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Die Sicherheitssensoren mit Coded-Safety-Sensor-Technik (CSS) stehen in verschiedenen Bauformen zur Verfügung. Bild: K.A. Schmersal
Sicherheitssensoren

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RFID in der sicherheitsgerichteten Sensorik

Text: Uwe Richter, K. A. Schmersal
Sicherheitssensoren arbeiten mit verschiedenen Detektionsprinzipien. Als neues Prinzip beginnt sich die RFID-Technik zu etablieren. Aus Sicht der Anwender von Maschinen und Anlagen bietet sie einige Vorteile gegenüber den bisher eingesetzten Sensorprinzipien.

Zur Stellungsüberwachung von Schutztüren ohne Einsatz elektromechanischer Sicherheitsschaltgeräte hat Schmersal nach neuen Möglichkeiten gesucht und bisher eingesetzte ­Sensorprinzipien weiterentwickelt. Um die Stellung von Schutztüren zu überwachen, werden als Alternative zu elektromechanischen Sicherheitsschaltern berührungslos wirkende Sicherheitssensoren eingesetzt. Zu den Eigenschaften, die von den Anwendern gewünscht werden, gehören ein hoher Schaltabstand, kompakte Abmessungen, Manipulationssicherheit und möglichst große Toleranz gegenüber Schutztürversatz.

Dieser Mix an Eigenschaften ließ sich bei sicherheitsgerichteten Anwendungen ursprünglich am besten mit Magnetschaltern abbilden. Dann kommt eine spezielle Magnettechnik zum Einsatz, die aufgrund der besonderen Anordnung der Reedrohre nicht von konventionellen Magneten betätigt werden kann und somit einen guten Manipulationsschutz bietet.

Ab 2003 entwickelte Schmersal die bidirektionale CSS-Technik (Coded Safety Sensor) auf Puls-Echo-Basis. Im Unterschied zum Magnetprinzip ist sie in der Lage, Schutztürversatz zu detektieren und frühzeitig ein entsprechendes Signal zu geben. Darüber hinaus zeichnet sich dieser Ansatz durch eine sehr schnelle Reaktion und saubere Schaltpunkte aus, und sie bietet viele Zusatzfunktionen unter anderem bei der Diagnose. Allerdings sind ihr bei den Codiermöglichkeiten Grenzen gesetzt.

Auf dem Weg zu RFID

Der nächste Entwicklungsschritt ist die Adaption der RFID-Technik für sicherheitsgerichtete Anwendungen. Dabei kommen Komponenten zum Einsatz, die das 125 kHz-Frequenzband nutzen. Nun stellt sich die Frage: Welche Gründe sind maßgeblich für die Nutzung von RFID, wo doch mit CSS schon ein passendes bidirektionales und sicherheitstechnisch ertüchtigtes Detektionsverfahren zur Verfügung steht?

Zum einen spielen Kostengründe eine Rolle. RFID wird auf breiter Ebene zum Beispiel in der Konsumgüterindustrie eingesetzt, entsprechend kostengünstig sind die Komponenten. Zudem sind die Möglichkeiten der Codierung vergleichsweise einfach zu realisieren. Allerdings sind die Reaktionszeiten der einzelnen Sensoren mit zirka 100 ms etwas höher als bei der CSS-Technologie; addieren sich aber nicht in der Reihenschaltung von bis zu 31 Sensoren, die bei beiden Prinzipien möglich ist.

Erhöhter Manipulationsschutz

Zum anderen wird der Aspekt der Codierung bei der Auswahl von Sicherheitsschaltgeräten immer wichtiger – das war ein zweiter Grund für die Fortentwicklung von CSS zu RFID. Die neue Europa-Norm ISO 14119 nimmt ausdrücklich Bezug auf die Manipulationssicherheit der Schutzeinrichtungen. Sie fordert den Konstrukteur auf, Anreize zur Manipulation zu vermeiden und möglichst manipulationssichere Systeme für die Mensch/Maschine-Schnittstelle an Gefahrenbereichen zu konfigurieren.

Hier bietet RFID von Schmersal, an die normativen Anforderungen der Maschinensicherheit angepasst, zusätzliche Möglichkeiten. Bei den RSS-Sensoren kann der Anwender aus verschiedenen Arten der Codierung auswählen. In der Grundversion akzeptiert der Sensor jedes geeignete Target. Eine zweite, codierte Ausführung reagiert nur auf ein individuell zugeordnetes Target. Der Anlernvorgang lässt sich beliebig oft wiederholen. Schließlich ist noch eine dritte Variante lieferbar, die nur das Target akzeptiert, das beim ersten Einschalten eingelernt wurde.

Neue Möglichkeiten und Funktionen

Genau wie das CSS-Prinzip ist auch die RSS-Sicherheitssensorik in unterschiedlichen Bauformen verfügbar. Auch wurde sie in andere elektronische beziehungsweise elektromechanische Bauarten von Sicherheitsschaltgeräten wie zum Beispiel die Sicherheitszuhaltung AZM 300 integriert. Zu den weiteren Vorteilen von RFID gehört die Möglichkeit, in die Software einzugreifen und etwa kundenspezifische Codierungen vorzunehmen. Wie das in der Praxis realisiert wird, zeigt Schmersal mit einer Sonderbauform des sicheren RFID-Sensors. Der RSS 36-AD-ST-AS kann maximal 15 unterschiedliche Betätiger identifizieren und damit auch nicht-sicherheitsgerichtete Zusatzfunktionen übernehmen. Beispielsweise ist er in der Lage, der Maschinensteuerung die Information zu übermitteln, welches Werkzeug sich in Betrieb befindet.

Vorteile der Elektronik

Ein weiterer Vorteil der elektronischen Sensorik – das gilt für die CSS- ebenso wie für die RSS-Baureihen – liegt darin, dass der Konstrukteur bei der Auswahl der Sicherheitsschaltgeräte nicht den kompletten Vorgang der Berechnung oder Abschätzung von MTTFd-Werten nach EN 13849-1 durchlaufen muss. Kenndaten für die Ausfallwahrscheinlichkeit von verschleißbehafteten Bauteilen (B10d-Werte) sind irrelevant. Hier können einfach die vom Hersteller angegebenen PFH-Werte zugrunde gelegt werden. Auch die zusätzlichen Diagnosemöglichkeiten sowie die serielle Anschaltung werden in der Praxis häufig genutzt.

Ebenfalls praxisgerecht ist die vorbeugende Fehlerwarnung, die dem Maschinenbediener oder -anwender zum Beispiel Hinweise auf Querschlüsse, Übertemperatur am Sensor oder auf einen Schutztürversatz gibt. Dadurch erhöht sich die Verfügbarkeit der Schutzeinrichtung und letztlich der Maschine, weil der Anwender noch vor einem ausfallbedingten Stillstand eingreifen kann.

Trend zur sicheren RFID-Sensorik

Die hier vorgestellten Verfahren der sicherheitsgerichteten Sensorik haben alle ihre Berechtigung und ihre Position im Markt. Welche Technologie die jeweils am besten geeignete ist, entscheiden der Anwendungsfall und die Funktionen, die der Maschinenbauer nutzen möchte. Aus Sicht von Schmersal geht der Trend eindeutig in Richtung RFID. Zurzeit ist die Möglichkeit der individuellen Codierung der wesentliche Treiber für diesen Trend: Mit den RSS-Baureihen kann der Hersteller oder Anwender ein hohes Maß an Manipulationssicherheit bei der Stellungsüberwachung von Schutztüren realisieren und damit eine wesentliche Anforderung der EN 14199 erfüllen. Außerdem wird nach Einschätzung von Schmersal in naher Zukunft zum Beispiel der Werkzeugmaschinenbau die Zusatzfunktionen der RFID-gestützten Sicherheitssensorik, Stichwort Werkzeugerkennung, stärker nutzen und weitere Anwendungsbereiche erschließen.

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