Fail Safe SPS

Was ist Fail Safe SPS?

"Fail safe" in Bezug auf eine SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) oder PLC (Programmable Logic Controller) bezeichnet ein Sicherheitskonzept, bei dem das System selbst bei Fehlern oder Störungen in einem sicheren Zustand verbleibt.

Hier sind einige Schlüsselpunkte zum Verständnis von "fail safe" in Bezug auf SPS:

1. Sicherer Zustand: Wenn ein System als "fail safe" bezeichnet wird, bedeutet dies, dass es so entworfen ist, dass es bei einem Ausfall oder einer Anomalie in einen definierten sicheren Zustand übergeht.
2. Beispiele: In industriellen Anwendungen könnte eine fail-safe-SPS beispielsweise dafür sorgen, dass eine Maschine bei Erkennung eines Fehlers automatisch stoppt.
3. Schutz von Mensch und Maschine: Ein Hauptziel von fail-safe-Designs in industriellen Steuerungssystemen ist der Schutz von Menschen, die in der Nähe von Maschinen arbeiten, sowie der Schutz der Maschinen und Prozesse selbst.
4. Sensorik und Aktorik: In einer fail-safe-SPS werden spezielle Sensoren und Aktoren verwendet, die in der Lage sind, ihre eigenen Fehler zu erkennen und zu melden. Beispielsweise könnte ein sicherer Positionsschalter nicht nur den aktuellen Status (an/aus) melden, sondern auch, ob er selbst korrekt funktioniert.

Wie funktioniert eine Fail-Safe-Schaltung in einer SPS?

Die genaue Arbeitsweise einer Fail-Safe-Schaltung in einer SPS hängt von der spezifischen Anwendung und den Sicherheitsanforderungen ab. Hier sind jedoch einige allgemeine Prinzipien und Methoden:

1. Normalerweise Geschlossen (NC) vs. Normalerweise Offen (NO) Schalter: In vielen Fail-Safe-Designs werden "normalerweise geschlossene" Schalter oder Sensoren verwendet. Wenn der Schalter oder Sensor aus irgendeinem Grund ausfällt oder getrennt wird, wird der Stromkreis unterbrochen und das System geht in einen sicheren Zustand über.
2. Überwachung der Schaltkreise: Fail-Safe-Schaltungen können ständig überwacht werden, um sicherzustellen, dass sie funktionieren. Wenn die Überwachung einen offenen Kreislauf oder eine andere Anomalie erkennt, wird ein sicherer Zustand eingeleitet.
3. Redundanz: In kritischen Anwendungen kann eine doppelte (oder mehrfache) Überwachung oder Steuerung eingebaut sein. Wenn eine Schaltung ausfällt, kann die redundante Schaltung die Kontrolle übernehmen und sicherstellen, dass das System sicher bleibt.
4. Selbsttest: Einige Fail-Safe-SPS-Systeme führen regelmäßig Selbsttests durch. Wenn diese Tests einen Fehler feststellen, kann das System in einen sicheren Zustand übergehen oder den Betreiber über den Fehler informieren.
5. Not-Aus-Schalter: Diese sind in vielen Systemen vorhanden und ermöglichen es einem Bediener, im Notfall schnell in einen sicheren Zustand zu übergehen.
6. Software-Logik: Die SPS-Programmierung selbst kann Fail-Safe-Logiken enthalten, die auf bestimmte Bedingungen oder Fehler reagieren. Wenn zum Beispiel ein Drehzahlsensor einen Wert meldet, der außerhalb eines sicheren Bereichs liegt, könnte die SPS-Logik das System abschalten oder in einen sicheren Modus versetzen.
7. Sichere Abschaltung: In vielen Anwendungen, insbesondere bei Maschinen, könnte die sichere Reaktion darin bestehen, die Energiezufuhr zu unterbrechen und die Maschine oder Anlage sofort zu stoppen.

Welche Arten von Fail Safe gibt es?

Es gibt mehrere Ansätze und Arten von Fail-Safe-Designs, abhängig von der Anwendung und der spezifischen Industrie. Hier sind einige gängige Arten und Beispiele:

1. Steuerungs- oder Logik-Fail Safe: In Steuerungssystemen, wie SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen), kann die Software so programmiert werden, dass sie auf erkannte Fehler reagiert, indem sie in einen sicheren Modus wechselt, Alarme auslöst oder andere Aktionen durchführt.
2. Prozess-Fail Safe: In industriellen Prozessen kann die Kontrolle von Temperaturen, Drehzahlen oder anderen Variablen dazu führen, dass der Prozess in einen sicheren Zustand versetzt wird, wenn er außerhalb der vorgegebenen Grenzen liegt.
3. Menschliche Interaktion: Einige Fail-Safe-Systeme setzen auf die Intervention des Menschen, z.B. durch das Drücken eines Not-Aus-Schalters.

Wie werden Fail Safe in Maschinen und Anlagen integriert?

Die Integration von Fail-Safe-Systemen in Maschinen und Anlagen ist essentiell, um die Sicherheit von Menschen, der Ausrüstung und der Umwelt zu gewährleisten. Hier sind die allgemeinen Schritte und Überlegungen, die bei der Integration von Fail-Safe in Maschinen und Anlagen zu berücksichtigen sind:

1. Risikobewertung: Bevor man mit der Integration beginnt, muss eine gründliche Risikobewertung durchgeführt werden, um potenzielle Gefahren und Ausfallmöglichkeiten zu identifizieren. Diese Bewertung wird oft als FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) oder HAZOP (Hazard and Operability Study) bezeichnet.
2. Auswahl geeigneter Hardware: Fail-Safe-Hardware wie sicherheitsgerichtete SPS, Not-Aus-Schalter, sicherheitsgerichtete Sensoren und Aktoren werden ausgewählt und in das System integriert. Viele dieser Komponenten sind speziell zertifiziert, um sicherzustellen, dass sie den Sicherheitsanforderungen entsprechen.
3. Software- und Steuerungslogik: Die Programmierung und Steuerungslogik wird entwickelt, um sicherzustellen, dass bei Erkennung einer Gefahr oder eines Fehlers automatisch in den sicheren Zustand übergegangen wird.
4. Dokumentation und Schulung: Es ist wichtig, ausführliche Dokumentationen für das Fail-Safe-System zu erstellen und das Bedienungspersonal entsprechend zu schulen, damit sie wissen, wie sie im Falle eines Alarms oder Fehlers reagieren sollen.
5. Wartung und Aktualisierung: Wie alle Systeme müssen auch Fail-Safe-Systeme gewartet und aktualisiert werden, um sicherzustellen, dass sie über die gesamte Lebensdauer der Maschine oder Anlage hinweg zuverlässig funktionieren.

Welche Vorteile bietet ein fail-safe-Design bei SPS-Systemen?

Ein Fail-Safe-Design bei SPS-Systemen (speicherprogrammierbare Steuerungen) bietet zahlreiche Vorteile, insbesondere in industriellen und automatisierten Anwendungen. Hier sind die Hauptvorteile eines Fail-Safe-Designs:

1. Erhöhte Sicherheit: Das primäre Ziel von Fail-Safe-Designs ist es, die Sicherheit von Menschen und Anlagen zu gewährleisten. Wenn ein Fehler auftritt, stellt das System sicher, dass es in einen sicheren Zustand übergeht, wodurch potenzielle Verletzungen oder Schäden vermieden werden.
2. Minimierung von Ausfallzeiten: Ein Fail-Safe-Design kann helfen, teure und langwierige Ausfallzeiten zu reduzieren. Statt dass ein Fehler zu einem unkontrollierten Ausfall führt, kann das System geordnet herunterfahren und so den Umfang eines möglichen Schadens begrenzen.
3. Schutz von Ausrüstung und Maschinen: Durch den schnellen Übergang in einen sicheren Zustand können teure Maschinenschäden oder der Verlust von kritischen Ausrüstungsteilen vermieden werden.
4. Vertrauen und Compliance: Ein Fail-Safe-Design kann das Vertrauen von Betreibern und anderen Stakeholdern stärken. Es kann auch dazu beitragen, gesetzliche und branchenspezifische Sicherheitsanforderungen zu erfüllen.
5. Reduzierte Haftung: Durch die Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Unfällen oder Verletzungen kann auch das Risiko rechtlicher Klagen und Haftungsansprüche reduziert werden.
6. Flexibilität und Skalierbarkeit: Fail-Safe-Designs in SPS-Systemen können oft an veränderte Betriebsbedingungen oder erweiterte Systemanforderungen angepasst werden.
7. Erhöhte Betriebszeit: Auch wenn ein Fehler auftritt, können einige Fail-Safe-Systeme so konzipiert sein, dass sie in einem reduzierten oder eingeschränkten Modus weiterlaufen, sodass die Produktion oder der Betrieb nicht vollständig gestoppt werden muss.
8. Kosteneinsparungen: Obwohl die anfänglichen Investitionen in Fail-Safe-Designs höher sein können, können sie langfristig zu Kosteneinsparungen führen, indem sie teure Reparaturen, Ausfallzeiten und Haftungsansprüche vermeiden.

Wie unterscheidet sich eine fail-safe-SPS von einer standardmäßigen SPS?

Eine Fail-Safe-SPS unterscheidet sich von einer standardmäßigen SPS in erster Linie durch ihre Sicherheitsfunktionen und -designs. Diese Unterschiede ergeben sich aus der Notwendigkeit, den Betrieb in Anwendungen zu gewährleisten, bei denen die Sicherheit von Menschen, Ausrüstung und Umwelt von höchster Bedeutung ist. Hier sind die Hauptunterschiede zwischen einer Fail-Safe-SPS und einer Standard-SPS:

1. Zertifizierung: Fail-Safe-SPS sind oft nach bestimmten Sicherheitsnormen zertifiziert, z. B. nach den Normen ISO 13849 oder IEC 61508. Diese Zertifizierungen gewährleisten, dass die SPS bestimmte Sicherheitsstandards erfüllt.
2. Reaktionszeiten: Die Reaktionszeiten bei Fail-Safe-SPS sind oft schneller, sodass sie auf potenzielle Fehlerquellen schneller reagieren können.
3. Spezielle Ein- und Ausgabemodule: Die Eingabe- und Ausgabemodule von Fail-Safe-SPS sind oft so gestaltet, dass sie spezielle Sicherheitsfunktionen bieten, wie z. B. die Überwachung von Not-Aus-Schaltern oder sicheren Positionssensoren.
4. Kosten: Aufgrund der zusätzlichen Sicherheitsfunktionen und -zertifizierungen können Fail-Safe-SPS teurer in der Anschaffung sein als standardmäßige SPS.