Wie werden Sicherheitsrelais zur Überwachung von Schaltmatten eingesetzt? Schaltpläne und Anwendungen
Eine Sicherheitsmatte dient ausschließlich der Anwesenheitserkennung. Sie schließt ihren internen Schalter, wenn jemand einen Gefahrenbereich betritt, verfügt jedoch nicht über eine vollständige Fehlerüberwachung und Sicherheitsabschaltung. Daher muss sie an ein spezielles Sicherheitsrelais oder eine Mattensteuerung angeschlossen werden, um die Anforderungen von Sicherheitsnormen wie ISO 13849-1 und IEC 62061 zu erfüllen. Dies ermöglicht zuverlässige Zweikanalredundanz, Sicherheitsabschaltung, Fehlerumgehungsschutz und automatische/manuelle Rücksetzfunktionen. Bei Erkennung einer Gefahr kann die Maschinenbewegung schnell und sicher unterbrochen werden, um Personen- oder Sachschäden zu vermeiden.
Grundprinzipien von Sicherheitsmatten
Anwesenheitserkennungsfunktion
Eine Sicherheitsmatte ist eine präsenzerkennende Sicherheitseinrichtung (PSSD) mit internen Druckschaltern. Wenn Personen auf der Matte stehen, schließen sich die Schalter. Wenn Personen die Matte verlassen, öffnen sie sich und erzeugen ein Ein-/Aus-Signal.
Keine Überwachungsfunktion
Eine eigenständige Sicherheitsmatte kann ihre Verkabelung nicht auf Unterbrechungen oder Kurzschlüsse überwachen und gewährleistet weder Redundanz noch Empfindlichkeit auf der Schalterseite. Sie kann die Anforderungen an „Schaltkreisintegrität“ und „Fehlererkennung“ für Sicherheitsfunktionen auf hohem Niveau nicht erfüllen.
Warum müssen Sicherheitsmatten an Sicherheitsrelais angeschlossen werden?
1. Fehlererkennung und Stromkreisüberwachung
Ein Sicherheitsrelais kann Fehler wie Unterbrechungen oder Kurzschlüsse in der Verkabelung der Sicherheitsmatte aktiv erkennen. Bei Erkennung einer Anomalie löst es einen Sicherheitsstoppbefehl aus, um gefährliche Betriebszustände zu verhindern.
2. Redundantes Zweikanal-Design
Sicherheitsrelais erfüllen die Performance Level (PL)-Anforderungen der ISO 13849-1 und die SIL-Anforderungen der IEC 62061 und sind typischerweise zweikanalig oder mit zwei Spulen ausgeführt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Ausfall eines einzelnen Pfades die gesamte Sicherheitsfunktion nicht beeinträchtigt.
3. Sicherheitsstopp und Rücksetzsteuerung
Erkennt die Matte, dass jemand darauf tritt, unterbricht das Sicherheitsrelais über seine Ausgangskontakte sofort die Antriebsleistung und bewirkt so einen Sicherheitsstopp. Nach dem Entfernen der Person kann je nach Bedarf ein automatischer oder manueller Reset gewählt werden, um einen versehentlichen Neustart zu verhindern.
4. Bypass-Schutz und Selbstüberprüfungsfunktion
Sicherheitsrelais verfügen über eine interne gegenseitige Überwachung, selbstüberprüfende Schaltkreise und einen Bypass-Schutz. Selbst wenn jemand versucht, den Mattenstromkreis kurzzuschließen, kann das System nicht getäuscht werden, wodurch eine Umgehung der Sicherheitsfunktion verhindert wird.
Typische Funktionen von Sicherheitsrelais
Funktion | Zweck | ||||
Fehlerüberwachung (Unterbrechungs-/Kurzschlusserkennung) | Gewährleistet die Integrität der Schaltung; leitet bei Leitungsanomalien eine sofortige Abschaltung ein. | ||||
Redundanter Zweikanalausgang | Erfüllt hohe Sicherheitsanforderungen wie PL d/SIL 3; der Ausfall eines einzelnen Pfades hat keine Auswirkungen auf das Gesamtsystem. | ||||
Sicherheitsstopp-Ausgang | Unterbricht schnell die Stromzufuhr, um Gefahren zu vermeiden. | ||||
Automatisches/manuelles Zurücksetzen | Bietet flexible Reset-Methoden, um einen versehentlichen Neustart von Personal oder Geräten unter gefährlichen Bedingungen zu verhindern. | ||||
Bypass-Präventionsdesign | Verhindert, dass Benutzer den Sicherheitskreis mithilfe von Jumpern oder anderen Methoden umgehen. | ||||
Systemdiagnose und Anzeigeleuchten | Bietet Echtzeit-Feedback zum Schaltkreisstatus und erleichtert so Wartung und Fehlerbehebung. | ||||
Darüber hinaus sind spezielle Mattensteuerungen auf dem Markt erhältlich, beispielsweise die Allen-Bradley MatGuard™-Steuereinheit. Diese integrieren Überwachungs-, Redundanz- und Reset-Funktionen und können mehrere Sicherheitsmatten direkt verwalten und standardisierte Sicherheitsstoppsignale ausgeben.
Beispiele für die Verdrahtung von Sicherheitsrelais und Branchenpraktiken
In der Praxis werden Sicherheitsmatten üblicherweise über eine Vier- oder Zweileiter-Konfiguration an die zweikanaligen Eingangsklemmen eines Sicherheitsrelais angeschlossen. Das Relais steuert dann über zwei unabhängige Sicherheitsausgangskontakte Trennschütze oder Antriebskreise und sorgt so für die Trennung der Stromzufuhr zu den gefährlichen Teilen.
Sicherheitsmatte – vereinfachtes 4-Draht-Schaltbild
Sicherheitsmatten können entweder mit Vierleitern oder mit Widerständen verdrahtet werden. Benutzer können zwischen beiden Verdrahtungskonfigurationen wählen, wobei die Vierleitermethode im Allgemeinen eine höhere Stabilität bietet. Sicherheitsrelais bieten in der Regel Optionen für automatisches oder manuelles Zurücksetzen. Für mehr Sicherheit wird im Allgemeinen ein manuelles Zurücksetzen bevorzugt. Wenn das Sicherheitsrelais an eine SPS mit Reset-Funktion angeschlossen ist, kann das Sicherheitsrelais automatisch zurückgesetzt werden.
Zugehörige Sicherheitsgeräte
Erkennungsmethode: Drucksensormethode Druckfestigkeit: Dynamische Belastung bis zu 500 kg, statische Belastung bis zu 700 kg Auslösekraft: 30 kg (für Erwachsene) Oberflächenschutzmaterial: NBR-Gummi Mattendicke: 14 mm
Erkennungsmethode: Drucksensormethode Maximal zulässige Belastung (8 Stunden) ≤ 400 N/cm² Auslösekraft: ＞20 kg Oberflächenschutzmaterial: NBR-Gummi Mattendicke: 15 mm
