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Passive Sicherheit bis SIL3/PLe:

Einfache & kostengünstige Alternative mit Bihl+Wiedemann

Passive Sicherheitstechnik – eine kostengünstige Alternative

Maschinensicherheit lässt sich grundsätzlich auf unterschiedlichen Wegen erreichen: Bei den Feldbuslösungen gewinnt die passive Sicherheit zunehmend an Bedeutung – vor allem aufgrund damit verbundener Kostenvorteile und geringerer Komplexität.

 

Was ist das Besondere an passiver Sicherheit?

Was unterscheidet passive Sicherheitstechnik von klassischen Feldbuslösungen für funktionale Sicherheit? Bei klassischen Feldbuslösungen benötigt man für jeden Aktuator einen sicheren Ausgang. Der Vorteil: Alle Aktuatoren lassen sich einzeln sicher abschalten. Aber oft ist diese maximale Flexibilität gar nicht erforderlich, weil es gilt, zeitgleich ganze Gruppen von Aktuatoren  stromlos zu schalten. In diesem Fall ist passive Sicherheit eine gute und kostengünstige Alternative. Denn viele sichere Ausgänge erhöhen stark die Gesamtkosten der Applikation. Bei der passiven Sicherheit lassen sich alle Ausgänge einzeln unsicher schalten und steuern oder im Bedarfsfall mit einem einzigen sicheren Ausgang ganze Gruppen von Aktuatoren sicher abschalten - ganz einfach durch die sichere Abschaltung der Versorgungsspannung aller angeschlossenen Aktuatoren in diesem Antriebsstrang.

 

Wie kann die passive Sicherheit mit ASi realisiert werden?

Um passive Sicherheit herzustellen, muss sichergestellt sein, dass die Aktorik bei abgeschalteter Versorgung nicht fremdversorgt werden kann. Im günstigsten Fall ist die Energieversorgung der Aktorik galvanisch getrennt von der Versorgung für Kommunikation und Sensorik.

 

Dieses Versorgungsprinzip wird bei ASi, insbesondere den Bihl+Wiedemann Modulen, seit jeher angewandt. In dem smarten Verdrahtungssystem werden die Profilkabel getrennt voneinander - im Modulunterteil durch einen Anlagenstrang - verlegt, wobei das gelbe ASi Kabel Steuersignale und Energie überträgt und das schwarze Profikabel die Hilfsenergie bereitstellt. Dies kann bis zu einer Sicherheit von SIL3 bzw. PLe realisiert werden.

 

Durch das smarte Verdrahtungssystem ASi bleibt bei der selektiven Abschaltung der Peripherie über die AUX Leitung, die Kommunikation und die Versorgung des Moduls über ASi immer bestehen. Damit fallen keine Teilnehmer in der Buskommunikation aus, wie es bei ethernetbasierten Systemen häufig realisiert ist, und es gibt keine unvorhergesehenen Auswirkungen auf andere Anlagenteile. Außerdem kann das Modul über den Bus erkennen und melden, dass die AUX Spannung stromlos geschaltet wurde. Durch die vorhandene Kommunikation mit der Steuerung über ASi lässt sich diese Information auch für die Diagnose auswerten.

Abb.: Die Kommunikation und Versorgung der Sensorik bleiben über das gelbe ASi Kabel im Abschaltfall bestehen (Abb. links). Während bei einem vergleichbaren Aufbau mit ethernetbasierten Systemen keine Kommunikation stattfinden kann (Abb. rechts).

Zusätzlich kann es in der Praxis notwendig sein, in der Anlage mehrere geschaltete und ungeschaltete AUX Leitungen zu verlegen, um einzelne Antriebsstränge, getrennt voneinander zu verwalten. Im Abschaltfall können dadurch die sicherheitsrelevanten Aktoren gezielt durch das geschaltete AUX Potential stromlos geschaltet werden. Die nicht sicherheitsrelevante Peripherie wird dann, wie beispielsweise die Sensorik, weiter über das ungeschaltete AUX Potential versorgt. Damit stehen für diese Module neben der Bus Kommunikation, auch die Informationen der Sensoren, weiterhin zur Verfügung.

Abb.: Innerhalb einer Anlage können so unterschiedliche AUX Potentiale verwendet werden, um gezielt einzelne oder mehrere Antriebe stromlos zu schalten.

Zudem bietet das Verdrahtungssystem ASi die Möglichkeit, neben der Bus Kommunikation auch die Energieversorgung der Peripherie aus der gelben ASi Leitung zu realisieren. So kann ggf. auf eine Verlegung von zusätzlichem ungeschaltetem AUX verzichtet werden, sofern alle nicht-sicherheitsrelevante Peripherie im Strang aus dem gelben Kabel versorgt werden können. Hierzu bietet B+W eine Vielzahl von Produkten im Portfolio, welche die Sensorik aus ASi und die Aktorik aus AUX, zuverlässig versorgen.

Abb.: Die angeschlossene Sensorik wird über das gelbe ASi-Kabel im Abschaltfall weiterhin mit Energie versorgt, um die Kommunikation aufrecht zu halten und über AUX den Antriebsstrang abzuschalten.

Welche Möglichkeiten gibt es, passive Sicherheit in der Applikation anzuwenden?

Mit dem breiten Produktportfolio von Bihl+Wiedemann können Sie passive Sicherheit einfach in Ihrer Anlage integrieren -  und dabei verschiedene IP-Schutzklassen einsetzen. Mit unseren IP20-Produkten lassen sich passiv sichere Abzweigungen  kostenoptimiert  im Schaltschrank realisieren. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, das AUX Potential dezentral im Feld abzuschalten, indem Sie unsere staub- und spritzschutzsicheren IP67-Module in ihr System integrieren. Dabei profitieren Sie mit ASi von einem drastisch reduzierten Verdrahtungsaufwand. Zudem ist ASi nahtlos in fast alle gängigen Automatisierungssysteme integrierbar.

Vorteile von passiver Sicherheit mit Bihl+Wiedemann

    Sicherheit
    bis SIL3/PLe

    Das gelbe ASi Profilkabel für Steuerungssignale und Energie, sowie das schwarze Profilkabel für Hilfsenergie, so kann sichergestellt werden, dass alle angeschlossenen Aktuatoren beim Abschalten der Hilfsenergie nicht mehr versorgt werden. Sicherheit bis SIL3/PLe ist somit kein Problem. Diese Sicherheitsstufe ist bei 4-adrigen Rundkabel-Lösungen nur unter großem Aufwand erreichbar.

    Sinkende Hardwarekosten

    In sicherheitstechnischen Applikationen ist normalerweise für jeden Aktuator ein separater kostspieliger sicherer Ausgang notwendig. Bei passiver Sicherheit lässt sich dagegen für jeden Aktuator zum betriebsmäßigen Schalten ein kostengünstiger Standardausgang verwenden. Die sicherheitsgerichtete Abschaltung von Aktuatoren-Gruppen kann hier mit nur einem sicheren Ausgang realisiert werden.

    Sensorik stets auslesbar

    Das gelbe ASi Kabel überträgt ununterbrochen Steuersignale und Energie bis 8 A. Das bedeutet, dass bei Abschaltung der Hilfsenergie bzw. des schwarzen Profilkabels, die Sensorik auch im Sicherheitsfall auslesbar bleibt.

    Effiziente Energieversorgung

    Das schwarze Profilkabel überträgt je nach Leitungsquerschnitt 16 A oder 20 A – und damit deutlich mehr Energie als typische M12 Rundkabel-Lösungen. Dadurch lässt sich viel Strom bei einem geringen Meterpreis verteilen. Dies ist zum Beispiel ideal für IO-Link Lösungen und bei Motoren in der Fördertechnik. Erfahren Sie mehr zum Thema effiziente Energieversorgung.

    Einsparpotentiale durch passive Sicherheit

    Wenn Sie passive Sicherheit mit Bihl+Wiedemann umsetzen, profitieren Sie von weniger sicheren Ausgängen und von den Kostenvorteilen, die ASi bietet. Dank Profilkabel und Durchdringungstechnik sind die Verdrahtungskosten bei ASi deutlich günstiger als bei anderen Feldbussystemen Sie  sparen bis zu 68 Prozent. Denn Sie benötigen keine verschiedenen vorkonfektionierten Verbindungskabel und auch viel weniger teure Montagezeit. Lesen Sie hierzu unseren Verdrahtungskosten-Vergleich.

     

    Zum Verdrahtungskosten-Vergleich

    Produkte von Bihl+Wiedemann

    Für den einfachen Aufbau von passiver Sicherheit ist nur ein Sicherheitsmonitor mit lokalen Ausgängen in Kombination mit einer Kontakterweiterung notwendig. Das betriebsmäßige Schalten der Aktuatoren kann mit nicht sicheren Standardprodukten von Bihl+Wiedemann, die für die passive Sicherheit geeignet sind, erfolgen. Denn fast alle unseren neuen ASi-5 Module, z. B. die verschiedenen ASi-5 Module mit integriertem IO-Link Master, und viele unserer ASi-3 Module, erfüllen die Anforderungen für passive Sicherheit.

    Technische Voraussetzungen unbedingt prüfen

    Passive Sicherheit kann nur hergestellt werden, wenn folgende technische Voraussetzungen erfüllt sind:

     

    • Die sichere Abschaltung muss entsprechend den Anforderungen aus der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG und Sicherheitsnormen wie der EN ISO 13849-1 oder EN 62061 realisiert werden.
    • Die galvanische Trennung von passiv sicher geschalteten und anderen Potentialen muss immer sichergestellt, bzw. per Fehlerausschluss verhindert sein (z. B. geschützte Verlegung von Kabeln, geschützte Installation der passiv sicheren Geräte).

     

    Konkret bedeutet das für ASi Systeme: Am einfachsten ist es, wenn ausschließlich ASi Module - verbunden mit dem geschalteten Potential - verwendet werden, bei denen die Einhaltung der passiven Sicherheit explizit im Datenblatt angegeben ist. Außerdem sollte die Versorgung aller Module mit ASi und AUX getrennt über das gelbe und schwarze Profilkabel erfolgen.

    Versorgung über M12 Kabel

    Führung von passiv sicherem AUX und anderen Potentialen in gängigen Rundkabeln ist typischerweise nicht für passive Sicherheit ausgelegt – z. B. eine Versorgung mit ASi und AUX über eine M12-Steckverbindung. Denn ein Querschluss zwischen ASi und passiv sicherem AUX kann nicht ausgeschlossen werden.

     

    Je nach Applikation ist es dennoch möglich, durch eine genaue Sicherheitsbetrachtung der gesamten betroffenen Verkabelungsstrecke nachzuweisen, dass ein solcher Fehlerfall immer zu einem sicheren Zustand führt. Unter diesem Umstand ist auch weiterhin - trotz geschaltetem und ungeschaltetem Potential in einem gemeinsamen Rundkabel - die passive Sicherheit sichergestellt.

    Versorgung mit ASi und AUX über gängige M12-Steckverbindung ist typischerweise nicht passiv sicher

    Nutzung nicht passiv sicherer Module

    Ein einziges nicht passiv sicheres Modul, verbunden mit der geschalteten AUX Leitung, verhindert eine passiv sichere Struktur. Denn die einzelnen Module sind diesbezüglich als Gesamtsystem zu betrachten. Deshalb müssen alle verwendeten Module für passive Sicherheit qualifiziert sein.

     

    Je nach Applikation ist es dennoch möglich, durch eine genaue Sicherheitsbetrachtung der gesamten betroffenen Verkabelungsstrecke nachzuweisen, dass ein Fehlerfall immer zu einem sicheren Zustand führt. Unter diesem Umstand ist auch weiterhin - trotz Nutzung nicht passiv sicherer Module - die passive Sicherheit sichergestellt.

    Ein einziges nicht passiv sicheres Modul verbunden mit der geschalteten AUX Leitung verhindert eine passiv sichere Struktur

    FAQs rund um passive Sicherheit

    Ohne passive Sicherheit ist nicht gewährleistet, dass das sichere Abschalten/Trennen von AUX an einem Standard-I/O Modul dazu führt, dass der sichere Zustand (I/Os spannungsfrei) eingenommen wird. Das Modul bezieht über AS-i weiterhin Energie und im Fehlerfall ist es möglich, dass die Energie über AS-i in das sicher abgeschaltete AUX-Netz rückspeist.

     

    Hierdurch ist die durch das sichere Abschalten erzeugte Sicherheit im Fehlerfall nicht garantiert. Zusätzlich kann dies zu ungeplanten Stillstandszeiten und einem erhöhten Aufwand in der Planung, Installation und Inbetriebnahme einer Anlage führen.

    Die sichere Abschaltung (passive Sicherheit) wird durch die Maschinenrichtlinien 2006/42/EG, EN ISO 13849-1 und EN 62061 genormt.

    Passive Sicherheit ist dann anwendbar, wenn der sichere Zustand der Anlagenteile der Maschine, die durch die passive Sicherheit ausgerüstet werden sollen, durch stromlos Schalten erreicht werden kann (Wirkstromprinzip).

    Alle Komponenten, die eine Verbindung zu unterschiedlichen Versorgungspotentialen haben und sich in dem Pfad der sicheren Abschaltung einer Maschine befinden, müssen passiv sicher sein.

    Um eine Maschine, die vorher nicht durch passive Sicherheit abgesichert war, durch solche Produkte passiv sicher zu machen, reicht leider nicht der Tausch der Module aus. In diesem Fall muss die Sicherheitsbetrachtung der Maschine neu erfolgen.

    Diese Angabe finden Sie in unseren Datenblättern unter der Kategorie„Umwelt“.

    Haben Sie Fragen zu Passiver Sicherheitstechnik von Bihl+Wiedemann?