Erfolgreiche Planung und Einsatz von sicheren Profisafe-Drehgebern
Einfache Umsetzung
Vom Hersteller zertifizierte Safety-Drehgeber erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, vereinfachen sie doch erheblich den Aufbau und die Berechnung einer Sicherheitsfunktion. Sie kommen mit zertifizierten Safety-Parametern die als Kennwertbibliothek in Berechnungsprogramme importiert werden können.
Bild: TWK-Elektronik GmbHDer Einsatz von zertifizierten und nach Norm entwickelten Geräten für sicherheitsrelevante Einrichtungen erleichtert Planung und Aufbau des ganzen sicherheitsrelevanten elektrischen Steuerungssystems (SRECS). Die Hersteller dieser Geräte geben SIL bzw. Performance Level und Ausfallraten an, so dass diese als komplettes Teilsystem (SRP/CS) integriert werden können. Zur Integration in Programme wie Sistema, die die einfache Berechnung einer Sicherheitsfunktion erlauben, stellt TWK-Elektronik eine Kennwertbibliothek für seine Safety-Sensoren 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.
Separate Checksumme
Nach der erfolgreichen 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 Profisafe-Modul besitzt Parameter für die Drehgebereinstellung und für Profisafe. Als Drehgeber-Parameter stehen wie beim Standard-Drehgeber 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 steht ein separates Berechnungsprogramm zur Verfügung. Bei den Profisafe-Parametern muss nur die Profisafe-Adresse und eventuell die Wachtdog-Zeit eingestellt werden. Die Wachtdog-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 (z.B. Unterbrechung der Kommunikationsverbindung) die Fehlerreaktion schnell genug ausgeführt wird. Anschließend müssen nur noch die Adressen der E/A-Daten vergeben werden. Danach stehen die Position und die Geschwindigkeit der Drehgeberwelle in der Anwendung (F-Programm) als sichere Daten zur Verfügung. Mit diesen kann im F-Programm wie im Standardprogramm gearbeitet werden. Geringfügige Einschränkungen im Datentypen- und Funktionsumfang im F-Programm sind abhängig vom Hersteller der SPS.
Redundante
Hall-Sensorik
Die E/A-Daten belegen durch die zusätzlichen Profisafe-Bytes je 4Byte mehr im Speicherbereich der SPS. Dadurch belegt der Drehgeber 12Bytes Eingangsdaten (Statuswort, Position, Geschwindigkeit sowie F-Eingangsdaten) und 10Bytes Ausgangsdaten (Steuerwort, Presetwert und F-Ausgangsdaten). Das Handling des Profisafe Control- und Status-Bytes sowie der 3Byte-CRC wird dem Anwender von der SPS-Steuerung abgenommen. 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. Intern arbeitet der Drehgeber 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.
Ausblick
Ab dem 1.Quartal 2019 wird der Profisafe Drehgeber TRT/S3 mit dem Hardware-Release 2 ausgeliefert. Hiermit sind dann Auflösungen bis 14Bit und Drehzahlen bis 5.000 Umdrehungen pro Minute möglich. Für Anwendungen in denen nur die Geschwindigkeit überwacht werden muss, wird er dann auch in einer kompakteren und günstigeren Version als Drehzahl-/Geschwindigkeitssensor angeboten.
Vom Hersteller zertifizierte Safety-Drehgeber erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, vereinfachen sie doch erheblich den Aufbau und die Berechnung einer Sicherheitsfunktion. Sie kommen mit zertifizierten Safety-Parametern die als Kennwertbibliothek in Berechnungsprogramme importiert werden können.
Bild: TWK-Elektronik GmbHDer Einsatz von zertifizierten und nach Norm entwickelten Geräten für sicherheitsrelevante Einrichtungen erleichtert Planung und Aufbau des ganzen sicherheitsrelevanten elektrischen Steuerungssystems (SRECS). Die Hersteller dieser Geräte geben SIL bzw. Performance Level und Ausfallraten an, so dass diese als komplettes Teilsystem (SRP/CS) integriert werden können. Zur Integration in Programme wie Sistema, die die einfache Berechnung einer Sicherheitsfunktion erlauben, stellt TWK-Elektronik eine Kennwertbibliothek für seine Safety-Sensoren 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.
Separate Checksumme
Nach der erfolgreichen 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 Profisafe-Modul besitzt Parameter für die Drehgebereinstellung und für Profisafe. Als Drehgeber-Parameter stehen wie beim Standard-Drehgeber 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 steht ein separates Berechnungsprogramm zur Verfügung. Bei den Profisafe-Parametern muss nur die Profisafe-Adresse und eventuell die Wachtdog-Zeit eingestellt werden. Die Wachtdog-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 (z.B. Unterbrechung der Kommunikationsverbindung) die Fehlerreaktion schnell genug ausgeführt wird. Anschließend müssen nur noch die Adressen der E/A-Daten vergeben werden. Danach stehen die Position und die Geschwindigkeit der Drehgeberwelle in der Anwendung (F-Programm) als sichere Daten zur Verfügung. Mit diesen kann im F-Programm wie im Standardprogramm gearbeitet werden. Geringfügige Einschränkungen im Datentypen- und Funktionsumfang im F-Programm sind abhängig vom Hersteller der SPS.
Redundante
Hall-Sensorik
Die E/A-Daten belegen durch die zusätzlichen Profisafe-Bytes je 4Byte mehr im Speicherbereich der SPS. Dadurch belegt der Drehgeber 12Bytes Eingangsdaten (Statuswort, Position, Geschwindigkeit sowie F-Eingangsdaten) und 10Bytes Ausgangsdaten (Steuerwort, Presetwert und F-Ausgangsdaten). Das Handling des Profisafe Control- und Status-Bytes sowie der 3Byte-CRC wird dem Anwender von der SPS-Steuerung abgenommen. 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. Intern arbeitet der Drehgeber 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.
Ausblick
Ab dem 1.Quartal 2019 wird der Profisafe Drehgeber TRT/S3 mit dem Hardware-Release 2 ausgeliefert. Hiermit sind dann Auflösungen bis 14Bit und Drehzahlen bis 5.000 Umdrehungen pro Minute möglich. Für Anwendungen in denen nur die Geschwindigkeit überwacht werden muss, wird er dann auch in einer kompakteren und günstigeren Version als Drehzahl-/Geschwindigkeitssensor angeboten.
TWK-Elektronik GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 9 2019 - 16.09.19.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
