DE20117222U1 - Production machine with a drive train consisting of drive sections - Google Patents
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Description
Produktionsitiaschine mit einem Antriebsverband bestehend aus Antriebssektionen
5Production machine with a drive assembly consisting of drive sections
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Produktionsmaschine mit einem Antriebsverband bestehend aus Antriebssektionen, die aus mindestens einem elektrischen, über einen Umrichter gespeisten und einer Antriebssteuerung und/oder -regelung zugeordneten Antrieb bestehen, wobei jede Antriebssektion Mittel zur Erfassung mindestens einer Gefahrensituation oder Mittel zur Erfassung von unerlaubten Betriebszuständen aufweist, die im Falle einer erkannten Gefahrensituation oder eines unerlaubten Zustands eine Maschinensicherungsmaßnahme jeweils eigenständig oder über die Antriebssteuerung und/oder -regelung herbeiführen.The invention relates to a production machine with a drive assembly consisting of drive sections which consist of at least one electrical drive fed via a converter and assigned to a drive control and/or regulation, wherein each drive section has means for detecting at least one dangerous situation or means for detecting unauthorized operating states, which, in the event of a recognized dangerous situation or an unauthorized state, bring about a machine safety measure either independently or via the drive control and/or regulation.
Beim Einsatz von elektrischen Antrieben in Produktionsmaschinen in der industriellen Automatisierungstechnik, wird ein möglichst hoher Schutz von Mensch und Maschine angestrebt. So werden beispielsweise Schutzzonen um Produktionsmaschinen errichtet, um bedrohliche Gefahrensituationen zu erkennen und zu vermeiden. Beim Betreten durch Personen oder auch beim Hineinragen von Gegenständen in diese Schutzzonen während des Betriebs der Produktionsmaschine wird dies üblicherweise detektiert. Die Produktionsmaschine kann nun in den Zustand des "sicheren Halts" gebracht werden. Mit dem Ausdruck "sicher" soll dabei zum Ausdruck gebracht werden, dass die jeweiligen, landesspezifischen Sicherheitsanforderungen erfüllt werden.When using electric drives in production machines in industrial automation technology, the aim is to provide the highest possible level of protection for people and machines. For example, protective zones are set up around production machines to identify and avoid dangerous situations. When people enter these protective zones or objects protrude into them while the production machine is in operation, this is usually detected. The production machine can now be brought to a "safe stop" state. The term "safe" is intended to express that the respective country-specific safety requirements are met.
In der deutschen Patentanmeldung 100 59 173.6 ist bereits vorgeschlagen worden, Funktionen für eine Antriebssteuerung zur Erreichung eines "sicheren Halts" zu implementieren.In the German patent application 100 59 173.6 it has already been proposed to implement functions for a drive control to achieve a "safe stop".
Im Fehler- oder Gefährdungsfall wird die Produktionsmaschine üblicherweise vom Versorgungsnetz genommen, um eine Gefährdung von Mensch und Maschine zu vermeiden. Die Antriebe derIn the event of a fault or danger, the production machine is usually disconnected from the power supply to avoid endangering people and machines. The drives of the
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Produktionsmaschine werden mit Hilfe einer sogenannten Ankerkurzschlussbremsung zum Stillstand gebracht, um dann sämtliche Antriebe vom Versorgungsnetz zu nehmen. Eine Variante einer solchen Ankerkurzschlussbremsung ist aus der europäischen Patentanmeldung EP 0 742 637 bekannt.Production machines are brought to a standstill using a so-called armature short-circuit braking system, and then all drives are disconnected from the power supply. A variant of such an armature short-circuit braking system is known from the European patent application EP 0 742 637.
Aufgabe der Erfindung ist es, Gefahrensituation bei Produktionsmaschinen mit mehreren Sicherheitsbereichen, selektiv zu erfassen und die jeweils betroffenen Sektionen in einen sicheren Zustand zu bringen.The object of the invention is to selectively detect dangerous situations in production machines with several safety areas and to bring the affected sections into a safe state.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe für eine Produktionsmaschine der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Antriebssteuerung und/oder die Mittel mindestens eine Maschinensicherungsmaßnahme in durch die Gefahrensituation oder den unerlaubten Zustand betroffenen Antriebssektionen durchführen. Dadurch kann die Produktionsmaschine selektiv die betroffene Antriebssektion in einen sicheren Zustand bringen. Vorteilhaft wirkt sich hier zudem aus, dass nach Behebung des Fehlerzustands nur die jeweilige Antriebssektion zur Fortführung des Produktionsprozesses ertüchtigt werden muss. Da üblicherweise die gesamte Produktionsmaschine mittels pro Antriebsachsen installierten Lastschützen vom Versorgungsnetz getrennt wird, muss nach einem Fehlerfall auch die gesamte Anlage wieder in Betrieb gesetzt werden. Mit der vorliegenden Erfindung kann die Hochfahrzeit zum in Betrieb setzen auf ein Minimum reduziert werden. Des Weiteren werden die Maßnahmen zur Erreichung eines sicheren Halts pro Antriebssektion in der Antriebssteuerung bzw. den Antriebssteuerungen verknüpft.According to the invention, this object is achieved for a production machine of the type mentioned at the beginning in that the drive control and/or the means carry out at least one machine safety measure in drive sections affected by the dangerous situation or the unauthorized state. This allows the production machine to selectively bring the affected drive section into a safe state. Another advantage here is that after the fault condition has been rectified, only the respective drive section needs to be made ready to continue the production process. Since the entire production machine is usually disconnected from the power supply by means of load contactors installed for each drive axle, the entire system must also be put back into operation after a fault occurs. With the present invention, the start-up time for putting into operation can be reduced to a minimum. Furthermore, the measures for achieving a safe stop per drive section are linked in the drive control or the drive controls.
Somit genügt die Installierung eines Netzschützes für die gesamte Produktionsmaschine. Dieses reduziert die Kosten für Material und Einbau im Schaltschrank der Produktionsmaschine und somit auch den Gesamtpreis für die Antriebsausrüstung. Ein platzsparender Aufbau mit reduzierter Schaltschranklänge und demzufolge eine kürzere Maschinenlänge ist die Folge.This means that it is sufficient to install one mains contactor for the entire production machine. This reduces the costs for materials and installation in the control cabinet of the production machine and thus also the total price for the drive equipment. The result is a space-saving design with a reduced control cabinet length and therefore a shorter machine length.
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Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme in der jeweils betroffenen Antriebssektion die durch die Antriebe bewegten Maschinenteile abgebremst oder in eine vorab definierte Position fahrbar sind. Damit kann eine Person im Gefahrenbereich davon ausgehen, dass die Produktionsmaschine nach einer definierten Zeitspanne zum Stillstand gebracht ist oder sich die bewegten Maschinenteile in einer definierten Position befinden.A first advantageous embodiment of the invention is characterized in that, as a machine safety measure in the respective affected drive section, the machine parts moved by the drives are braked or can be moved to a predefined position. A person in the danger zone can therefore assume that the production machine has come to a standstill after a defined period of time or that the moving machine parts are in a defined position.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme die wirksame Zuführung von Ansteuersignalen an die Umrichter in der jeweils betroffenen Antriebssektion durch hierzu geeignete Mittel unterbindbar ist. Damit ist gewährleistet, dass die Leistungshalbleiterschalter (z.B. IGBTs) des elektrischen Antriebs keine weiteren Ansteuersignale erhalten. Der Stillstand eines zugehörigen Motors des Antriebs bleibt dadurch vorteilhaft gewährleistet.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that, as a machine safety measure, the effective supply of control signals to the converters in the respective affected drive section can be prevented by means suitable for this purpose. This ensures that the power semiconductor switches (e.g. IGBTs) of the electric drive do not receive any further control signals. The standstill of an associated motor of the drive is thus advantageously ensured.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als eine Maschinensicherungsmaßnahme nach einem sicheren Halt von betroffenen Antrieben einer Antriebssektion die Sperrung von Ansteuersignalen der Umrichter erfolgt. Hierdurch wird mittels einer zweistufigen Sicherungsmaßnahme das Wiederanfahren eines Antriebs unterbunden .A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that, as a machine safety measure, after a safe stop of the affected drives of a drive section, the control signals of the converters are blocked. This prevents a drive from starting up again by means of a two-stage safety measure.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch ein Hauptschütz die Energieversorgung des Antriebsverbands ab- und zuschaltbar ist. Somit kann vorteilhaft durch ein Hauptschütz die gesamte Produktionsmaschine von der Energieversorgung getrennt werden. Dieses ist beispielsweise beim Fehlschlagen von vorgeschalteten Sicherungsmaßnahmen vorteilhaft.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the power supply of the drive system can be switched on and off by a main contactor. The entire production machine can thus be advantageously disconnected from the power supply by a main contactor. This is advantageous, for example, if upstream safety measures fail.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fehlerfall in der wirksamen Unterbindung von Ansteuersignalen das Hauptschütz die Energieversorgung des Antriebsverbands trennt. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Energieversorgung der gesamten Produktionsmaschine erst vom Versorgungsnetz genommen wird, wenn die wirksame Unterbindung von Ansteuersignalen nicht erfolgen kann.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that in the event of a fault in the effective suppression of control signals, the main contactor disconnects the power supply of the drive system. This ensures that the power supply of the entire production machine is only taken from the supply network when the effective suppression of control signals cannot be achieved.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung durch das Hauptschütz nach einer vordefinierbaren Zeitspanne erfolgt. Dadurch kann vorteilhaft ein Zeitfenster vorgegeben werden, in dem eine bestimmte oder mehrere Maßnahmen zur Maschinensicherung eingeleitet sein müssen. Erfolgt dies nicht, so wird beispielsweise durch das Hauptschütz die Energieversorgung getrennt.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that the main contactor disconnects the power supply after a predefined period of time. This makes it advantageous to specify a time window in which one or more measures for machine protection must be initiated. If this does not happen, the power supply is disconnected, for example, by the main contactor.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als Produktionsmaschine eine Kunststoffspritzgießmaschine einsetzbar ist. Insbesondere bei Kunststoffspritzgießmaschinen bietet es sich an, mehrere Antriebssektionen auszubilden, die jeweils bei Auftreten einer Gefahrensituation oder eines unerlaubten Zustands eine Maschinensicherungsmaßnahme durchführen.A further advantageous embodiment of the invention is characterized in that a plastic injection molding machine can be used as the production machine. In the case of plastic injection molding machines in particular, it is advisable to design several drive sections, each of which carries out a machine safety measure when a dangerous situation or an unauthorized condition occurs.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen: An embodiment of the invention is shown in the drawing and is explained in more detail below.
FIG 1 einen schematischen Aufbau eines Antriebsverbands einerFIG 1 shows a schematic structure of a drive train of a
Produktionsmaschine und
FIG 2 einen von mehreren Umrichtern in einem Antriebsverband einer Produktionsmaschine mit symbolhaft dargestellten Mitteln zu Maschinensicherung.Production machine and
FIG 2 one of several converters in a drive system of a production machine with symbolically represented means for machine protection.
In der Darstellung gemäß FIG 1 ist ein schematischer Aufbau eines Antriebsverbands AV einer Produktionsmaschine darge-The illustration in FIG 1 shows a schematic structure of a drive assembly AV of a production machine.
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stellt. Der Antriebsverband AV besteht dabei aus drei Antriebssektionen ASl bis AS3, wobei diese jeweils durch gestrichelte Rechtecke dargestellt sind, die wiederum durch ein den Antriebsverband AV darstellendes, gestricheltes Rechteck umgeben sind. Weitere Antriebssektionen ASl bis AS3 können in der Produktionsmaschine vorhanden sein und sind durch drei vertikal angeordnete Punkte unter der Antriebssektion AS3 angedeutet. The drive assembly AV consists of three drive sections AS1 to AS3, each of which is represented by dashed rectangles, which in turn are surrounded by a dashed rectangle representing the drive assembly AV. Additional drive sections AS1 to AS3 can be present in the production machine and are indicated by three vertically arranged dots below the drive section AS3.
Jede Antriebssektion ASl bis AS3 besteht aus mindestens einem elektrischen Antrieb A. Dieser beinhaltet mindestens eine Komponente Leistungselektronik LE und Motor M. Die Antriebe A einer Antriebssektion ASl bis AS3 sind untereinander mit einem Antriebsbus AB zum Datenaustausch verbunden. Die Antriebssektionen ASl bis AS3 sind dabei mindestens einer Antriebssteuerung und/oder -regelung STl bis ST3 ebenfalls über einen Antriebsbus AB zugeordnet. Die Antriebssteuerungen STl bis ST3 können ebenfalls untereinander mittels einer Datenverbindung D kommunizieren.Each drive section ASl to AS3 consists of at least one electric drive A. This contains at least one component power electronics LE and motor M. The drives A of a drive section ASl to AS3 are connected to each other via a drive bus AB for data exchange. The drive sections ASl to AS3 are assigned to at least one drive control and/or regulation STl to ST3, also via a drive bus AB. The drive controls STl to ST3 can also communicate with each other via a data connection D.
Durch ein Kennsignal Kl bis K3 wird eine Maschinensicherungsmaßnahme in mindestens einer Antriebssektion ASl bis AS3 ausgelöst. Dieses wird durch einen Antrieb A an die Antriebssteuerung und/oder -regelung STl bis ST3 über den Antriebsbus AB gemeldet. Weitere indirekte oder direkte Meldepfade sind auch ausführbar. Das Kennsignal Kl bis K3 kann beispielsweise durch Rückmeldekontakte RKl bis RKn von Sicherheitsrelais ausgelöst werden. Diese können beispielsweise Überwachungsfunktionen in Schutztüren, Lichtschrankenüberwachungen, Schutzhauben etc. übernehmen.An identification signal Kl to K3 triggers a machine safety measure in at least one drive section ASl to AS3. This is reported by a drive A to the drive control and/or regulation STl to ST3 via the drive bus AB. Other indirect or direct reporting paths can also be implemented. The identification signal Kl to K3 can be triggered, for example, by feedback contacts RKl to RKn of safety relays. These can, for example, take on monitoring functions in protective doors, light barrier monitoring, protective covers, etc.
Wird beispielsweise das Kennsignal K2 ausgelöst, so wird der Antrieb A in der Antriebssektion AS2 in einen sicheren Zustand gebracht. Dies kann bedeuten, dass mit der Leistungselektronik LE eine Ankerkurzschlussbremsung des Motors M durchgeführt wird, bevor ein sicherer Halt des Motors M eingeleitet wird. Weitere Schutzmaßnahmen und -mechanismen, wieIf, for example, the identification signal K2 is triggered, the drive A in the drive section AS2 is brought into a safe state. This can mean that the power electronics LE performs an armature short-circuit braking of the motor M before a safe stop of the motor M is initiated. Further protective measures and mechanisms, such as
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beispielsweise das Abschalten gefährlicher Spannung, das mechanische Verriegeln von weiteren Schutztüren usw. können Bestandteil eines Konzepts zur Sicherung der Antriebssektion AS2 sein.
5For example, switching off dangerous voltage, mechanically locking additional protective doors, etc. can be part of a concept for securing the AS2 drive section.
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Eine Person, die das Kennsignal K2 beispielsweise durch Öffnen einer Schutztür und damit verbunden das Ansprechen eines elektrischen Kontakts ausgelöst hat, kann nun gefahrlos im Schutzraum der Antriebssektion AS2 verbleiben. Vorteilhaft ist, dass nicht die gesamte Produktionsmaschine vom Versorgungsnetz N genommen wird, sondern es wird selektiv mindestens eine Schutzmaßnahme in der betroffenen Antriebssektion ASl bis AS3 durchgeführt. Würde die gesamte Produktionsmaschine aufgrund eines Fehlerzustands hervorgerufen durch eine Gefahrensituation oder eines unerlaubten Zustands in einer Antriebssektion ASl bis AS3 vom Versorgungsnetz N genommen, so müsste nach Behebung des jeweiligen Zustands die gesamte Anlage zeitaufwendig wieder hochgefahren werden. Hierzu gehören üblicherweise Antriebsinitialisierungen, Steuerungsselbsttest und gegebenenfalls noch Bedienereingaben. Dieses ist aufwendig und kostet wertvolle Produktionszeit. Mit der vorliegenden Erfindung werden nur betroffene Antriebssektionen ASl bis AS3 mit Maschinensicherungsmaßnahmen beaufschlagt. A person who has triggered the identification signal K2, for example by opening a protective door and thereby activating an electrical contact, can now remain safely in the protective space of the drive section AS2. The advantage is that the entire production machine is not taken off the power supply network N, but rather at least one protective measure is selectively carried out in the affected drive section ASl to AS3. If the entire production machine were to be taken off the power supply network N due to an error condition caused by a dangerous situation or an unauthorized condition in a drive section ASl to AS3, the entire system would have to be restarted, which is time-consuming, after the respective condition has been rectified. This usually includes drive initializations, control self-tests and, if necessary, operator inputs. This is complex and costs valuable production time. With the present invention, only the affected drive sections ASl to AS3 are subjected to machine safety measures.
In der Darstellung gemäß FIG 2 ist ein Umrichter U in einem Antriebsverband AV einer Produktionsmaschine dargestellt. Der Umrichter U, der aus den Komponenten Ein- und/oder Rückspeiseeinheit ER, Zwischenkreis Z und der Leistungselektronik LE besteht, ist in der Darstellung durch ein um diese, mit typischen Symbolen versehenen Komponenten angeordnetes Rechteck gekennzeichnet, welches eine gestrichelte Umrandung aufweist.In the illustration according to FIG 2, a converter U is shown in a drive system AV of a production machine. The converter U, which consists of the components feed-in and/or regenerative unit ER, intermediate circuit Z and the power electronics LE, is identified in the illustration by a rectangle arranged around these components, which are provided with typical symbols and which has a dashed border.
Der Umrichter U bezieht seine Versorgungsenergie aus dem Versorgungsnetz N. Um die gesamte Produktionsmaschine vom Netz N zu trennen, ist hierzu ein Hauptschütz H zwischengeschaltet. An der Energieversorgung sind nach dem Hauptschütz H weitereThe converter U draws its power supply from the supply network N. In order to isolate the entire production machine from the network N, a main contactor H is connected in between. After the main contactor H, further
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Umrichter U oder weitere Wechselrichter (Leistungselektronik LE) nach dem Zwischenkreis ZK der gleichen oder einer anderen Antriebssektion ASl bis AS3 angeschlossen. Dieses ist durch eine horizontal verlaufende, gestrichelt auslaufende Linie gekennzeichnet, die zwischen den Komponenten Zwischenkreis ZK und Leistungselektronik LE verläuft. Des Weiteren kann eine nicht in der Darstellung eingezeichnete Widerstandseinheit vorhanden sein, die beispielsweise bei einem Bremsvorgang Antriebsenergie in Verlustwärme umwandeln kann.Converter U or further inverters (power electronics LE) connected after the intermediate circuit ZK of the same or another drive section AS1 to AS3. This is indicated by a horizontal, dashed line that runs between the intermediate circuit ZK and power electronics LE components. In addition, a resistance unit not shown in the illustration can be present, which can convert drive energy into waste heat during braking, for example.
Eine Versorgungsspannung V gelangt über Relaiskontakte RKl bis RKn an die Impulssperre I. Die Relaiskontakte RKl bis RKn repräsentieren dabei jeweils Sicherungsmaßnahmen bzw. -detektoren von einer Antriebssektion ASl bis AS3. Ist beispielsweise der Relaiskontakt RKl einer Sicherheitstür zugeordnet, so wird beim Öffnen dieser der Relaiskontakt RKl ebenso geöffnet. Die Versorgungsspannung V gelangt somit nicht mehr zur Impulssperre I und löst damit einen Sicherungsmechanismus aus. Die Impulssperre I meldet diesen Zustand an die Antriebssteuerung und/oder -regelung ST3, die wiederum eine Verbindung zum Ansteuerkreis AK besitzt. Durch die Antriebssteuerung ST3 wird nun über den Ansteuerkreis AK eine Ankerkurzschlussbremsung ausgelöst. Der Ansteuerkreis AK gibt hierzu erforderliche Ansteuersignale an die Leistungselektronik LE, die den Motor M abbremst. Nach erfolgtem Halt des Motors M sperrt die Impulssperre I sämtliche Signale, so dass die Leistungselektronik LE keine Antriebsenergie zum Motor M durchlässt. Des Weiteren startet die Impulssperre I ein Zeitglied Z, welches nach einer vordefinierbaren Zeitspanne das Hauptschütz H abfallen lässt. Dazu wird die Energieversorgung der Spule S getrennt, so dass die Hauptschützkontakte HK die Energieversorgung zu den Umrichtern U trennen.A supply voltage V reaches the pulse lock I via relay contacts RKl to RKn. The relay contacts RKl to RKn each represent safety measures or detectors from a drive section ASl to AS3. If, for example, the relay contact RKl is assigned to a security door, when the door is opened the relay contact RKl is also opened. The supply voltage V therefore no longer reaches the pulse lock I and thereby triggers a safety mechanism. The pulse lock I reports this status to the drive control and/or regulation ST3, which in turn has a connection to the control circuit AK. The drive control ST3 now triggers an armature short-circuit braking via the control circuit AK. The control circuit AK sends the necessary control signals to the power electronics LE, which brakes the motor M. Once the motor M has come to a stop, the pulse lock I blocks all signals so that the power electronics LE does not allow any drive energy to pass through to the motor M. Furthermore, the pulse lock I starts a timer Z, which causes the main contactor H to drop out after a predefined period of time. To do this, the power supply to the coil S is disconnected so that the main contactor contacts HK disconnect the power supply to the converters U.
Erfolgt vom Ansteuerkreis AK rechtzeitig eine Rückmeldung, dass die Impulssperre wie angefordert durchgeführt wurde, so kann der Steuerungsblock Impulssperre I das Zeitglied Z deaktivieren. In diesem Fall besteht keine Notwendigkeit dasIf the control circuit AK provides timely feedback that the pulse blocking has been carried out as requested, the control block pulse block I can deactivate the timer Z. In this case, there is no need to
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Hauptschütz H abfallen zu lassen und die Energieversorgung von den Umrichtern U zu nehmen.To drop out the main contactor H and remove the power supply from the inverters U.
Die Antriebssteuerungen STl bis ST3 führen Maschinensicherungsmaßnahmen in den jeweiligen Antriebssektionen ASl bis AS3 durch. Es ist auch denkbar, dass die Relaiskontakte RKl bis RKn direkt Sicherungsmaßnahmen einleiten. Hierzu kann
beispielsweise das Auslösen einer mechanischen Bremse für einen Motor M gehören.The drive controls STl to ST3 carry out machine safety measures in the respective drive sections ASl to AS3. It is also conceivable that the relay contacts RKl to RKn initiate safety measures directly.
For example, the activation of a mechanical brake for a motor M.
Mit dem erfindungsgemäßen, selektiven Sicherheitskonzept für eine Produktionsmaschine wird nur im äußersten Notfall die Energieversorgung des Versorgungsnetzes N durch ein Hauptschütz H von der Produktionsmaschine getrennt.With the selective safety concept for a production machine according to the invention, the energy supply of the supply network N is separated from the production machine by a main contactor H only in the event of an extreme emergency.
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