, verkürzt sich die Zeit für Installation sowie Einrichtung der Sicherheitsschaltkreise an der Maschine deutlich. Je nach Art und Zahl der erforderlichen Schaltkreise beträgt die Zeitersparnis im Vergleich zur herkömmlichen Technik bis zu 50 Prozent.

Universeller Master

Mehrere parallele Sicherheitsfunktionen werden über ein Master/Slave-Konzept realisiert. Das Master-Relais PSR-SDC4 ist eine kompakte, lediglich 22,5 mm breite, universelle Schalteinheit, die verschiedenste Sicherheitssensor-Signale überwachen kann. Dazu gehören einkanalige Schaltkreise zum Überwachen von Not-Aus-Schaltern oder Signale von anderen Teilen der Maschine. Ebenso lassen sich zweikanalige Anwendungen zur sicheren Überwachung von Sensoren anschließen,
wie codierte Magnetschalter mit zwei NC- oder NC/NO-Kombinationen. Darüber hinaus ist das Master-Relais mit Sicherheits-Lichtvorhängen kompatibel. In solchen Anwendungen werden die 24-VDC-Ausgänge des OSSD (Output Signal Switching Device, Ausgangssignal-Schaltgerät) direkt mit den Eingängen des Relaismoduls verbunden, das bei Auslösung der Lichtschranke abfällt.

Das Master-Relais – sowie damit der gesamte Sicherheitsschaltkreis – lässt sich manuell durch Betätigen eines Neustart-Schalters aktivieren oder mit einer einfachen Steckbrücke für einen automatischen Neustart konfigurieren. Um Lasten zu schalten, ist die Einheit mit zwei potenzialfreien Kontakten ausgestattet, die bis zu 6 A schalten können. In die Einheit ist außerdem ein NC-Halbleiterausgang integriert, der den Schaltzustand an eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder an eine andere übergeordnete Steuerung übergeben kann. Aufgrund seines Aufbaus sowie seiner integrierten Eigenschaften eignet sich das vielseitige Sicherheitsrelais PSR-SDC4 für Sicherheitsanwendungen bis zur Kategorie 4 gemäß der Norm EN 954-1 oder Kategorie 4, PL e gemäß ISO 13849-1.

Für viele Maschinenhersteller ist es oft wichtig, dass verschiedene Schutztürfunktionen von einem zentralen Sicherheitsrelais überwacht werden können, das zusätzlich Diagnosemöglichkeiten hinsichtlich der Türposition bietet. Mit dem Master-Relais PSR-SDC4 und einer sicheren Sensor-Aktor-Steuerbox (SACB, Sensor Actuator Control Box) lässt sich für diesen Fall eine einfache Lösung mit umfangreichen Diagnosemöglichkeiten realisieren. Die gelbe SACB-Einheit ist wasserdicht und mit M12-Anschlüssen für bis zu vier magnetische Sensoren mit NO/NC-Kontaktkombinationen ausgestattet. Die Signale werden intern entkoppelt und die einzelnen Signalpfade angeschlossen (NO an NO, NC an NC). Die Einheit liefert ein 24-VDC-Ausgangssignal, das den Schaltzustand anzeigt und von einer SPS oder einer anderen Maschinensteuerung ausgewertet werden kann. Die sicherheitsrelevanten Signale werden vom Master-Relais verarbeitet, sodass für vier magnetische Schalter lediglich ein Master-Relais erforderlich ist.

Modulare Erweiterung

Sind für die Sicherheitsanwendung mehr als zwei Schaltkontakte erforderlich, werden eine oder mehrere Erweiterungseinheiten über die PSR-TBUS-Anschlussstücke mit dem Master-Relais verbunden. Das PSR-TBUS-Anschlussstück selbst hat fünf integrierte Kontakte, über die sicherheitsrelevante Signale zwischen den Einheiten ausgetauscht werden. Dazu gehören die Versorgungsspannung (A1 und A2), ein geschaltetes sicheres Potenzial sowie die Rückmeldeschleife von den Erweiterungseinheiten. Die Rückmeldeschleife schließt ein Endstecker, der unter der letzten Einheit der Anwendung angebracht wird. Die Gestaltung des Endsteckers stellt zudem sicher, dass keine elektrische Verbindung zu anderen Sicherheitsanwendungen bestehen kann.

Da die PSR-TBUS-Anschlussstücke die herkömmliche Verdrahtungsmethode über externe Leiter vollständig ersetzen, wird sowohl der Aufwand zum Einrichten der Anwendung als auch die Zahl der Fehlerquellen deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil des PSR-TBUS-Verbindungskonzeptes besteht darin, dass ein Schaltkontakt im Master-Modul nicht belegt und somit größere Flexibilität gegenüber der konventionellen Technik erzielt wird. Die Reduzierung externer Verdrahtungen vereinfacht darüber hinaus die Stromlaufpläne der Anlage und verringert damit den Dokumentationsaufwand sowie die Gesamtdauer der Projekt-Umsetzung.

Für den Ausbau der Sicherheitsfunktion stehen zwei Erweiterungsmodul-Typen zur Verfügung. Beide Einheiten haben ebenso wie das Master-Modul ein 22,5 mm schmales Gehäuse. Jede Einheit verfügt über vier redundante NO-Kontakte sowie einen NC-Kontakt. Während das Erweiterungsmodul PSR-URM normale Kontakte besitzt, ist das PSR-URD mit zeitverzögerten Kontakten ausgestattet. Die Verzögerung dieser Kontakte lässt sich über ein Potenziometer einstellen und beträgt bis zu 30 s. Damit das Relais nicht manipuliert werden kann, verdeckt ein Aufkleber das Potenziometer und bewahrt somit die Integrität der Sicherheitsfunktion.

Innerhalb der modularen Relais-Produktfamilie kann zwischen steckbaren Schraub- oder Zugfederanschlüssen gewählt werden. Der doppelte
Zugfederanschluss ist insbesondere für die Verdrahtung von Leitungen mit einem Querschnitt bis zu 1,5 mm² geeignet. Flexible Leiter mit Aderendhülse oder starre Leiter lassen sich direkt ohne Werkzeug anschließen. Die Verbindung kann wieder gelöst werden, indem von oben ein Schraubendreher eingeführt und niedergedrückt wird, bis der Leiter abgezogen oder durch einen anderen ersetzt wird. Auf diese Weise ist eine Verdrahtungsanpassung jederzeit problemlos möglich.

Fazit

Das modulare Sicherheitsrelais-Konzept PSR ist eine wirtschaftliche Alternative zu programmierbaren Sicherheitssteuerungen, die oft schwierig und zeitraubend zu programmieren und einzurichten sind. Herzstück des Konzepts ist ein universelles Master-Relais, das sich einfach und schnell erweitern lässt und das verschiedenste Sicherheitssensoren überwachen kann. Es ersetzt mehrere herkömmliche Relais, die wesentlich mehr Platz im Schaltschrank benötigen würden. Das kompakte Design der Sicherheitsrelais spart wertvollen Platz im Lager sowie im Schaltschrank. PSR-TBUS-Anschlussstücke ersetzen externe Verdrahtungen, so dass sich Stromlaufpläne vereinfachen und Projektumsetzungen verkürzen. Der Hauptaspekt jedoch ist, dass das zuverlässige Verbindungssystem über die PSR-TBUS-Anschlussstücke eine vollständige Rückmeldeschleife sicherstellt. Auf diese Weise wird die Sicherheitsfunktion nicht beeinträchtigt und bleibt stets intakt.

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