Funktionale Sicherheit in vielen Bereichen

Die SPS AC500 lässt sich mit einer Safety-CPU und Safety-EAs (gelb) zur Sicherheitssteuerung AC500-S skalieren. © ABB

Funktionale Sicherheit ist breit gefächert und spielt in vielen Bereichen eine Rolle – etwa in der Papierindustrie, bei Skiliften, Zentrifugen und Dekantern, bei Förderbändern, Holzbearbeitungsmaschinen, Kranen, Prüfständen, Rolltreppen sowie bei Food and Beverage, automatisierten Lagereinrichtungen, Freizeitparks und in der Kunststoffindustrie. Die Gestaltung eines Sicherheitssystems erfordert es, wichtige funktionale Sicherheitsstandards einzuhalten. ABB hat für Safety-Funktionalitäten sowohl Steuerungen als auch Frequenzumrichter im Programm. Herzstück des Lösungsportfolios ist die speicherprogrammierbare Steuerung AC500. Die SPS lässt sich mithilfe von Safety-CPU- und E/A-Modulen auf eine vollständig integrierte Sicherheitslösung upgraden, die die hohen Anforderungen des Performance Levels bis PL e nach ISO 13849 oder des Safety Integrity Levels bis SIL 3 nach IEC 62061, IEC 61508 und IEC 61511 erfüllt.

Engineering-Tool Automation Builder

Mit dem Profisafe Plug-in-Modul (FSPS-21) lassen sich mehrere Sachen gleichzeitig realisieren: die PROFIsafe-Kommunikation, wichtige antriebsbasierte Sicherheitsfunktionen und die PC-Tool-Kommunikation. © ABB

Bei der AC500-S sind Safety- und Non-Safety-E/As hardwareseitig getrennt, softwareseitig jedoch vollständig integriert. Der Austausch von sicheren und nichtsicheren Daten ist einfach und findet geschlossen im Engineering-Tool Automation Builder statt. Hier ist auch das Functional Safety Design Tool FSDT-01 integriert, mit dessen Hilfe der jeweilige Performance Level und Safety Integrity Level bewertet werden können. Ebenso ist der Safety Code Analyzer integriert. Mit ihm lassen sich die Sicherheits-Programmierregeln oder -Richtlinien für die Programmierung von SPS-Anwendungen (FBD, LD, ST) verifizieren. Mithilfe des Automation Builder sind selbst komplexe und skalierbare Projekte umsetzbar; Frequenzumrichter können im Bereich der Feldebene eingebunden werden.

Hohe Sicherheit und Effizienzsteigerung

Eine wichtige Safety-Applikation ist die Tunnelautomation, bei der zu jeder Zeit die Personensicherheit innerhalb der Anlage sichergestellt werden muss. Die AC500 ist ein in Europa häufig verwendetes SPS-System. Skalierbarkeit und Konnektivität sind in diesem Segment entscheidende Merkmale. Die AC500 ermöglicht redundante und hochverfügbare Installationen mit bis zu 10.000 E/A-Signalen.

Ein weiterer relevanter Safety-Bereich ist das Material Handling mit Turmdrehkranen. Ein System aus Krannetzwerken, die miteinander in einem Bewegungskreis interagieren, stellt große Anforderungen an die Kommunikation zwischen den einzelnen Kransystemen. Die Safety-SPS AC500-S bietet besondere Merkmale wie die Gleitpunkt- und trigonometrische Berechnung, Programmierung in Structured Text sowie Profinet/Profisafe-Kommunikation. Mit der AC500 lassen sich auch Produktivität und Effizienz von Kransystemen steigern. Das zeigt ein Beispiel vollautomatischer RMG-Krane (Rail Mounted Gantry, Schienenportalkrane). Nach Automatisierung der Krane mit erweiterter funktionaler Sicherheit mit der AC500 SPS sowie ACS880-Frequenzumrichtern von ABB arbeiten sie vollautomatisch im 24-Stunden-Betrieb. Die Containerumschlagskapazität des Terminals ließ sich dadurch um 20, die Geräteauslastung um 35 und seine Produktionskapazität um 10 Prozent steigern.

Integrierte Sicherheit im Frequenzumrichter

Maschinensicherheit kann nicht nur durch separate externe SPS-Systeme gewährleistet werden. Ein Beispiel für die zunehmende Integration von Sicherheit, Steuerung und Überwachung sind die modernen Frequenzumrichtern der All-Compatible-Plattform von ABB. Alle Frequenzumrichter sind gekennzeichnet durch ein gleiches Look-and-Feel sowie eine gleiche Inbetriebnahme und Parametrierung. Sie haben ein gemeinsames Bedienpanel mit Klartextanzeige und teilen sich Zubehörteile wie Feldbus- oder E/A-Module sowie Tools wie den Drive Composer für die Antriebsinbetriebnahme, die Prozessoptimierung und die Überwachung.

Sämtliche All-Compatible-Frequenzumrichter verfügen standardmäßig über die Sicherheitsfunktion "Sicher abgeschaltetes Drehmoment" (STO), die Maschinen sicher in einen drehmomentfreien Zustand überführt oder einen plötzlichen Anlauf verhindert. Das erspart ein Sicherheitsrelais sowie zwei redundant ausgeführte Schütze zur Realisierung dieser Sicherheitsfunktion, erleichtert die Wartung und reduziert den Verkabelungsaufwand.

Für viele Anwendungen vor allem im Motion-Bereich hat ABB das Profisafe-Sicherheitsfunktionsmodul FSPS-21 als weitere Safety-Option im Programm. FSPS-21 bietet eine sichere Ethernet-Verbindung zwischen dem Umrichter und einer Sicherheits-SPS mittels Profisafe-over-Profinet-IO-Protokoll und unterstützt neben der STO-Funktion auch den "Sicheren Stopp" (SS1). Weiterführende Funktionen wie "Sichere Bremsenansteuerung" (SBC) und "Sicher begrenzte Drehzahl" (SLS) vereint das Sicherheitsfunktionsmodul FSO-12 in sich. ABB ermöglicht mit FSO-21 und FDE-31, einem Modul für die Rückführung von Drehgeberdaten, zusätzlich Highend-Funktionen wie SLS mit Geberrückführung. Als Beispiel für eine SLS-Funktionalität kann der All-Compatible-Frequenzumrichter ACS880 zusammen mit dem Modul FSO-12 in einer Portalkranapplikation eingesetzt werden. Das Sicherheitsfunktionsmodul kann Grenzwert- beziehungsweise Endschalter sicher auswerten und mithilfe der SLS-Funktion sicher die Drehzahl begrenzen, um in die Endposition zu fahren. Das gewährleistet auch ohne eine übergeordnete Steuerung Sicherheit in der Applikation und reduziert gleichzeitig den Engineering- und Materialaufwand.