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Bild: STW Sensor-Technik Wiedemann GmbH
Automatisierung mobiler Arbeitsmaschinen
Bild 1: Frei programmierbares Steuergerät ESX-3XL
Arbeitsmaschinen
sicher steuern
Safety-Produkte und Sensoren für
die Automatisierung von mobilen
Anwendungen
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.
U
m 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 Ein-
Bild: STW Sensor-Technik Wiedemann GmbH
Automatisierung mobiler Arbeitsmaschinen
Bild 2: Gyroskop- und Neigungssensor NGS2
satz 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 Gesamt-
systems 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
Auszug aus dem SPS-MAGAZIN, Fachzeitschrift für Automatisierungstechnik, Ausgabe 10/2014.
Digitales Belegexemplar mit freundlicher Genehmigung des SPS-MAGAZINs. Dieses Dokument ist ausschließlich zur elektronischen Speicherung
durch den Autor sowie zur Weitergabe per E-Mail bestimmt. Abweichende Verwendung nur mit schriftlicher Zustimmung des Verlages.
Automatisierung mobiler Arbeitsmaschinen
miteinbeziehen. Voraussetzung ist, dass der Anwender die mit
Speicherschutzmechanismen ausgestattete ESX-3XL oder ESX3XM benutzt. Die CANopen-Safety-Bibliothek nutzt eine von
STW entwickelte und in der Diagnose bereitgestellte CRC-CheckÜberwachung 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 ApplikationsSoftware 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 DünnschichtDruckmesszelle, 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.2Architektur 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 pas-
Bild: STW Sensor-Technik Wiedemann GmbH
Automatisierung mobiler Arbeitsmaschinen
Bild 3: Der Drucktransmitter vom Typ M01 ist jetzt auch für Druckbereiche ab 1bar verfügbar.
sive, 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.
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 Wer-
ten 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 CANBus 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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www.sensor-technik.de
Auszug aus dem SPS-MAGAZIN, Fachzeitschrift für Automatisierungstechnik, Ausgabe 10/2014.
Digitales Belegexemplar mit freundlicher Genehmigung des SPS-MAGAZINs. Dieses Dokument ist ausschließlich zur elektronischen Speicherung
durch den Autor sowie zur Weitergabe per E-Mail bestimmt. Abweichende Verwendung nur mit schriftlicher Zustimmung des Verlages.