01.10.2014

Arbeitsmaschinen sicher steuern

Immer mehr mobile Arbeitsmaschinen sind mit kompletten Steuerungssystemen und einer Vielzahl von Sensoren ausgestattet. Auch die Sicherheitstechnik spielt in diesem Bereich eine immer größere Rolle. Sensor-Technik Wiedemann hat hierzu eine Reihe neuer Produkte und Lösungen vorgestellt.


Bild 1: Frei programmierbares Steuergerät ESX-3XL
Bild: STW Sensor-Technik Wiedemann GmbH

Um den zum Teil hoch komplexen Anforderungen der neuen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gerecht zu werden, entwickelte Sensor-Technik Wiedemann (STW) eine Reihe von Produkten, welche über Eigenschaften verfügen, die durch die Normen ISO13849-1 oder IEC61508 für die Einhaltung der funktionalen Sicherheit gefordert sind. Diese Produkte sind für den Einsatz in Systemen vorgesehen, die Performance Level PLd oder SIL2 als Safety Level voraussetzen. Bei allen Produkten wurden die Rahmenbedingungen, wie sie bei Nutzfahrzeugen und mobilen Arbeitsbedingungen vorherrschen, berücksichtigt. Natürlich können die Produkte auch im industriellen Umfeld eingesetzt werden. Der sichere Drucktransmitter F02 verfügt über zwei (invertierte) Ausgangssignale, sodass auch der Übertragungsweg zur Steuerung überwacht werden kann. Durch den Einsatz der hauseigenen Dünnschicht-Druckmesszelle ist eine hohe Medienverträglichkeit sowie eine extrem hohe Berstdrucksicherheit gewährleistet. Das Signal des Sensors kann in eine Safety-Steuerung vom Typ ESX-3XM oder ESX-3XL eingelesen werden. Diese frei programmierbaren 32Bit-Steuerungen verfügen über die notwendigen Sicherheitsfunktionalität nach SIL2. Somit kann mit den Produkten von STW ein durchgängiges Sicherheitskonzept vom Sensor bis zur Steuerung realisiert werden, wie es gerade in mobilen Anwendungen gefordert wird.

Sichere Kommunikation über CANopen Safety

Mobile Arbeitsmaschinen haben heute eine Vielzahl komplexer Funktionen zu erfüllen. Um das Gefährdungsrisiko zu minimieren, sind sicherheitstechnische Randbedingungen gemäß EN13849 und IEC61508 zu erfüllen. Meist müssen jedoch zusätzlich auch sicherheitsgerichtete Daten zwischen den verschiedenen Teilnehmern innerhalb eines Gesamtsystems ausgetauscht werden. Die Steuerung ESX-3XM entspricht hinsichtlich Baugröße und Anzahl der Ein-/Ausgänge in etwa einer halben ESX-3XL und eignet sich insofern für kleinere Maschinen oder auch für ein dezentrales/verteiltes Systemkonzept in großen Maschinen. Zusätzlich stellt STW nun für die beiden Steuerungen eine vom TÜV Süd bestätigte CANopen Safety Library vor. Sie ermöglicht das Senden und Empfangen von sicherheitsgerichteten Systemdaten. Eine sicherheitsgerichtete Datenübertragung ist bis SIL2 und PLd gewährleistet. Somit kann die Applikation des Steuergerätes die sicheren Systemdaten von anderen Safety-Teilnehmern, wie beispielsweise Sensoren, Aktoren oder dezentralen Steuerungssystemen, einlesen und in sicherheitsgerichtete Entscheidungen miteinbeziehen. Voraussetzung ist, dass der Anwender die mit Speicherschutzmechanismen ausgestattete ESX-3XL oder ESX-3XM benutzt. Die CANopen-Safety-Bibliothek nutzt eine von STW entwickelte und in der Diagnose bereitgestellte CRC-Check-Überwachung der TriCore CAN Controller. Bei dem CANopen Safety Plugfest der Nutzerorganisation CIA im Oktober 2013 konnte bereits vor dem offiziellen Release die Leistungsfähigkeit der STW-Lösung bestätigt werden. Die eigentliche Applikations-Software für die ESX-Reihe kann sehr effizient entweder in der Hochsprache C oder auch gemäß IEC61131-3 (Codesys V3) erstellt werden. Verschiedene Zusatzbibliotheken beispielsweise für CAN-open, J1939 oder Error-Handling vereinfachen die Systemintegration. Die Erstellung und Pflege einer sicherheitsgerichteten Applikations-Software ist dank Speicherschutzmechanismen und anhand des Safety-Manuals bequem möglich. Das übersichtliche User-Manual und eine preiswerte Tool-Chain runden das Gesamtpaket ab.

Drucktransmitter F02 für sicherheitsgerichtete Anwendungen

Drucktransmitter vom Typ F02 sind für den Einsatz in Systemen vorgesehen, die PLd oder SIL2 voraussetzen. Durch die Erfahrung von STW im Bereich der mobilhydraulischen Anwendungen wurde besonderes Augenmerk auf die dort auftretenden Rahmenbedingungen, wie Vibrationen, EMV-Anforderungen, Temperaturwechselbelastungen, sowie Schutz gegen äußere Einflüsse gelegt. Durch die Verwendung einer hauseigenen Dünnschicht-Druckmesszelle, die auf den Druckanschluss geschweißt wird, sowie durch die Auswahl von hochwertigen, in der Automobilindustrie bewährten Materialien, erreicht der F02 eine sehr hohe Medienverträglichkeit und eine hohe mechanische Stabilität. Durch die intelligente Auswertung des Messzellensignals ist es möglich, Messzellendriften (z.B. verursacht durch Überlast) auch im laufenden Betrieb zu erkennen, sodass PLd mit einer Cat.2-Architektur erreicht werden kann. Die hohe Berstdruckgrenze von bis zum Zehnfachen des Nenndrucks gibt auch bei extremen Situationen die notwendige Sicherheit. Der F02 wird als Serienprodukt in Druckbereichen von 10 bis 1.000bar verfügbar sein. Das Ausgangssignal steht auf zwei Ausgängen parallel zur Verfügung, wobei der zweite Ausgang das Signal invertiert darstellt. Der Anwender kann zwischen einem ratiometrischen und einem 4-20mA-Ausgang in Dreileitertechnik wählen. Der maximal zulässige Medientemperaturbereich erstreckt sich von -40 bis +150°C. Die Gesamtgenauigkeit im kompensierten Bereich von 0 bis +80°C liegt bei 1% FS. Größtmögliche Flexibilität bei der Integration in eine vorhandene Maschine wird durch eine Vielzahl von verfügbaren Druckanschlüssen sowie durch eine kleine Bauform sichergestellt. Die elektrische Kontaktierung erfolgt über einen fünfpoligen M12-Stecker. Eine E1-Zulassung ist bei diesem Transmitter für die Anwendungsgebiete selbstverständlich.

Drucktransmitter M01 - jetzt auch für Druckbereiche ab 1bar

Der Drucktransmitter vom Typ M01 wurde speziell für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen und im Nutzfahrzeugbereich entwickelt. Dieser Transmitter ist jetzt auch für Druckbereiche ab 1bar verfügbar. Abhängig vom Druckbereich finden hierbei verschiedene Messzellentypen Verwendung. Für Druckbereiche <10bar wird eine Silizium-Messzelle eingesetzt. Bei der Messzelle, die in Relativ- und Absolutdruck verfügbar ist, liegt die passive, das heißt nicht dotierte Seite zum Medium, sodass eine relativ hohe Medienkompatibilität gewährleistet ist. Bei Druckbereichen >= 10bar kommt weiterhin die bewährte hauseigene Dünnschichtmesszelle zum Einsatz, die auf das Vorsatzteil aufgeschweißt wird. Bei beiden Varianten wird auch weiterhin das Vorsatzteil als auch das Gehäuse in Edelstahl ausgeführt. Der Druckausgleich erfolgt bei Druckbereichen 25bar über eine integrierte Goretex-Membran. Der Transmitter ist für Druckbereiche von 1 bis 10bar, R oder A (mit Silizium-Messzelle) bzw. 10 bis 2.000bar, R (mit Dünnschicht-Messzelle) sowie mit den Ausgangssignalen 4´bis 20mA, 0 bis 20mA, 0 bis 10V, 0 bis 5V oder 0,5 bis 4,5V (ratiometrisch) verfügbar. Um den M01 möglichst flexibel einsetzen zu können, kann der Anwender unter verschiedenen Druckanschlüssen und Steckern wählen. Durch die Kalibrierung des Transmitters über die Temperatur kann eine Gesamtgenauigkeit von 1% FS im kompensierten Bereich von 0 bis 80°C erreicht werden. Der M01 kann, abhängig von der verwendeten Messzelle, bis zu einem Temperaturbereich von -40 bis +150°C eingesetzt werden. Der M01 verfügt auch über eine E1- und die UL-Zertifizierung.

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Gyroskop- und Neigungssensor NGS2

Speziell für den Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen und im Nutzfahrzeugbereich wurde der Gyroskopsensor NGS2 entwickelt. Das robuste Gehäuse erlaubt den Einsatz auch unter schwierigen Bedingungen, wie sie an mobilen Arbeitsmaschinen und Nutzfahrzeugen vorherrschen. Der Sensor kann zusätzlich auch als Neigungssensor eingesetzt werden, da beide Sensortypen in einem Gerät integriert werden können. Als Gyrosensor ausgelegt, liegt die 3dB-Bandbreite bei 40Hz. Der Messbereich ist standardmäßig auf ±50°/s eingestellt. Die erreichbare Auflösung liegt bei 0,25°/s. Neben dem Gyrossensor kann optional auch ein Beschleunigungssensor bestückt werden. Über diesen Beschleunigungssensor lässt sich die Neigung berechnen. Neben den Werten für die Neigung, können also zusätzlich auch die Beschleunigungswerte ausgelesen werden. Standardmäßig werden die Daten über ein CANopen-Interface ausgegeben. Beim optional verfügbaren Analogausgang kann pro Achse ein Messwert übertragen werden. Der Sensor ist diagnosefähig und über den CAN-Bus im Offset nachkalibrierbar. Der Versorgungsspannungsbereich ist mit 9 bis 36VDC sowohl für Fahrzeugspannungen von 12 als auch für 24V geeignet. Die maximale Einsatztemperatur liegt bei -40 bis +85°C.

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