06.09.2021 – Kategorie: Hardware & IT

Sicherheitssensoren für Drehgeber: So gelingt höchste Sicherheit ganz einfach

SicherheitssensorenQuelle: ESB Professional/shutterstock
Vom Hersteller zertifizierte Safety-Drehgeber erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, vereinfachen sie doch erheblich den Aufbau und die Berechnung einer Sicherheitsfunktion. Wie einfach es gehen kann, lesen Sie hier.

Sicherheitssensoren: Mit zertifizierten Geräten für sicherheitsrelevante Einrichtungen lassen sich sicherheitsrelevante elektrische Steuerungssysteme (SRECS) einfacher planen und aufbauen. Die Hersteller dieser Geräte geben SIL beziehungsweise Performance Level und Ausfallraten an, damit sich diese als komplettes Teilsystem (SRP/CS) integrieren lassen.

Sicherheitssensoren einfach integrieren

Um die Geräte in Programme wie Sistema zu integrieren, stellt TWK-Elektronik eine Kennwertbibliothek für seine Sicherheitssensoren zur Verfügung, die in die Gerätebibliothek importiert werden kann. Die Syntax der Kennwertbibliotheken ist im VDMA-Einheitsblatt 66413 genormt. Seit der Version 2.x kann Sistema diese importieren.

Nach Planung der Sicherheitsfunktion geht es an die Umsetzung. Der Profisafe-Drehgeber TRT/S3 wird wie ein Standard-Profinet-Drehgeber mit seiner GSD-Datei in das Hardware-Projektierungstool eingebunden. Anschließend setzt man das dem Drehgeber entsprechende Profisafe-Modul auf Slot 1 in der Slot-Liste.

Das Modul besitzt Parameter für die Drehgebereinstellung und für Profisafe. Wie beim Standard-Drehgeber stehen Parameter zur Einstellung von Coderichtung, Auflösung und Gesamtschrittzahl sowie zur Änderung der Geschwindigkeitszeitbasis zur Verfügung. Die Übertragung dieser Parameter an den Drehgeber wird mit einer separaten Checksumme abgesichert. Zur Berechnung der Checksumme bietet der Hersteller ein separates Berechnungsprogramm.

Sicherheitssensoren
Durch eine redundante Hall-Sensorik sowie interne Überwachungsmaßnahmen erreicht der Profisafe Drehgeber TRT/S3 die Einstufung in SIL2 und Pld. Bild: TWK-Elektronik

Watchdog-Timer richtig einstellen

Bei den Profisafe-Parametern muss nur die Profisafe-Adresse und eventuell die Watchdog-Zeit eingestellt werden. Die Watchdog-Zeit ist die Zeit, in der ein gültiges aktuelles Sicherheitstelegramm von der F-CPU kommen muss. Andernfalls geht das Gerät in den fehlersicheren Zustand. Die Überwachungszeit sollte so hoch gewählt werden, dass Telegrammverzögerungen durch die Kommunikation toleriert werden, aber im Fehlerfall, zum Beispiel bei Unter­brechung der Kommunikationsverbindung, die Fehlerreaktion schnell genug erfolgt.

Danach müssen nur noch die Adressen der E/A-Daten vergeben werden. Anschließend stehen die Position und die Geschwindigkeit der Drehgeberwelle in der Anwendung (F-Programm) als sichere Daten zur Verfügung. Mit ihnen kann man im F-Programm wie im Standardprogramm arbeiten. Geringfügige Einschränkungen im Datentypen- und Funktionsumfang im F-Programm sind abhängig vom Hersteller der SPS.

Die E/A-Daten belegen durch die zusätzlichen Profisafe-Bytes je 4 Byte mehr im Speicherbereich der SPS. Dadurch belegt der Drehgeber 12 Bytes Eingangsdaten (Statuswort, Position, Geschwindigkeit sowie F-Eingangsdaten) und 10 Bytes Ausgangs­daten (Steuerwort, Presetwert und F-Ausgangsdaten). Das Handling des Control- und Status-Bytes sowie der 3-Byte-CRC übernimmt die SPS-Steuerung. Die im Anwenderprogramm benötigten Bits zur Anzeige des fehlersicheren Zustands eines Gerätes sowie zur Wiedereingliederung, werden von der Firmware der SPS zur Verfügung gestellt.

Zusätzlich ist es möglich, den Drehgeber im F-Programm der SPS mit einem Wert zu initialisieren (Preset-Setzen). Preset-Wert und Preset-Kommando werden über den E/A-Verkehr im zyklischen Datenverkehr übertragen und über die Profisafe-Mechanismen abgesichert.

Sicherheitssensoren
Die Syntax der Kennwertbibliotheken ist im VDMA-Einheitsblatt 66413 genormt. Seit der Version 2.x kann Sistema diese importieren. Bild: TWK-Elektronik

Sicherheitsheitssensoren: Redundante Hall-Sensorik

Intern arbeitet der TRT/S3 mit einer redundanten Hall-Sensorik. Deren Signale werden intern verglichen und zusammen mit dem daraus berechneten Geschwindigkeitswert über das sichere Profisafe-Protokoll übertragen. Bei einer Abweichung der beiden Sensorsignale nimmt der Geber den sicheren Zustand ein und meldet dies über die Profisafe Status-Bits. Durch die redundante Hall Sensorik und die internen Hardware und Software-Überwachungsmaßnahmen erreicht der TRT/S3 die Einstufung in SIL2 und PLd bei einem sehr kleinen PFHD von 9,889*10-8 1/h, wodurch er nur einen kleinen Anteil der Gesamtausfallrate für SIL2 für sich beansprucht.

Mit dem Hardware-Release 2 sind Auflösungen bis 14 Bit und Drehzahlen bis 5000 Umdrehungen pro Minute möglich. Für Anwendungen, in denen nur die Geschwindigkeit überwacht werden muss, wird der TRT/S3 auch in einer kompakteren und günstigeren Version als Drehzahl-/Geschwindigkeitssensor angeboten.

Der Autor Andreas Meyer ist Produktmanager bei TWK-Elektronik.

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