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O+P Fluidtechnik 5/2017

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STEUERUNGEN UND

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN 05 02 03 hende Lastdrücke verursachen ebenfalls charakteristische Hauptkolbenpositionen. Die übergeordnete Maschinensteuerung wertet die Sensorsignale aus und führt eine Plausibilitätskontrolle durch, indem die erwarteten Zustände mit den Ist-Zuständen verglichen werden. Wird eine Inkonsistenz in einem oder mehreren Betriebszuständen festgestellt, muss der sichere Zustand durch die Steuerung eingeleitet werden. Die folgende Tabelle fasst die auftretenden Zustände und die dazugehörigen Sensorsignale zusammen. PRODUKTE UND ANWENDUNGEN 04 02 Senkbremsventil mit induktivem Näherungsschalter 03 Schaltsymbol des induktiven Näherungsschalters 04 Schaltsymbol eines Senkbremsventils mit Stellungsüberwachung 05 Stellungsüberwachung bei Senkbremsventilen; Links: Last heben; Mitte: Last halten; Rechts: Last senken ne zusätzliche Information oder eine applikationsabhängige Logikprüfung notwendig. n Last halten Stützt sich eine Last auf dem Senkbremssperrventil ab, schließt das Rückschlagventil und der Hauptkolben nimmt seine Mittelposition ein. Dies geschieht bereits bei geringen Lastdrücken von ca. 10 % vom Einstelldruck. Diese Druckniveaus liegen in den meisten Anwendungsfällen unterhalb den typischen Eigenlastdrücken. n Last senken / Überlast Überschreitet der Lastdruck den Einstelldruck oder wird das Ventil über den Pilotanschluss aufgesteuert – in der Praxis liegt meist eine Kombination der beiden Möglichkeiten vor – öffnet das Ventil die Fluidverbindung vom Lastanschluss hin zum Wegeventil. Diese Kolbenbewegung wird von dem Schaltstellungssensor erfasst und gemeldet. Die Funktion des integrierten Rückschlagventils kann in der Anwendung indirekt überwacht werden. Am Rückschlagventil anste- Zustände Sensorausgang 1 Sensorausgang 2 Last halten X X Last senken X O Last heben O X Ventil drucklos O X Fehler z.B. Stromausfall O O REALISIERUNG EINER SICHERHEITSFUNKTION NACH DIN EN ISO 13849 Nachfolgend wird beispielhaft der Einsatz eines solchen Senkbremsventils in einem sicherheitsgerichteten Teil einer Steuerung nach DIN EN ISO 13849 beschrieben. Mit der in Bild 06 dargestellten hydraulischen Prinzipschaltung sollen die beiden Sicherheitsfunktionen "Hochhalten einer Last" (SF1) und "Schutz vor ungewolltem Anlauf der Senkbewegung aus einer beliebigen Position" (SF2) realisiert werden. Hier wird nur das hydraulische Steuerungssystem als Subsystem gezeigt. Für die vollständige Sicherheitsfunktion müssen u. a. der elektrische und der elektronische Teil als weitere Subsysteme hinzugefügt werden. Die gefahrbringende Bewegung wird durch das 4/3-Wegeventil 1V3 und das 3/2-Wegeventil 2V4 in Kombination mit dem Senkbremsventil 1V4 gesteuert. Der Ausfall eines dieser Ventile führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktionen SF1 bzw. SF2. An dem Senkbremsventil 1V4 ist eine elektrische Stellungsüberwachung (1S4) vorgesehen. Aufgrund der Stellungsüberwachung kann ein höherer Diagnosedeckungsgrad (DC) erreicht werden, was den Einsatz in Steuerungen höherer Kategorien ermöglicht. Die Fehlererkennung des integrierten Rückschlagventils erfolgt durch eine Plausibilitätskontrolle mithilfe von 1S4. Bild 07 zeigt das dazugehörige sicherheitsbezogene Blockdiagramm in Kategorie 3 nach DIN EN ISO 13849-1. 58 O+P Fluidtechnik 5/2017

STEUERUNGEN UND REGELUNGEN 06 06 Prinzipschaltplan der hydraulischen Teilsteuerung in Kategorie 3 nach DIN EN ISO 13849 07 Sicherheitsbezogenes Blockdiagramm nach DIN EN ISO 13849 08 PL-Bestimmung mithilfe von SISTEMA KONSTRUKTIVE MERKMALE DER SICHERHEITSGERICHTETEN STEUERUNG Die Kategorie 3 der DIN EN ISO 13849-1 fordert die Einhaltung der grundlegenden und bewährten Sicherheitsprinzipien der DIN EN ISO 13849-2. Hier sind insbesondere die Anwendung bewährter Federn und die ausreichend große positive Überdeckung in Kolbenschieberventilen zu nennen. Die sicherheitsgerichtete Schaltstellung der an den Sicherheitsfunktionen beteiligten Ventile wird jeweils durch Wegnahme des Steuersignals erreicht. Der in diesem Beispiel nicht dargestellte elektrische Teil der Steuerung muss ebenfalls den Anforderungen an die Kategorie entsprechen. Des Weiteren muss die Signalverarbeitung der elektrischen Stellungsüberwachung die entsprechenden Anforderungen zur Beherrschung von Ausfällen erfüllen. BERECHNUNG DER AUSFALLWAHRSCHEINLICHKEIT 07 1V4 1V3 1S4 2V4 Für die Wegeventile 1V3 und 2V4 sowie für das Senkbremsventil 1V4 wird jeweils eine MTTF D von 150 Jahren angenommen. Der Diagnosedeckungsgrad von DC = 60 % für das Wegeventil 1V3 begründet sich auf der Fehlererkennung durch den Prozess. Wie bereits ausführlich dargestellt, verfügt das Senkbremsventil 1V4 über eine Stellungsüberwachung (1S4). Durch geeignete Verknüpfung der Positionsschaltersignale (1S4) mit dem elektrischen Ansteuersignal des Wegeventils 2V4 wird hier für das Senkbremsventil inklusive dem integrierten Rückschlagventil ein DC = 60 % unterstellt und für 2V4 ein DC = 90 %. Die Kombination der hydraulischen Steuerungselemente entspricht Kategorie 3 mit hoher MTTF D (88 Jahre) und niedrigem DC avg (70 %). Damit ergibt sich eine mittlere Wahrscheinlichkeit gefährlicher Ausfälle (PFH D ) von 1,0·10 -7 /Stunde. Die entspricht PL d. In Bild 08 ist die Performance-Level-Bestimmung mithilfe der Software SISTEMA dargestellt. ZUSTANDSERFASSUNG UND ARBEITSSCHUTZ Die in diesem Artikel vorgestellten Senkbremsventile mit integrierter Stellungsüberwachung ermöglichen dem Anwender den funktionalen Zustand seiner Anlage zu erfassen, um beispielsweise deren Effizienz weiter zu steigern. Des Weiteren profitiert der Arbeitsschutz durch den Einsatz solcher Ventile in sicherheitsrelevanten Teilen von Hydrauliksteuerungen. Aufgrund der Diagnosemöglichkeiten ist es nun möglich, gefahrbringende Fehler im Ventil rechtzeitig zu erkennen und somit Arbeitsunfälle zu vermeiden. 08 Fotos: Aufmacher und 01-05 HYDAC Fluidtechnik GmbH, 06-08 IFA-Institut für Arbeitsschutz der DGUV www.dguv.de/ifa O+P Fluidtechnik 5/2017 59

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