Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Sicherheitshinweise NORD Frequenzumrichter Sicherheits- und Anwendungshinweise für Antriebsstromrichter (gemäß: Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG) 1. Allgemein Die Antriebsstromrichter sind vor unzulässiger Beanspruchung zu schützen. Insbesondere dürfen bei Transport und Handha- Während des Betriebes können Antriebsstromrichter ihrer Schutzart bung keine Bauelemente verbogen und/oder Isolationsabstände entsprechend spannungsführende, blanke, gegebenenfalls auch beweg- verändert werden.
Seite 3
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E zu diesem Dokument Dokumentation Bezeichnung: BU 0530 DE Mat. Nr.: 607 53 01 Gerätereihe: SK 510E, SK 511E, SK 515E, SK 530E, SK 535E, SK 540E und SK 545E Versionsliste Bezeichnung Software Bemerkung bisheriger Ausgaben Version BU 0530 DE, November 2007...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E zu diesem Dokument Bestimmungsgemäße Verwendung der Frequenzumrichter Die Einhaltung der Betriebsanleitung ist die Voraussetzung für einen störungsfreien Be- trieb und die Erfüllung eventueller Garantieansprüche. Lesen Sie deshalb zuerst die Be- triebsanleitung bevor Sie mit dem Gerät arbeiten! Die Betriebsanleitung enthält wichtige Hinweise zum Service.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E zu diesem Dokument Geltungsbereich Diese Anleitung ist nur gültig für Geräte, deren Typ sich aus den folgenden Schlüsseln ableiten lassen: 1.Pos 2.Pos 3.Pos 4.Pos 5.Pos E- 250 - 323 -KAR -ERS -XXX E- 550 - 340 -KAR -ERS...
Seite 6
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E zu diesem Dokument 3. Pos.: Netz in kodierter Form: abc a: Anzahl der Netzphasen bc: Netzspannung (Nennspannung/10) in zwei signifikanten Stellen 230V Geräte bis 2,2kW sind auch für 1phasigen Betrieb geeignet. Das A hinter der Netzspannung steht für ein integriertes Netzfilter (Klasse A) 4.
1 Allgemeines SICHERHEITS- UND ANWENDUNGSHINWEISE FÜR ANTRIEBSSTROMRICHTER .... 2 1 ALLGEMEINES ......................... 9 1.1 Sicherheits- und Installationshinweise ..............9 1.2 Zulassungen und Zertifikate ................10 1.2.1 Zertifikate der Funktion STO ................... 11 1.2.2 Zertifikate der Funktion SS1 ..................13 ...
Seite 8
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 9.3 Daten der Digitaleingänge ................. 51 9.4 Daten der sicheren Pulssperre ................52 10 ZUSATZINFORMATIONEN ....................53 10.1 Wartungs- und Service-Hinweise ..............53 10.2 Abkürzungen im Handbuch ................53 ...
1 Allgemeines Allgemeines Diese Anleitung BU 0530 DE beschreibt nur die Aspekte, die in direktem Zusammenhang mit der funktiona- len Sicherheit stehen. Alle Standard-Funktionen und Parameter des Umrichters sind dem Handbuch BU 0500 DE zu entnehmen. 1.1 Sicherheits- und Installationshinweise NORD Frequenzumrichter sind Betriebsmittel zum Einsatz in industriellen Starkstromanlagen und werden mit Spannungen betrieben, die bei Berührung zu schweren Verletzungen oder zum Tode führen können.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E VORSICHT Der Kühlkörper und alle anderen metallischen Teile können sich auf Temperaturen größer 70 °C erwärmen. Bei der Montage ist ein ausreichender Abstand zu benachbarten Bauteilen einzuhalten. Bei Arbeiten an den Komponenten ist eine ausreichende Abkühlzeit vorzusehen. Ggf.
1 Allgemeines 1.3 Typenschlüssel 520 E- 751 - 340-A - XXX Bestellbezeichnung für SK 5xxE Beispiel: Ausbaustufe 5x dig. IN, 2x analog IN, 2x Relais OUT, 1x analog OUT, RS232/485 505* wie "500", jedoch 24V-Versorgung für die Steuerung 510* wie "500", jedoch zusätzlich "sichere Pulssperre" 511* wie "510", jedoch zusätzlich 2x CANbus/CANopen 515*...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 520 E- 751 - 340-A - XXX Bestellbezeichnung für SK 5xxE Beispiel: Netz 1phasig, 115V, ohne Filter, nur Geräte ohne „sichere Pulssper- re“ (SK 500E, 505E, 520E und 525E, SK 530E nur Positionier- 112-O steuerung) 323-A...
2 Funktionsbeschreibung Funktionsbeschreibung Um Gefährdung von Menschen und Beschädigung von Material zu verhindern, ist es nötig Maschinen sicher abschalten zu können. Die Frequenzumrichter SK 510E, SK 511E, SK 515E, SK 530E, SK 535E, SK 540 und SK 545E stellen hierfür einen sicheren Abschaltweg bereit (Sichere Pulssperre). Um die Wirkungsweise der Abschaltwege verstehen zu können, ist es nötig, zunächst die Funktionsweise des Frequenzumrichters zu betrachten.
Seite 20
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Baugrößen VIII - IX Frequenzumrichter Steuerspannung Treiber µC Logik Schnellhalt Versorgung VOS 24V (86) Primärleistung VOS 0V (87) PWM-IC PWM-IC PWM-IC VIS 24V (89) Sicherere Pulssperre VIS 0V (88) Die Halbleiterschalter des Wechselrichters (T1 bis T6) werden mit einem sehr komplexen Pulsmuster ange- steuert.
2 Funktionsbeschreibung 2.1 Sicherer Abschaltweg Mit Hilfe eines sicheren Abschaltweges soll nun das Moment sicher abgeschaltet werden. Dies entspricht der Sicherheitsfunktion STO (safe torque off, sicher abgeschaltetes Moment). Um das Moment abzuschalten, muss der Stromfluss im Motor unterbrochen werden. Hierfür steht die sichere Pulssperre zur Verfügung.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 2.2 Sicherheitsfunktionen Mit den sicheren Abschaltwegen kann eine Stopp-Funktion ausgeführt werden. Da diese gegenüber anderen Steuerfunktionen Vorrang hat, ist diese Stopp-Funktion für das Stillsetzen im Notfall geeignet. Dabei wird über einen sicheren Abschaltweg das Moment abgeschaltet. Diese Funktion wird, „sicher abgeschaltetes Moment“ oder abgekürzt STO (engl.: safe torque off) genannt.
2 Funktionsbeschreibung 2.3 Beispiele / Realisierung Im Folgenden werden beispielhaft einige Lösungen für die Sicherheitsfunktionen STO und SS1 gezeigt. 2.3.1 Funktion STO In der Regel wird ein Sicherheitsschaltgerät zur Realisierung einer Sicherheitsfunktion Verwendung finden. Die Sicherheitskategorie der Funktion wird durch die Komponente mit der kleinsten Kategorie bestimmt. Reset Nutzung der Versorgungs-...
Seite 24
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Zur Ansteuerung des Digitaleingangs wird ein zweiter Sicherheitsausgang benötigt. Insbesondere wenn das Schaltgerät seine Sicherheitsausgänge nur im Ablauf eines Freigabezyklus überprüft, wie dies bei einigen elektromechanischen Schaltgeräten der Fall ist, ist diese Lösung vorzuziehen. Je nach den Sicherheitsanforderungen ist ein geeignetes Prüfintervall festzulegen.
2 Funktionsbeschreibung 2.3.2 Funktion SS1 Zur Realisierung der Funktion SS1 wird immer ein Digitaleingang benötigt, um einen durch den Umrichter aus- geführten Bremsvorgang einzuleiten. Der verwendete Digitaleingang wird hierzu auf die Funktion „Schnellhalt“ [11] eingestellt. Reset Nutzung der "sicheren Pulssperre" Versorgungs- Not-Aus-Taster Reset-Kreis...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 2.3.3 Einfache Wiederanlaufsperre Die Sicherheitskategorie 4 nach DIN EN ISO 13849-1 ist mit einer direkten zweikanaligen Auslösung der „si- cheren Pulssperre“ mit Hilfe eines sicheren Schaltelementes erreichbar. Das folgende Bild zeigt hierzu ein Beispiel mit einem Not-Aus-Taster (zwangsgeführte Kontakte, Sicherheitskategorie 4).
2 Funktionsbeschreibung 2.3.4 Beispiel ohne sicheren Abschaltweg Es ist möglich die Sicherheitsfunktionen STO oder SS1 mit einem Digitaleingang und einem Sicherheitsschalt- gerät zur realisieren. Mit dieser Schaltungsvariante kann nach DIN EN ISO 13849-1 maximal die Sicher- heitskategorie 1 erreicht werden, wenn neben dem Digitaleingang auch alle anderen Komponenten (Sicher- heitsschaltgerät, Not-Aus-Taster, Verdrahtung) die Anforderungen an die Kategorie 1 erfüllen.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 2.3.5 Fehlerausschluss für die Verdrahtung In den obigen Beispielen wurde für jeden zur Realisierung der Sicherheitsfunktion verwendeten Eingang ein eigenes geschirmtes Kabel verwendet, dessen Schirm an beiden Enden aufgelegt ist. Diese Maßnahme dient dem Fehlerausschluss nach DIN EN ISO 13849-2 für den Fall, Kurzschluss zwischen beliebigen Leitern.
3 Montage und Installation Montage und Installation Die Installationshinweise dieses Handbuches umfassen nur die Belange, die im Zusammenhang mit der funk- tionalen Sicherheit stehen. Weitere Informationen sind dem Handbuch (BU 0500 DE) zu entnehmen. 3.1 Einbau und Montage Die Frequenzumrichter der Baureihe SK 5xxE entsprechen der Schutzart IP20 und dürfen nur in einem Ein- bauraum mit der Schutzart IP54 (oder höher) verbaut werden.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 3.4.1 Anschluss der sicheren Pulssperre (X8 – VIS 24V, VIS 0V) Die Frequenzumrichter der Baureihe SK 51xE, SK 53xE und SK 54xE verfügen über die Option „Funktionale Sicherheit“. Der Anschluss der entsprechenden Steuerleitungen erfolgt über den Klemmblock X8. Bis ein- schließlich Baugröße 4 befindet sich dieser Klemmblock wie alle anderen Steueranschlüsse unterhalb der Frontabdeckung (Siehe Kapitel 3.4.2 „Anschlussklemmen“).
3 Montage und Installation 3.4.2 Anschlussklemmen X8: VIS 24V 24V Eingang der Pulssperre HINWEIS: 15V-Ausgang für Inbetriebnahme ohne Sicherheits-Schaltgerät, bzw. Sicherheitsfunktion. HINWEIS: Bei BG V bis VII befindet sich der Klemmenblock X8 auf der Motorabgangsseite des Frequenzumrichters Für die Funktion der sicheren Pulssperre ACHTUNG: müssen die Brücken entfernt werden! Im Auslieferzustand sind die Klemmen 87-88 und 86-89...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Abweichende Position des Klemmblock X8 Baugröße V bis VII Die Position des Klemmenblocks X8 für den Anschluss der Sicheren Pulssperre ist ab der Baugröße V abweichend von der obigen Dar- stellung auf der Geräteunterseite (Motoran- schlussseite) zu finden.
Bezugspotetial 24V verdrahten. P420 ff P420 [-…] Bezugspotetial 24V 25%, ≤140mA Sicherheitsgerichteter Eingang Eingang Siehe tech. Daten ‚sichere Pulssperre‘ BU0530! SK 500E SK 505E SK 510E SK 511E SK 515E SK 520E SK 530E SK 535E SK 540E SK 545E Relevanz √...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 3.4.4 Details der Steueranschlüsse „Digital- Eingänge“ HINWEIS AGND und DGND sind gemeinsame Bezugspotentiale, für analoge oder digitale Eingänge. 5V / 15V kann ggf. von mehreren Klemmen abgenommen werden. Die Summe der abgenommenen Ströme darf 250mA / 150mA nicht übersteigen. Klemmenblock X5 –...
Seite 35
3 Montage und Installation SK 500E SK 505E SK 510E SK 511E SK 515E SK 520E SK 530E SK 535E SK 540E SK 545E Relevanz √ √ √ Klemmen X5: Klemme BG4: Bezeichnung DIN1 DIN2 DIN3 DIN4 DIN5 V…24V GND/0V VO 5V ab BG5: VO Klemme...
Seite 36
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E SK 500E SK 505E SK 510E SK 511E SK 515E SK 520E SK 530E SK 535E SK 540E SK 545E Relevanz √ Klemmen X5: Bezeichnung DIN1 DIN2 DIN3 DIN4 VO 15V GND/0V Klemme Funktion Daten Beschreibung /...
Seite 37
3 Montage und Installation SK 500E SK 505E SK 510E SK 511E SK 515E SK 520E SK 530E SK 535E SK 540E SK 545E Relevanz √ Klemmen X5: Bezeichnung DIN1 DIN2 DIN3 DIN4 VI 24V GND/0V Klemme Funktion Daten Beschreibung / Parameter Schaltungsvorschlag [Werkseinstellung]...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 3.4.5 Details der Steueranschlüsse „Digital- Ausgänge“ Ein Digitalausgang kann verwendet werden, um den Zustand der „sicheren Pulssperre“ auszugeben. Dabei ist zu beachten, dass diese Zustandsanzeige nicht sicherheitsgerichtet ist. Klemmenblock X7 – Digital I/O SK 500E SK 505E SK 510E...
Seite 39
3 Montage und Installation SK 500E SK 505E SK 510E SK 511E SK 515E SK 520E SK 530E SK 535E SK 540E SK 545E Relevanz √ √ Klemmen X7: Klemme BG4: Bezeichnung 485+ RS485- DIN6 DIN7 DOUT1 DOUT2 V…24V GND/0V ab BG5: VO Klemme Funktion...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Parametrierung In diesem Handbuch werden nur die Parameter und Parametrierungen aufgeführt, die unmittelbar für die funk- tionale Sicherheit von Bedeutung sind. Für weitere Informationen beachten sie bitte die Hinweise in der BU 0500 DE. Um die Funktion STO zu realisieren ist, je nachdem welcher Digitaleingang (DIN1 …...
Seite 41
4 Parametrierung Parameter- Parameter Einstellwert / Beschreibung / Hinweis Gerät Supervisor satz Digitaleingang 2 P421 bis SK 535E (Digitaleingang 2) 0 ... 74 Freigabe links als Werkseinstellung, Steuerklemme 22 (DIN2) { 2 } Es können unterschiedliche Funktionen programmiert werden. Diese sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Parameter- Parameter Einstellwert / Beschreibung / Hinweis Gerät Supervisor satz P434 [-01] Digitalausgang Funkt. ab SK 540E (Funktion Digitalausgänge) [-05] Im SK 54xE stehen bis zu 5 digitale Ausgänge (2 davon als Relais) zur Verfügung, die mit digita- 0 ...
Seite 43
4 Parametrierung Liste der für die „funktionale Sicherheit“ relevanten Funktionen der digitalen Eingänge P420 ... P425, P470 Wert Funktion Beschreibung Signal Keine Funktion Eingang ist abgeschaltet ----- Die FU Ausgangsspannung wird abgeschaltet, der Motor läuft frei aus. Spannung sperren ³ Der FU reduziert die Frequenz mit der programmierten Schnellhaltzeit aus Schnellhalt P426.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Sicherheitsschaltgeräte Das für die beabsichtigte Verwendung benutzte Sicherheitsschaltgerät, sowie alle weiteren zur Realisierung einer Sicherheitsfunktion benötigten Komponenten müssen den Anforderungen der speziellen Anwendung gemäß einer Risikoanalyse genügen. Die Ausgänge der Schaltgeräte müssen die folgenden Randbedingungen erfüllen: 5.1 Ausgangsspannung ...
6 Sicherheitseinstufungen Sicherheitseinstufungen 6.1 IEC 60204-1:2005 (Deutsche Fassung EN 60204-1:2006) Die Anforderungen an die Stoppfunktionen der Kategorie 0 und der Kategorie 1 können mit der „sicheren Pulssperre“ erfüllt werden. Das gesteuerte Bremsen der Stoppfunktion der Kategorie 1 erfolgt nicht sicherheitsgerichtet über die Stan- dardfunktionalität des Frequenzumrichters.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E 6.4 ISO 13849-1:2006 (Deutsche Fassung EN ISO 13849-1:2008) Für die sicherheitsbezogenen Stoppfunktionen, STO und SS1 (Bezeichnung gemäß IEC 61800-5-2:2007), er- füllen die Frequenzumrichter mit den sicheren Abschaltwegen, „sicherer Pulssperre“ und „Abschaltung der 24V-Versorgung“, die Anforderungen an den Performance Level e. Dabei kann die Sicherheitskategorie 4 er- reicht werden.
7 Inbetriebnahme Inbetriebnahme Wird die Spannungsversorgung an dem Frequenzumrichter angelegt, so ist dieser nach einigen Augenblicken betriebsbereit. In diesem Zustand kann der Frequenzumrichter auf die Anforderungen der Anwendung einge- stellt, d.h. parametriert werden. Eine ausführliche und vollständige Beschreibung jedes Parameters befindet sich in der BU 0500 DE.
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E SS1: Ein Sicherheitsausgang des verwendeten Sicherheitsschaltgerätes wird mit einem Digitaleingang (Klemm- block X5, Klemme 21 … 24) verbunden. Es wird empfohlen hierfür ein eigenes geschirmtes Kabel zu ver- wenden. Der Schirm ist beidseitig aufzulegen! ...
8 Diagnose und Störungen Diagnose und Störungen 8.1 Diagnose Grundlegende Informationen hierzu sind der Betriebsanleitung zum Grundgerät (BU0500) zu entnehmen. Zustandsinformationen Es ist möglich Zustandsinformationen mittels ParameterBox, ControlBox, Simpel-Box oder über einen Feldbus abzufragen. Diese Informationen werden nicht sicherheitsgerichtet bereitgestellt, sondern sind nur informativ! Der Zustand der „sicheren Pulssperre“...
Funktionale Sicherheit mit NORD Frequenzumrichter SK 500E Technische Daten Weiter, hier nicht aufgeführte Daten, sind dem Haupthandbuch zum Grundgerät (BU0500) zu entnehmen. 9.1 Umweltdaten Funktion Spezifikation Umgebungstemperatur 0°C ... +40°C (S1–100% ED), 0°C ... +50°C (S3–70% ED 10min.) Lagertemperatur -20°C ... +60°C Transporttemperatur -20°C ...
10 Zusatzinformationen Zusatzinformationen 10.1 Wartungs- und Service-Hinweise SK 500E Frequenzumrichter sind bei ordnungsgemäßem Betrieb wartungsfrei. Bitte beachten Sie auch die ‚allgemeinen Daten’ im Kap. 7.1 des Handbuches BU 0500 DE . Bei evtl. eingesetzten Lufteintrittsfiltern im Schaltschrank sind auch diese regelmäßig zu reinigen oder auszu- tauschen.