S700 Safety: Sicher begrenzte Geschwindigkeit

Allgemeines

Für das Verständnis sind folgende Dokumentationen wichtig:

• Bedienungsanleitungen "PNOZ m1p" und "PNOZ mo1p" (Downloadbereich der Pilz internationalen Internetseite www.pilz.com)
• Instructions Manual S701...724
• Operating instructions for Safety Card S2

Verwendete Produkte:

• PNOZ m1p (Pilz)
• PNOZ mo1p (Pilz)
• S700-S2 (Kollmorgen)
• AKM Motor (Kollmorgen)
• Motorkabel 5m (Kollmorgen)
• Feedbackkabel (Hiperface) 5m (Kollmorgen)
• PNOZmulti Configurator (Pilz)
• SafetyGUI (Kollmorgen)

Anwendungsbeispiel

Das Beispiel zeigt die Realisierung der Betriebsart „Einrichten – Sicher begrenzte Geschwindigkeit bei Betätigung eines Zustimmschalter“ mit einem Betriebsartenwahlschalter, einem Zustimmschalter, einem PNOZmulti und einem S700 mit eingebauter S2 Sicherheitskarte.

Die sichere Ansteuerung und Auswertung der Signale wird durch die Funktionsbausteine
Betriebsartenwahlschalter,Zustimmsschalter und Not-Halt
aus der Elementauswahl (Eingangselemente) übernommen..

Funktion Betriebsartenwahlschalter

An einer Maschine soll ein Betriebsartenwahlschalter (S6) mit 2 Positionen, für die Betriebsarten Automatik und Einrichten, durch das PNOZmulti überwacht werden. Auf den automatischen Dauerlauf wird in diesem Beispiel nicht näher eingegangen. Betrachtungen sind hier nur für den Einrichtbetrieb mit Zustimmfunktion (SS2, SLS, SDI) angegeben, andere Betriebsarten und Sicherheitsfunktionen sind separat zu betrachten.
Den Betriebsarteneingängen ist im Anwenderprogramm der FS-Funktionsbaustein (FB) Betriebsartenwahlschalter zugeordnet. Der FB überwacht zeitlich den Umschaltvorgang und erkennt nicht plausible Betriebsarten wie z.B. keine Betriebsart gewählt (alle Eingänge des Betriebsartenwahlschalters sind 0). Tritt ein Fehler auf, wird der Freigabeausgang des FB sofort zurückgesetzt. Der Freigabeausgang wird ebenfalls beim STOP des PNOZmulti und beim Einschalten des PNOZmulti zurückgesetzt. Das Signal am Freigabeausgang muss vom Anwenderprogramm ausgewertet werden und zu einer entsprechenden Reaktion führen.
Anhand eines Eintrags im Fehlerstack kann ermittelt werden, aus welchem Grund der Freigabeausgang zurückgesetzt wurde.
Die Quittierung des Fehlers ist von der Art des aufgetretenen Fehlers abhängig.

• An keinem Eingang steht 1-Signal an:
  Herstellung eines zulässigen Eingangssignals an den Eingängen des FB.
• An mehr als einem Eingang steht 1-Signal an:
  Herstellung eines zulässigen Eingangssignals an den Eingängen des FB und Neustart des PNOZmulti.

Durch Anwahl der BA Einrichten und das Betätigen des Start-Tasters? (S4) bei aktiviertem Zustimmschalter (S5) wird der Antrieb in Gang gesetzt.
Im Einrichtbetrieb werden die Sicherheitsfunktionen SLS (sichere begrenzte Geschwindigkeit) und SDI (negative bzw. positive) sichere Drehrichtungsüberwachung zusätzlich aktiviert. Richtung und Geschwindigkeit der überwachten Achse sind hierbei so gewählt, dass sich der Werker immer der gefahrbringenden Bewegung entziehen kann.
Sollte die Funktion SLS oder SDI bzw. deren konfigurierten Grenzwerte verletzt werden, geht der Antrieb in STO über.
Hierbei ist zu beachten, dass bei STO kein Haltemoment mehr vorhanden ist und durch entsprechende Zusatzmaßnahmen dafür gesorgt werden muss, dass dieses Verhalten nicht zu einer gefährlichen Situation führt (z.B. bei hängenden Lasten).

Sicherheitsbetrachtung Betriebsartenwahlschalter

• Ein Kurzschluss zwischen 24 V DC und einem Eingang mit nicht angewählter Betriebsart wird von dem Standardfunktionsbaustein als Fehler erkannt.
• Ein Kurzschluss zwischen 24 V DC und einem Eingang mit angewählter Betriebsart wird von dem Standardfunktionsbaustein nach dem nächsten Schaltvorgang als Fehler erkannt.

Funktion Zustimmsschalter

In diesem Beispiel überwacht das PNOZmulti den zweikanaligen dreistufigen Zustimmschalter S5, der mit zwei Schließern und zwei zwangsgeführten Öffnern versehen ist.
Die Aus-Funktion? mit Zwangstrennung in Stufe 3 des Zustimmschalters, ist im Anwenderprogramm dem FS-Funktionsbaustein „Not-Halt“ zugeordnet. Der FB erkennt, wenn die Aus-Funktion? getätigt wurde, aber auch falsche Eingangssignale, wie z.B. Überschreiten der Kontaktsynchronisationszeit.
Der Zustimmsfunktion des Zustimmschalters ist im Anwenderprogramm der FS Funktionsbaustein „Zustimmsschalter“ zugeordnet. Der FB erkennt, wenn der Zustimmschalter gedrückt wurde, aber auch falsche Eingangssignale, wie z.B. Überschreiten der Kontaktsynchronisationszeit.
Wird der Zustimmschalter durchgedrückt (NOT-AUS) oder tritt ein Fehler auf, wird der Freigabeausgang des FB sofort zurückgesetzt.
Für dieses Beispiel wird ein Zustimmschalter benötigt, bei dem sichergestellt ist das bei der Rückstellung von Stufe 3 auf Stufe 1 die Zustimmfunktion in Stufe 2 nicht wirksam wird. Dies ist Voraussetzung für die vorliegende Applikation.
Das Signal am Freigabeausgang kann vom Anwenderprogramm ausgewertet werden und zu einer entsprechenden Reaktion führen.
Die Quittierung des Fehlers ist von der am FB eingestellten Betriebsart abhängig.
Die Funktionsbausteine Not-Halt? und Zustimmsschalter sind in diesem Applikationsbeispiel so parametriert, dass:

• beim Neustart (PSS aus-/eingeschaltet),
• beim Anlauf (STOP-RUN-Übergang des PNOZ),
• nach Loslassen des Zustimmschalters oder
• nach Durchdrücken des Zustimmschalter

keine Quittierung erfolgen muss, damit der Freigabeausgang wieder gesetzt werden kann.

Das Signal des Freigabeausgangs aktiviert die Funktion SS2 der Sicherheitskarte durch eine fallende Flanke am Eingang SS2 der Sicherheitskarte. Werden die konfigurierten Grenzwerte der SS2 Funktion verletzt, geht der Antrieb in STO.
Hierbei ist zu beachten, dass bei STO kein Haltemoment mehr vorhanden ist und durch entsprechende Zusatzmaßnahmen dafür gesorgt werden muss, dass dieses Verhalten nicht zu einer gefährlichen Situation führt (z.B. bei hängenden Lasten).

Sicherheitsbetrachtung Zustimmsschalter

• Das Überbrücken eines Kontaktes im Schließer- oder Öffnerkreis des Zustimmschalters wird beim nächsten Schaltvorgang vom FB erkannt.
• Ein Querschluss zwischen den Eingangskreisen des Zustimmschalters wird vom PNOZ als Fehler erkannt.
• Ein Kurzschluss zwischen 24 V DC und einem Eingangskreis des Zustimmschalters wird vom PNOZ als Fehler erkannt.
• Bei Rückführung des Zustimmschalters von Stufe 3 nach Stufe 1 wird die Zustimmfunktion durch den Zustimmschalter unterdrückt.
• Mit dem Zustimmschalter allein dürfen keine Befehle für gefahrbringende Zustände eingeleitet werden können

Beschaltung der Sicherheitskarte

Projektierung PNOZ Multi:
Die Aktivierung der jeweiligen Sicherheitsfunktionen erfolgt über eine fallende Flanke an den Eingängen der Sicherheitskarte.

Start:
Der sichere Einrichtbetrieb, in dem die sicher begrenzte Geschwindigkeit und die Drehrichtung überwacht werden, kann gestartet werden wenn:

• Die Betriebsart einrichten angewählt ist und
• die Sicherheitskarte bereit ist und
• der Zustimmschalter aktiviert ist und
• der Start-Taster? gedrückt wird (erst der Starttaster löst die Bewegung aus).

Ausgänge PNOZmulti:
SS1 Activate : Sicherer Stopp 1
SS2 Activate : Sicherer Stopp 2
SLS Activate : Sicher begrenzte Geschwindigkeit
SDI Neg Activate : Sichere Richtung links drehend
SDI Pos Activate : Sichere Richtung rechts drehend
Reset : Zum Zurücksetzen der Sicherheitskarte nach einem Fehler

Zum Betrieb der Sicherheitskarte ist das Auflegen der Signals SS1 und Reset zwingend erforderlich. Mit diesen beiden Eingängen wird ein Reset der Sicherheitskarte ausgelöst. Der Reset Taster am PNOZmulti löst die nötige Signalsequenz, für den Reset am SS1 und Reset der Sicherheitskarte aus.
Beseitigen Sie den Fehler und beachten dabei

• die Fehlermeldungen im Fehler-Stack?.
• die LED-Anzeige.

1. Schalten Sie die beiden Eingänge SS1 Activate und Reset auf 0 V

• Die Sicherheitskarte führt die Sicherheitsfunktion SS1 (Safe Stop 1) aus und wechselt in den Zustand "STOP".
  Die LED "FAULT" blinkt.

2. Schalten Sie die beiden Eingänge SS1 Activate und Reset auf 24 V.

• Die Sicherheitskarte wechselt in den Zustand "STARTUP". Das Gerät und die sichere Impulssperre werden getestet.
  Die LED "RUN" blinkt.
• Die Sicherheitskarte wechselt in den Zustand "RUN".
  Die LED 'RUN' leuchtet dauerhaft.

 

• t1 : mindestens 2 ms, Zeit, während SS1 Activate und Reset "0"-Signal besitzen müssen
• t2 : Schaltabstand SS1 Activate – Reset
• t3 : ca. 2 s, Hochlaufzeit Sicherheitskarte
• SS1 Activate : Eingang für Sicherheitsfunktion SS1
• Reset : Eingang für Reset
• STO Acknowledge : Ausgang für Rückmeldung der Sicherheitsfunktion STO
• LED "RUN" : System ist bereit

Die weitere Anzahl der Ausgänge richtet sich nach der Anzahl der auf der Sicherheitskarte konfigurierten Sicherheitsfunktionen.

Eingänge PNOZmulti:
Reset : Löst einen Reset der Sicherheitskarte aus.
Start : Löst die Bewegung im Einrichtbetrieb aus.
Ready : Liest die Betriebsbereitschaft der Sicherheitskarte aus.
STO_ACK : STO aktiviert.

Eingänge zum Auslösen der Sicherheitsfunktionen:
Applikationabhängig.

Sicherheitsbetrachtung Motion Control

• Durch Bremsrampen von SS1/SS2 und Nachlaufzeiten dürfen keine gefährlichen Situationen entstehen.
• Ideale Mechanik am Antrieb (Überdimensionierung) wird angenommen (Fehlerausschluss für Wellenbruch).
• Der Betreiber muss sicherstellen, dass die Funktion der sicheren Impulssperre durch Auslösen der Sicherheitsfunktionen SS1 oder STO periodisch getestet wird, spätestens nach 8 Stunden:
  - durch betriebsbedingten Neustart nach Auslösen der Sicherheitsfunktionen SS1 oder STO
    oder
  - durch einen Neustart nach Auslösen der Sicherheitsfunktion SS1 durch den Bediener (siehe Betriebsanleitung).

Sicherheitsbetrachtung Gesamtapplikation

• Das PNOZmulti und die Kombination S700 / Safety Karte S2 müssen im gleichen Einbauraum installiert sein, um einen Kurzschluss zwischen 24 V DC und einem Sicherheitseingang der Karte zu auszuschließen.
• Ein Fehler im PNOZmulti Mini oder der Kombination S700 / Safety Karte S2 führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion.

Sicherheitstechnische Kenndaten

Sicherheitsfunktion nach EN ISO 13849-1 Sicherheitsbezogene Steuerungsfunktion (SRCF) nach EN 62061	Performance Level nach EN ISO 13849/1	Sicherheis- Integritätslevel nach EN 62061	Sicherheitsbezogene Teile der Steuerung
Zustimmfunktion – Loslassen oder Durchdrücken des Zustimmsschalters stoppt die gefährliche Bewegung mit Sicherer Stopp2 (SS2) (hier nur für den manuellen Betrieb angegeben. Andere BA sind separat zu betrachten)	PL d	SIL 2	Sensor (Zustimmschalter) Sensor (Betriebsartenwahlschalter) Eingang (PNOZ m1p) Eingang (PNOZ m1p) Logik (PNOZ m1p) Ausgang (PNOZ m1p) Aktor (Safety Karte S2)
Sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS) (hier nur für den manuellen Betrieb angegeben. Andere BA sind separat zu betrachten)	PL d	SIL 2	Sensor (Betriebsartenwahlschalter) Eingang (PNOZ m1p) Eingang (PNOZ m1p) Logik (PNOZ m1p) Ausgang (PNOZ m1p) Aktor (Safety Karte S2)
Sichere Bewegungsrichtung (SDI) (hier nur für den manuellen Betrieb angegeben. Andere BA sind separat zu betrachten)	PL d	SIL 2	Sensor (Betriebsartenwahlschalter) Eingang (PNOZ m1p) Eingang (PNOZ m1p) Logik (PNOZ m1p) Ausgang (PNOZ mo1p) Aktor (Safety Karte S2)

Voraussetzungen:

Beschreibung		Kennung
Ausfall infolge gemeinsamer Ursache (CCF):		Anforderungen gelten als erfüllt, β=2% (muss bei Realisierung überprüft werden)
Gebrauchsdauer		20 Jahre
Betätigungsintervall (elektromechanische Komponenten):	Sensor	1 Betätigungen pro 2 Stunden für Zustimmschalter (0,5 pro Stunde)
	Sensor	1 Betätigung pro Tag für Betriebsartenwahlschalter
Zustimmungsschalter:	B10d	100.000
	Anteil gefährlicher Fehler	50 %
Betriebsartenwahlschalter:	B10d	100.000
	Anteil gefährlicher Fehler	50 %

Bitte beachten Sie weitergehende Anforderungen der EN 62061 (z.B. Anforderungen zur systematischen Sicherheitsintegrität) und der EN ISO 13849-1 (z.B. Anforderungen zur Vermeidung von systematischen Ausfällen).

Die Berechnung des Performance Levels ist nur gültig mit einem AKM Motor.

Schaltpläne

PDF file, 7 Seiten

Quellenangabe

Pilz Applikationsschrift "1002086_DE_01": Sicher begrenzte Geschwindigkeit an PMCprotego DS mit PNOZm1p

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