This article is available in English too.
Schon mehrere Jahre sind vergangen, seit die Normen EN ISO 13849-1 und IEC 62061
die obsolete EN 954-1 als technische Normen zur Sicherheit Steuerungssystemen
ersetzt haben. Werden sie jedoch bereits auf allen technischen Gebieten, einschließlich
Vakuumöfen, überall angewendet?
In der Zwischenzeit ersetzen immer mehr Sicherheits-SPSs (speicherprogrammierbare
Steuerungen, SPS oder Englisch: Programmable Logic Controller, PLC) herkömmliche
Sicherheitsrelais in vielen nicht-trivialen Anwendungen. Ist das wirklich sinnvoll?
Warum sollten Sie ein Sicherheits-SPS in Ihrem Ofen installieren? Ich kann sehr
gut verstehen, dass Sie diesbezüglich Zweifel haben. Daher möchte ich Ihnen hier
fünf Gründe vorstellen, warum Sie Ihren nächsten Vakuumofen mit
einer Sicherheits-SPS ausstatten sollten.
1. Der Notstopp ist nicht die einzige Sicherheitsfunktion
Wenn Sie den Schaltschrank eines älteren Vakuumofens öffnen, werden Sie vermutlich
feststellen müssen, dass der Notstopp die einzige Vorrichtung ist,
die die Anforderungen der Normen EN ISO 13849-1 und IEC 62061 erfüllt.
Während dies bei sehr einfachen Maschinen normal sein dürfte, also bei Maschinen,
deren einziges Risiko durch ein bewegliches Teil begründet wird, welches entweder
durch das Öffnen einer Schutzabdeckung oder durch das Drücken des Notausschalters
gestoppt werden kann, gilt dies nicht für Vakuumöfen mit druckbeaufschlagtem Löschgas,
wobei die Temperatur und der Druck sicherheitsrelevante Bedeutung haben.
Bis vor Kurzen waren einige wenige festverdrahtete Sicherheitsvorrichtungen
(wenn überhaupt), die extern an der funktionalen Steuerung installiert wurden, der
Stand der Technik. Diese erfüllen jedoch gleich aus mehreren Gründen nicht die neueren
Normen, beispielsweise wegen des mangelnden Diagnosedeckungsgrads
(zum Beispiel im Falle eines Kurzschlusses) oder wegen der eingeschränkten
Redundanz (weil die funktionale Steuerung bei der Evaluierung der
Sicherheitsfunktion nicht berücksichtigt werden kann).
Doch selbst wenn wir annehmen, dass gemäß den neuesten Normen mehr Sicherheitsfunktionen
implementiert werden sollten, was hat eine Sicherheits-SPS im Vergleich zu
herkömmlichen Sicherheitsrelais mehr zu bieten?
2. Sicherheits-SPSs können analoge Signale verarbeiten
Temperatur und Druck sind im Wesentlichen analoge Größen. Während die neusten
Sicherheits-SPSs mit Eingabekarten ausgestattet werden können, zum Lesen und zum
Erzeugen einer großen Vielfalt analoger Signale (wie jene von TCs,
Pt100 oder vielen anderen Signalgeber), können Sicherheitsrelais im Wesentlichen
nur digitale Informationen verarbeiten (wie eine Taste oder ein Begrenzungsschalter).
Worin liegt jedoch der Vorteil im Vergleich zur Nutzung von Druck- und
Temperatur-Schaltern, die digitale Signale an die Sicherheitsrelais senden?
3. Analoge Signale bieten einen besseren Diagnosedeckungsgrad
Eine grundlegende Sicherheitspraktik besteht darin, Redundanz zur Erhöhung des
Sicherheitslevels anzuwenden, zum Beispiel durch die Nutzung von zwei Temperatur-Schaltern
statt nur eines Schalters. Fall Sie die beiden Schalter jedoch nicht gegeneinander
überprüfen, wird der erste früher oder später ausfallen, ohne dass dies bemerkt
wird, und der zweite kann auch ausfallen, wodurch die Sicherheitsfunktion ebenfalls
verloren geht. Wenn der Umschaltpunkt jedoch auf eine Temperatur
festgelegt wird, die unter normalen Umständen niemals erreicht wird, wie können
Sie dann überprüfen, ob die beiden Sensoren fehlerfrei umschalten, wenn sie doch
gar nicht umschalten?
Falls Ihnen jemand sagt, dass Sie den Temperatur-Schalter einfach nur regelmäßig
entfernen und neu kalibrieren brauchen, hat dieser Jemand natürlich Recht. Ich wäre
jedoch sehr verwundert, wenn ich eines Tages in einem Instandhaltungsprotokoll einen
Eintrag sehen würde, wo jemand notiert hat, dass er genau das mit den Übertemperatur-Schaltern,
die an den Behältern seiner Öfen installiert sind, zum letzten Mal gemacht hat.
Selbst wenn der Umschaltpunkt tatsächlich überschritten wird (bei Normalbetrieb
oder bei einem Diagnoseverfahren), werden Sie immer noch nicht sagen können, ob
die beiden Schalter fehlerfrei umschalten, oder? Bei Begrenzungsschaltern wird dies
normalerweise mittels eines Zeitfensters überprüft. Dieses Vorgehen
kann jedoch nicht auf Temperatur- oder Druckschalter in sicherer Weise übertragen
werden, da beide wahrscheinlich nicht zum exakt gleichen Zeitpunkt umschalten. Dabei
betrifft die Verzögerung die Differenz des Umschaltpunkts nur wegen der Änderungsrate
der Messung, die im Allgemeinen unbekannt ist.
Genau an dieser Stelle kommt die Möglichkeit der sicheren Erzeugung analoger
Werte ins Spiel: Wenn Sie zwei Temperaturmessungen haben, können Sie diese die ganze
Zeit über miteinander vergleichen, selbst wenn Sie weit vom Umschaltpunkt entfernt
sind. Falls ein Sensor ausfällt, werden Sie dies sofort bemerken,
sobald die beiden Messwerte über die zulässige Toleranz hinaus voneinander abweichen.
Falls der Umschaltpunkt während des normalen Betriebs überschritten wird,
kann selbst die Kombination eines analogen Signals und eines digitalen Signals eine
interessante Möglichkeit darstellen, denn dies würde Diversität ermöglichen und
dazu beitragen, Ausfälle wegen häufiger Ursachen zu vermeiden.
Bietet eine Sicherheits-SPS, abgesehen davon, noch weitere Vorteile?
Natürlich! Lassen Sie uns noch zwei weitere Gründe anschauen, warum Sie eine Sicherheits-SPS
in Ihrem Vakuumofen installieren sollten, um Ausfälle zu minimieren.
Hat Ihnen der Artikel bis hierher gefallen?
Bevor Sie weiterlesen, folgen Sie uns doch bitte auf Facebook. Dazu bitte einfach hier drücken.
Auf diese Weise können wir Sie zu den modernsten Technologien zu Wärmebehandlungen auf dem Laufenden halten, nicht nur mit unseren Posts, sondern auch mit den besten Artikeln, die wir im Web sammeln.
4. Sicherheits-SPSs können komplexere Logiken implementieren
Es gibt spezifische Anwendungen, bei denen die Sicherheitsfunktionen
nicht einfach vom tatsächlichen Zustand eines oder mehrerer Sensoren abhängen, sondern
auch von einer spezifischen Sequenz von Operationen. Wenn Sie beispielsweise Wasserstoff
als Verfahrensatmosphäre anwenden, werden Sie genau wissen müssen, ob eine Inertgas-Reinigung
sicher abgeschlossen wurde, bevor Sie Wasserstoff einlassen oder bevor Sie nach
der Verwendung von Wasserstoff lüften.
Dies ist übrigens die Anwendungsart, bei der sich Sicherheits-SPSs schneller
verbreitet haben, und bei der sie bereits an Wasserstoff-Öfen fast
aller großen Hersteller installiert sind. Das ist aber noch nicht alles ...
5. Sicherheits-SPSs können die Manipulationsrisiken in signifikanter Weise reduzieren
Ich bin mir ziemlich sicher, dass Sie schon einmal eine Situation erlebt haben,
wo ein Ofen wegen eines Sensors, der ausgefallen ist oder der kalibriert
werden musste, ausgefallen ist. Möglicherweise machte der Kunde Druck, um seine
Ladung aus dem Ofen zu bekommen und ein oberschlauer Servicetechniker überbrückte
den defekten Sicherheitssensor einfach, um den Job zu erledigen.
Ich hoffe jedoch nicht, dass Sie auch den Fall erleben mussten, dass unser Servicetechniker
zu einer anderen dringenden Aufgabe gerufen wurde, und dass der nächste Zyklus gestartet
wurde, obwohl der Sicherheitssensor immer noch überbrückt war!
Als Hersteller haben wir nicht nur die Verantwortung, zuverlässige Komponenten
zu verbauen, um Ausfälle zu minimieren und die Bedienung zu erleichtern, um die
Notwendigkeit der Überbrückung von Sicherheitseinrichtungen zu
vermeiden, sondern auch, um zu verhindern bzw. um festzustellen, ob Sicherheitsfunktionen
manipuliert wurden, sofern dies technisch möglich ist. Kann uns eine Sicherheits-SPS
dabei helfen?
Natürlich! Zunächst einmal ist bei einer Sicherheits-SPS die gesamte Sicherheitslogik
sicher innerhalb der Steuerung selbst eingebettet. Während eine festverdrahtete
Sicherheitslogik von jedermann mit einem Schraubendreher manipuliert werden
kann, braucht man zum Modifizieren einer Sicherheits-SPS nicht nur eine spezifische
Software, sondern auch das Passwort, das der Hersteller für den einzelnen Ofen festgelegt
hat.
Der Sicherheitslevel kann noch weiter gesteigert werden, indem die Sicherheits-SPS
mit Smart Sensoren kombiniert wird, die auf das ausgelöste Signal,
das von der SPS kommt oder die den Auslöser selbst erzeugen, eine Zeitverschiebung
anwendet. Auf diese Weise kann ein Smarter Sicherheitssensor nicht mit einem
Kurzschluss überbrückt werden, nicht wie bei herkömmlichen Sensoren,
die einfach nur auf potentialfreien Kontakten beruhen.
Sie werden vielleicht sagen, dass man die Schaltvorrichtung immer noch manipulieren
kann, indem man mit einem Schraubendreher darauf drückt. In diesem Fall haben Sie
natürlich Recht. Ganz gleich wie leistungsfähig eine Sicherheits-SPS ist, absoluten
Schutz kann sie nicht bieten!
Also haben Sie bereits eine Sicherheits-SPS an Ihrem Vakuumofen
installiert?
Hat Ihnen der Artikel gefallen?
Abonnieren Sie unseren kostenlosen Newsletter und bleiben Sie zu den modernsten Technologien zu Wärmebehandlungen auf dem Laufenden.