Bei der Umsetzung von Industrie 4.0 und Smart Factory ist die einfache, zuverlässige Einbin- dung und Verbindung von Sensoren, Steuerungen und Aktoren ein zentrales Element.  Pilz, Leuze, ifm, IO Link Community, ZVEI

Bei der Umsetzung von Industrie 4.0 und Smart Factory ist die einfache, zuverlässige Einbindung und Verbindung von Sensoren, Steuerungen und Aktoren ein zentrales Element. Pilz, Leuze, ifm, IO Link Community, ZVEI

Geräte und Systeme der funktionalen Sicherheit helfen im Maschinen- und Anlagenbau, die grundsätzlichen Anforderungen an den Arbeits- und Gesundheitsschutz gemäß der Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) abzudecken. Ausgangspunkt ist die Risikobeurteilung und -einschätzung basierend auf der EN ISO 12100. Daraus leitet sich die Definition der risikomindernden Maßnahmen ab. Dies können konstruktive, technische oder organisatorische Maßnahmen sein, wobei die konstruktiven die höchste Priorität haben. Der Prozess der Risikobeurteilung und -einschätzung ist iterativ, das heißt er muss so lange wiederholt werden, bis eine ausreichende Risikominderung nachgewiesen ist.Kommen technische Schutzmaßnahmen zum Einsatz, legen die Hersteller solcher Geräte diese nach EN ISO 13849-1 und/oder der EN IEC 62061 aus und geben in der technischen Dokumentation Hinweise zur korrekten Anwendung der Geräte. Hier zeigen sich neben der elektrischen Kompatibilität weitere Herausforderungen, denn die meisten Schnittstellen in der funktionalen Sicherheit sind dynamisch und lassen sich in drei Gruppen kategorisieren:

  • Binäre Schnittstellen (kontaktbehaftet und elektronisch)
  • Bus-Systeme der unteren Automatisierungsebene
  • Dynamische, bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindungen

Relaistechnik lebt

Obwohl elektrisch kompatibel, kann das unterschiedliche dynamische Verhalten der Schnittstellen Probleme verursachen.

Obwohl elektrisch kompatibel, kann das unterschiedliche dynamische Verhalten der Schnittstellen Probleme verursachen. Pilz, Leuze, ifm, IO Link Community, ZVEI

Kontaktbehaftete Technik ist in Sicherheitsschaltgeräten noch weit verbreitet. Sie bildet das verbindende (Schalt-)Element zwischen Sensor und Überwachungskreis beziehungsweise Überwachungskreis und Lastkreis. Typisch sind Relais mit zwangsgeführten Kontakten, die sich deutlich von Standardrelais unterscheiden. Jeder Kontaktsatz besteht zumindest aus einem Öffner und einem Schließer. Dabei sind die Kontakte mechanisch so miteinander verbunden, dass zusammengehörende Öffner und Schließer in einem Kontaktsatz niemals zur gleichen Zeit geschlossen sein können. Bei einem Öffnungsversagen eines Schließers, etwa aufgrund einer Kontaktverschweißung, blockiert der fehlerhafte Schließer den gesamten Kontaktsatz. Dies verhindert, dass der zugehörige Öffnerkontakt in seine Grundstellung zurückfallen kann. Die Sicherheitsschaltgeräte nutzen diese Eigenschaft zur Diagnose. So lässt sich sicherstellen, dass bei einer Reihenschaltung von zwei zwangsgeführten Kontaktsätzen bei einem Fehler eines Schließer-Kontakts die Maschine nicht vor einer durchgeführten Fehlerbehebung erneut gestartet werden kann.

Einfache Positions- und Schutztürschalter basieren in der Regel auf der kontaktbehafteten Technik. Die Daten, Eigenschaften der Kontakte und die Mechanismen sind mit denen von zwangsgeführten Kontakten grundsätzlich vergleichbar.

Die vier Schnittstellen-Kategorien und ihre Besonderheiten

Die vier Schnittstellen-Kategorien und ihre Besonderheiten Pilz, Leuze, ifm, IO Link Community, ZVEI

Anders berührungslose Positionsschalter (vor allem in sehr kompakten Bauformen): sie basieren häufig auf Reed-Kontakten. Das sind in einem Glasrohr eingeschmolzene Kontaktzungen aus einer magnetischen Eisen-Nickel-Legierung. Die ferromagnetischen Schaltzungen bewegen sich bei einem von außen einwirkenden magnetischen Feld zueinander. Werden mehrere Kontakte in Verbindung mit unterschiedlich ausgerichteten Magneten in einem Betätiger verwendet, lässt sich eine Codierung und Zuordnung erreichen.

Kontaktbehaftete Schnittstellen – Licht und Schatten

Der Vorteil kontaktbehafteter Schnittstellen liegt in ihrer Einfachheit, Robustheit und in der Fähigkeit, AC- oder DC-Lasten galvanisch getrennt zu schalten. Zu beachten ist bei der Auswahl von Produkten mit kontaktbehafteten Schnittstellen neben den elektrischen Kontaktdaten auch die mechanische Lebensdauer. Mechanische Positions- und Türschalter verfügen in der Regel über eine hohe Spannungs- und Strombelastbarkeit; aber es ist auch auf ein mögliches Kontaktprellen zu achten.

Bei Reed-Kontakten sind die zulässigen Ströme dagegen eher klein (mA) und weit weniger standardisiert. Besonderes Augenmerk verlangt der Einschalt-Strom (in-rush). Wird dieser überschritten, kann es zu einer Verschlechterung der elektrischen Daten oder im Extremfall zu einem Verschweißen des überlasteten Kontakts kommen.

Kontaktbehaftete Schnittstellen sind im ZVEI Positionspapier CB24I ‚Klassifizierung binärer 24-V-Schnittstellen mit Testung im Bereich der Funktionalen Sicherheit‘ als Typ A aufgeführt. Sie sind relativ einfach mit elektronischen Schnittstellen kombinierbar. Die Dynamisierung/Taktung ermöglicht eine einfache Überwachung auf eine Vielzahl an Fehler­ursachen, beispielsweise Querschlüsse. Verbindet man mehrere kontaktbehaftete Schnittstellen, sind wiederum einige Besonderheiten zu beachten. Dazu zählen Kontaktbelastbarkeit, Verschleiß und Fehlermaskierung bei Reihenschaltung.

Elektronische Schnittstellenin der funktionalen Sicherheit

Seite 1 von 3123