Sicherheitstechnik im Überblick
Was ist industrielle Sicherheitstechnik?
Sicherheitstechnik in der Industrie umfasst technische Systeme, Maßnahmen und Verfahren zum Schutz von Personen, Maschinen, Anlagen und Daten. Sie gliedert sich in Industrial Safety, also den Schutz der Mitarbeitenden vor Gefahren durch Maschinen, und Industrial Security, den Schutz von Anlagen und Daten vor Angriffen. Ziel ist es, Risiken zu minimieren und den sicheren Betrieb der Anlagen zu gewährleisten.
Welche Aufgaben erfüllt sicherheitsgerichtete Sensorik?
Personenschutz und Gefährdungsbereichüberwachung
Berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen überwachen Arbeitsbereiche und erkennen unbefugtes Eingreifen oder Betreten von Personen in gefährliche Maschinenbewegungen. Parallel dazu werden durch intelligente Diagnosetools Störungen frühzeitig erkannt und übermittelt. Stillstandszeiten können so vermieden und die Anlagenverfügbarkeit maximiert werden.
Hocheffiziente Logistiklösungen auf optimiertem Raum
Sicherheitslichtgitter in Kombination mit vormontierten Mutingsets ermöglichen den sicheren Materialtransport in geschützte Anlagenbereiche, ohne den Materialfluss zu unterbrechen. So können Waren gleichzeitig ein- und ausgeschleust werden, während der Personenschutz jederzeit gewährleistet bleibt. Die platzsparende Integration unterstützt eine effiziente Flächennutzung und erhöht den Materialdurchsatz.
Stillstandszeitenoptimierung
Der automatische Wiederanlauf verbindet zuverlässigen Personenschutz mit einer hohen Anlagenverfügbarkeit. Sobald der Gefahrenbereich wieder frei ist, wechselt das Sicherheitslichtgitter automatisch in den Schutzbetrieb und ermöglicht den Wiederanlauf der Maschine. Dadurch werden Stillstandszeiten reduziert und effiziente Arbeitsabläufe unterstützt. Zulässig ist diese Funktion jedoch nur unter bestimmten Voraussetzungen.
Prozessschutz durch Stellungsüberwachung und Zuhaltung beweglicher Schutzeinrichtungen
Sicherheitszuhaltungen erlauben die elektromagnetische oder elektromechanische Verriegelung von Sicherheitstüren. Sie bieten mittels der Türverriegelung einen Schutzmechanismus für Werker gegen potenzielle Gefahren durch Maschinenbewegungen oder Gefahrenstellen, die sich dahinter verbergen. Gleichzeitig lässt sich ein unbeabsichtigtes Eingreifen im Prozess vermeiden. Ein höherer Prozessschutz sorgt also dafür, dass es weniger Stillstands- und Ausfallzeiten gibt.
Sichere Kommunikation zwischen Mensch und Maschine
Befehlsgeräte ermöglichen in Kombination mit passenden Sicherheitsrelais die sichere Steuerung von Maschinen und automatisierten Prozessen. So lassen sich Anwendungen unter maximalem Personenschutz zuverlässig einrichten, starten, stillsetzen oder beenden.
Was unterscheidet Sicherheitssensoren von Standardsensoren?
Sicherheitssensoren müssen so konzipiert und eingesetzt werden, dass auch bei einem Ausfall keine Gefährdung entsteht. Dabei sind die jeweils geltenden Normen und sicherheitstechnischen Anforderungen zu berücksichtigen. Im Normalbetrieb führen die Sicherheitsausgänge 24 V DC. Der sichere Zustand ist der AUS-Zustand (0 V). So führen auch Drahtbruch oder Spannungsausfall automatisch in den sicheren Zustand.
Dieser Pegel entspricht dem Industriestandard, um eine hohe Störfestigkeit, zuverlässige Signalsicherheit über lange Strecken sowie Schutz vor Fehlschaltungen und gegenüber Personen und Anlagen zu gewährleisten. Zudem ermöglicht dieser Standard eine einfache Interoperabilität von Komponenten verschiedener Hersteller. Für maximale Sicherheit bleiben die Sicherheitsfunktionen auch im Fehlerfall erhalten. Durch ein permanentes Vergleichen und Rücklesen werden Fehler so früh wie möglich erkannt.
Legal Basis
| Responsible | Central task | Legal basis | That is extremely important |
|---|---|---|---|
| Machine manufacturer | The machine must be designed and constructed in such a way that it can be operated, set up and maintained safely. Both the intended use and reasonably foreseeable misuse must be taken into account in this process. | Machinery directive/Machinery ordinance |
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| Machine operators | Work equipment may only be used after hazards have been assessed, suitable state of the art protective measures have been implemented and safe use has been established. | Ordinance on industrial safety |
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How Is the Required Performance Level Determined?
Performance Levels (PLr)
The required performance level – PLr (Performance Level required) for short – is determined as part of the risk assessment. It defines the necessary reliability of the safety function and thus forms an essential basis for the selection and design of suitable protective devices.
The following risk parameters are taken into account in the assessment:
Severity of possible injury
Frequency and duration of exposure to danger
Possibility to avoid the hazard or limit the damage
Determination of the PLr for Machine Manufacturers
Safety Integrity Level (SIL)
The safety integrity level (SIL) describes the reliability of electrical, electronic and programmable safety-related systems. It indicates to what extent a safety function reduces the existing risk or how likely a dangerous failure is.
Classification takes place according to IEC 61508 or IEC 61511 in four stages – from SIL 1 to SIL 4. SIL 1 stands for the lowest and SIL 4 for the highest required risk reduction.
SIL is used in particular in the process industry as well as in complex process and process engineering systems. In some international markets, functional safety requirements are also often specified using SIL instead of the performance level (PL) or required performance level (PLr) commonly used in the machine industry.
How Does wenglor Determine the PL?
The PL of a sensor is determined based on its safety-relevant architecture and reliability parameters. The following factors are taken into account:
Mean time to dangerous failure of the component used.
Secure Communication and Signal Processing
Why Is Secure Communication in Machine Safety Necessary?
A safety light curtain detects when a person enters a hazard zone. However, the safety function only becomes effective when the signal is reliably transmitted to the safe machine control system, correctly evaluated there and the intended protective reaction – for example the safe stop of the machine – is triggered.
Secure communication does not always prevent every error, but ensures that communication and system errors are detected and controlled in good time. This includes line interruptions, short circuits, corrupted or lost data telegrams, device failures and impermissible delays in signal transmission. If such a fault is detected, the safety system must bring the machine to a safe state within the specified response time.
What Are OSSD Outputs and How Do They Work?
OSSD outputs, also known as safety outputs, are the outputs of electro-sensitive protective equipment connected to the machine control. They transmit the current protection status to a safety controller or a safety relay.
If the safety field is clear, the OSSD outputs are in the ON state. If the safety field is interrupted or a safety-relevant fault is detected, they switch to the OFF state. The connected control system then triggers the intended protective reaction and brings the machine to a safe standstill, for example.
For reliable signal transmission, safety sensors have two separately monitored OSSD channels. The signal status and matching are checked by the analysis module. Short test pulses also enable diagnosis of the connected signal paths.
This can detect the following faults, among others:
- Short circuits
- Cross-circuits between the channels
- Line breaks
- Faulty or contradictory switching states
Dual Channel Wiring
With two-channel wiring, the safety signal is transmitted redundantly to the safe control system. The continuous comparison of both channels ensures that deviations and individual errors are reliably detected and enables higher performance levels to be achieved.
Feedback Circuit Monitoring (EDM)
EDM stands for External Device Monitoring and describes the monitoring of external switching elements. After a shutdown command, the safety function checks whether the connected contactors have actually dropped out.
Welded or faulty contacts are thus detected. If a contactor does not reach the expected state, the system prevents the machine from restarting.
What Are the Advantages of Cascading?
Cascading means connecting several safety devices in series to monitor different safety fields. This allows all of these to act on a safety output. Cascaded safety devices demonstrate the same performance characteristics as a single safety device, enabling extensive protection concepts to be implemented with less wiring effort and flexible expansion.
Benefits
Reduced wiring effort
Lower installation expenses
Fewer inputs needed on the safety controller
Flexible extension of the safety system
Solutions and Key Terms
What Is the Difference Between Finger, Hand and Body Protection?
| Finger protection |
|---|
| Resolution up to 14 mm |
| Detection of fingers |
| Extremely small safety clearance |
| Usage locations include presses, punching machines, bending machines, semi-automated manual workstations |
| A special feature is the positioning relatively close to the hazardous area, as the high resolution removes the need for an additional safety margin |
| Hand protection |
|---|
| Resolution up to 30 mm |
| Hand/arm detection |
| Medium safety clearance |
| Locations of use are e.g. welding robots, pallet feeding devices, unwinding stations |
| The special feature is the greater minimum required safety distance to the danger zone compared to the finger protection |
| Body protection |
|---|
| Resolution from 300 to 500 mm |
| Detection of body/person |
| Large safety clearance |
| Usage locations are, for example, access points and hazardous areas, such as robot cells |
| One special feature is that only a small number of light beams are usually required |
How Is the Safety Distance Calculated?
The safety distance is calculated from: S = (K × T) + C
S = Safety clearance
K = Approach speed
T = Total system response time
C = Additional safety margin
Safety Clearance for Vertical Approach to the Safety Field
Expanded Functions of Safety Light Curtains and Safety Light Arrays
Muting Safety Functions
During muting, the protection function is bypassed in a targeted manner. Additional functions ensure that no one enters the danger zone unnoticed.
- Muting time function
- Belt stop signal function
- Muting enable function
- Direction setting function
- Partial muting
- Gap suppression
- Override function
Blanking Functions
Blanking functions suppress the light beams within a specified portion of the safety field. As opposed to muting, bypassing is permanent in the case of blanking.
- Fix blanking
- Fix blanking with edge tolerance
- Floating blanking
What Does Reduced Resolution Mean for Safety Light Curtains?
The reduced resolution of a safety light curtain is a function that increases the response threshold of object detection. The light curtain no longer evaluates every interruption of individual light beams, but only triggers the safety function when a defined number of adjacent beams are interrupted simultaneously.
This increases the effective detection size from, for example, 14 to 50 or 90 millimeters. Thin materials such as sheet metal can remain in the safety field, while larger objects or body parts can still be reliably detected.
Area of Use:
The function is suitable for applications where materials or workpieces, for example, must be guided through the safety field without interrupting the production process. Personal protection is maintained as long as the changed detection size is taken into account in the risk assessment and calculation of the required safety distance.
Safety Guards
What Is the Difference Between Process and Personal Protection with Guard Locking Devices?
Process and Personal Protection
- The locking device is monitored
- The door remains locked until there is no longer any danger
- Suitable for machines with dangerous overtravel
Process Safety
- The actuator is monitored
- The locking device protects against unintentional opening
- Suitable if there is no immediate danger after switching off
Codierung von Sicherheitsschaltern und Sicherheitszuhaltungen
Eine Codierung ermöglicht die Zuordnung zwischen einem Sensor und dem zugehörigen Betätiger. Ein codiertes System schützt auf einfache Weise vor Manipulation und Umgehen.
| Codierungsart | Zuordnung | Funktionsweise |
|---|---|---|
| Niedrig codiert | Standard |
|
Hoch codiert | Individuell, mehrfach einlernbar |
|
Hoch codiert | Individuell |
|
Wie unterscheiden sich Arbeitsstrom- und Ruhestromprinzip?
Arbeitsstromprinzip: Zuhalten durch Energie
Beim Arbeitsstromprinzip wird die Zuhaltung durch die Bestromung des Zuhaltemagneten aktiviert. Ohne Spannung ist die Schutztür entriegelt und kann geöffnet werden.
Magnetansteuerung 0 V: Schutztür entriegelt
Magnetansteuerung 24 V: Schutztür zugehalten
Ruhestromprinzip: Entriegeln durch Energie
Beim Ruhestromprinzip wird die Zuhaltung mechanisch durch Federkraft aktiviert. Die Schutztür bleibt daher auch ohne Spannung zugehalten. Erst durch die Bestromung des Magneten wird sie entriegelt.
Magnetansteuerung 0 V: Schutztür zugehalten
Magnetansteuerung 24 V: Schutztür entriegelt
Es gilt zu beachten: Beim Personenschutz müssen spezielle normative Anforderungen erfüllt werden, siehe DIN EN ISO 14119.
