In industriellen Anwendungen werden Sicherheitsschütze benötigt, um sicherzustellen, dass Maschinen und Anlagen zuverlässig und unvorhersehbar in einen sicheren Zustand wechseln können, typischerweise im Falle von Betriebsfehlern oder sicherheitsfunktionalen Anforderungen. Der erste Schritt beim Entwurf eines industriellen Sicherheitssystems besteht darin, zu bestimmen, ob die Anwendung einen Safety Integrity Level (SIL) (wie in IEC 62061 definiert, bis zu SIL 2) oder einen C-Level Performance Level (PL) gemäß ISO 13849 erfordert. Einige Anwendungen erfordern ein höheres Maß an Sicherheit.
Beachten Sie die Leitprinzipien in IEC 60947-4-1 und ISO 13849-1, wobei erstere sich auf die Entwicklung und Prüfung von Niederspannungsschaltern und Steuergeräten konzentriert, während letztere allgemeine Prinzipien für die Gestaltung und Integration sicherheitsrelevanter Teile von Steuerungssystemen, einschließlich Hardware und Software, bereitstellt.
In diesem Artikel wird erläutert, wie Sie mit dem Sicherheitsschütz 3RT2 von Siemens mit Fail-Safe-Betriebsfunktion ein Sicherheitssystem aufbauen und so die optimale industrielle Sicherheitslösung erreichen. Der Artikel befasste sich auch mit der Frage, wie höhere SIL- und PL-Werte erreicht werden können, sowie mit Systemintegrationsproblemen wie dem Wärmemanagement des Schützes. Schließlich wurde untersucht, wie Sicherheitslösungen mithilfe redundanter Verbindungen, Überspannungsschutz, Funktionsmodule und anderem Zubehör angepasst werden können, um eine weitere Anwendungs- und Sicherheitsoptimierung zu erreichen.
Das Schütz 3RT2 bietet die Wahl zwischen traditionellem und elektronischem Betriebsmodus mit Spezifikationen von S00 bis S2 und einer maximalen Leistung von bis zu 37 kW. Für Schütze, die Halbleiterantriebsmechanismen verwenden, sollte ein optionales Restlebensdauersignal angegeben werden.
Diese Schütze erfüllen die Anforderungen der Kategorie IEC 60947-4-1 AC-3e und können in Verbindung mit hocheffizienten IE3- oder IE4-Motoren verwendet werden. Sie verfügen über mehrere Hilfsausgangskonfigurationen, darunter Schließerkontakte (NO) und Öffnerkontakte (NC), mit denen eine Rückmeldung darüber gegeben werden kann, ob der Hauptstromkreis ein- oder ausgeschaltet ist. Darüber hinaus kann die Rückmeldung genutzt werden, um Kontrollleuchten, Alarme oder andere Steuergeräte auszulösen. Das Beispiel des Schützes 3RT2 sieht wie folgt aus:
Spezifikation 3RT20152AP611AA0-S00, Nennstrom 7 A, 3 kW/400 V, 3-polig, 220 VAC 50 Hz/240 VAC 60 Hz, Hilfskontakt: 1 Schließer, mit Federklemme
3RT20231AK60- S0-Spezifikation, Bemessungsstrom 9 A, 4 kW/400 V, 3-polig, 110 VAC 50 Hz/120 VAC 60 Hz, Hilfskontakte: 1 NO+1 NC, Schraubanschluss (Abbildung 1)
3RT20281AN20- S0-Spezifikation, Nennstrom 38 A, 18,5 kW/400 V, 3-polig, 220 VAC, 50/60 Hz, Hilfskontakte: 1 NO+1 NC, Schraubanschluss
Spezifikation 3RT20371_S2, Bemessungsstrom 65 A, 30 kW/400 V, 3-polig, 24 VDC, mit integriertem Regelwiderstand, Hilfskontakte: 1 S+1 Öffner, Schraubanschluss
Spezifikation 3RT20371SF30-S2, mit F-PCL-IN-Eingang, Nennstrom 65 A, 30 kW/400 V, 3-polig, 83 VAC bis 150 VAC/VDC, 50/60 Hz, mit integriertem Regelwiderstand, Hilfskontakt: 1 NC, Schraubanschluss
S0-Spezifikation Schütz Nennleistung von 4 kW Bild
Abbildung 1: Die Nennleistung dieses S0-Spezifikationsschützes beträgt 4 kW, mit einem NC- und einem NO-Hilfsausgang. (Bildquelle: Siemens)
Die Reaktionszeit ist entscheidend für die Sicherheit
Bei der Entwicklung industrieller Sicherheitslösungen ist es von entscheidender Bedeutung, die Auswirkungen der Gesamtreaktionszeit zu verstehen. Es besteht aus mehreren Parametern. Bei der Risikobeurteilung wird die Reaktionszeit als die Gesamtzeit definiert, die benötigt wird, um eine gefährliche Bewegung zu stoppen, wenn Sicherheitsanforderungen auftreten. Zu den Faktoren, die die Reaktionszeit beeinflussen, gehören:
Die Eingangsreaktionszeit von Sensoren in Sicherheitsüberwachungsgeräten
Die Zykluszeit des Sicherheitsplans
Verzögerungszeit des Kommunikationsprotokolls
Nachlaufzeit, verursacht durch die Trägheit des Motors oder Aktuators
Die Ausschaltzeit des Schützes
Die IEC 60947-4-1 legt die Ausschaltzeit für elektromechanische Schütze und Motorstarter fest. Diese Norm legt die Anforderungen für eine sichere Stromunterbrechung unter verschiedenen Arbeitsbedingungen fest.
Außerdem werden Nutzungskategorien definiert, um Lasttypen und Schützbetriebsbedingungen zu klassifizieren, beispielsweise AC-3e für Motoren mit hohem Wirkungsgrad. Diese Norm enthält Verfahren zum Testen der Ausschaltzeit und anderer Leistungsmerkmale von Schützen.
Die Abschaltzeit des Schützes ist ein wichtiger Parameter im Sicherheitssystem. Seine Definition ist die Zeit vom Wegfall der Spulenspannung bis zum Trennen des Hauptkontakts, einschließlich der Trennverzögerungszeit (OD) und der Kontaktlichtbogenzeit (AT).
Bei Verwendung eines Schützes mit Schaltverhalten wie in Abbildung 2 beispielsweise liegt die Ausschaltzeit OD+AT zwischen 50 und 75 ms. Bei der Berechnung der Gesamtantwortzeit muss immer der Worst-Case-Wert berücksichtigt werden, der in diesem Beispiel 75 ms beträgt (Abbildung 2).