Sicher gesteuert
Aktuelle Trends der Maschinensicherheit
Die Entwickler im Maschinenbau und in der Automatisierungstechnik möchten zunehmend komplette Lösungen und Systeme der Maschinensicherheit einsetzen. Dabei steht ihnen eine große Bandbreite an Produktangeboten offen. Eine Schlüsselrolle spielt die sichere Steuerungstechnik. Sie ermöglicht eine erhöhte Flexibilität und die optimale Einbindung der Sicherheitsfunktionen in den Produktionsprozess.
Bild: K.A. Schmersal GmbH & Co. KGDie Anwender von Sicherheitsschaltgeräten im Maschinenbau wünschen zunehmend durchgängige Konzepte für die Überwachung von Schutztüren einschließlich der Auswertung der Diagnose- und Statusinformatinen in der betriebsmäßigen Steuerung. Aus Sicht der Schmersal Gruppe gibt es hier verschiedene Konzepte, die jeweils ihre spezifischen Vorteile bieten.
Bild: K.A. Schmersal GmbH & Co. KGIntegrierte oder separate Sicherheitstechnik?
Zunächst gilt es eine Grundsatzentscheidung zu treffen: 'Safety integrated' oder 'Safety separated'? Beim 'Safety-integrated'-Konzept sind die sicherheitsgerichteten Steuerungsfunktionen in die betriebsmäßige Steuerung integriert. Das bietet den Vorteil, dass es nur eine zentrale Steuerung gibt. Häufig gibt aber der Endkunde der Anlage das Steuerungsfabrikat vor, so dass abhängig von Kundenwunsch und Zielmarkt unterschiedliche Steuerungskonzepte zum Einsatz kommen. Das bedeutet, dass sowohl das Steuerungs- als auch das Sicherheitskonzept individuell angepasst werden müssen. Beim 'Safety-separated'-Konzept wird die funktionale Steuerung unabhängig von den sicherheitsgerichteten Funktionen realisiert. Das bietet den Vorteil, dass der sicherheitsgerichtete Teil der Steuerung unverändert bleiben kann. Die Sicherheitssteuerung übernimmt dann die Überwachung aller Sicherheitsfunktionen und übermittelt die Status- und Diagnoseinformationen über die Feldbus-Schnittstelle an die funktionale Steuerung.
Mit oder ohne Sicherheits-Bus?
Die Auswahlmöglichkeiten gehen noch weiter. Auch für die sicherheitsgerichtete Kommunikation gibt es Standards wie zum Beispiel 'AS-Interface Safety at Work' (AS-i SaW), die wiederum in den Konzepten 'Safety integrated' und 'Safety separated' realisierbar sind. Der Anwender kann sich für eine separate Sicherheitssteuerung entscheiden, bei der die Sicherheitsschaltgeräte über eine Master-Monitor-Kombination eingebunden werden. Die Master-MonitorKombination hat darüber hinaus die Aufgabe, die nicht sicherheitsgerichteten Status- und Diagnosesignale an die Standard-SPS zu übertragen. Oder der Maschinenbauer verwendet ein Safety Gateway, das direkt an Sicherheitssteuerungen mit sicherem Feldbus angeschlossen wird. Auch hier, beim 'Safety-integrated'-Konzept, werden die betriebsmäßigen Signale an die übergeordnete Steuerung übermittelt, um die Diagnose zu vereinfachen, die Transparenz zu erhöhen und im Störungsfall die Stillstandszeit zu reduzieren.
Bild: K.A. Schmersal GmbH & Co. KGZiel: Vereinfachte Diagnose, höhere Verfügbarkeit
Basis für beide Konzepte sind Sicherheits-Schaltgeräte mit 'AS-Interface Safety at Work' (AS-i Safety)-Schnittstelle. Hier, auf der Feldebene, steht ein breites und stetig wachsendes Gerätespektrum in allen Produktbereichen (Sicherheits-Schaltgeräte und sensoren, Sicherheitszuhaltungen, optoelektronische Schutzeinrichtungen...) zur Verfügung. Darüber hinaus können konventionelle Sicherheits-Schaltgeräte über ein externes Eingangsmodul einfach in den AS-i-Safety-Kreis integriert werden.
Kompaktsteuerung für
Bild: K.A. Schmersal GmbH & Co. KGüberschaubare Anwendungen
Eine andere Möglichkeit speziell für überschaubare Anwendungen - das heißt: für die Absicherung eines Gefahrenbereichs - gemäß dem 'Safety-separated'-Konzept ist die von Schmersal entwickelte Sicherheits-Kompaktsteuerung Protect Select. Über vier Applikationsprogramme, die ab Werk für die gängigsten Konfigurationen von Sicherheitsbereichen voreingestellt wurden, lässt sie sich flexibel und schnell an unterschiedliche Anwendungsfälle anpassen. Zudem hat der Anwender bei jedem Programm die Möglichkeit, Funktionen wie z.B. die freie Zuweisung von Rückführkreisen (EDM), Anlauftestung, zyklische Testung, Auto-Start etc. zu aktivieren. Auch Zusatzfunktionen wie z.B. weitere Betriebsarten (Einrichtbetrieb, Prozessbeobachtung) lassen sich realisieren.
Im Trend: Individuelle OEM-Varianten
Die Sicherheits-Kompaktsteuerung wurde von Grund auf für die Möglichkeit entwickelt, den Kunden individuelle Varianten anzubieten. Die Sicherheitsexperten des 'Application Engineering' von Schmersal legen gemeinsam mit dem Anwender die gewünschten Funktionen der 'Protect OEM' fest. Dieses Angebot stößt auf große Nachfrage - sowohl im klassischen Maschinen- und Anlagenbau als auch in speziellen Aufgabenfeldern wie z.B. Brandbekämpfungsanlagen, Plasma-Behandlungsanlagen und der Thermoprozesstechnik. Vielfach werden hier auch zusätzliche analoge Werte (Position, Temperatur, Gaskonzentration) in das Sicherheitskonzept integriert. Somit rundet die Schmersal Gruppe mit Protect OEM nicht nur ihr Programm der sicherheitsgerichteten Steuerungstechnik, sondern auch ihr Systemangebot der 'Safety Services' ab.
Bild: K.A. Schmersal GmbH & Co. KG'High End': Sichere Mensch-Roboter-Kooperation
Neben diesen Möglichkeiten der sicheren Steuerungstechnik bietet Schmersal seit mehr als zehn Jahren auch applikationsspezifische Lösungen für ein Anwendungsfeld, das erst in den vergangenen zwei Jahren breite Aufmerksamkeit findet und dessen Einsatzbereiche jetzt voll erschlossen werden. Die Rede ist von der sicheren Kooperation zwischen Mensch und Roboter ohne trennenden Schutzzaun. Hier hat Schmersal schon in den 1990er Jahren in Kooperation mit einem Roboterhersteller Grundlagenarbeit geleistet und das Konzept des 'Safety Controller' entwickelt, das eine sichere Bewegungsüberwachung der Roboterachsen ermöglicht. Diese Steuerung überwacht den Bewegungsraum des Roboters und veranlasst ein sicherheitsgerichtetes Anhalten der Bewegung, noch bevor der Roboterarm in einen definierten Schutzbereich einfahren kann. Dabei kommt das Prinzip der 'kartesischen Nocken' zur Anwendung. Inzwischen verwenden mehrere Roboterhersteller diese Art der Überwachung, um eine Kooperation von Mensch und Maschine in definierten Zonen zu ermöglichen. In naher Zukunft ist hier nicht nur auf der Prototypen- und Versuchsebene, sondern auf industrieller Ebene mit deutlichen Entwicklungssprüngen zu rechnen, die eine echte Zusammenarbeit von Mensch und Roboter möglich machen werden. Der 'Safety Controller' schafft dafür eine wichtige Voraussetzung.
Premiere für die neueste Steuerungsgeneration
Als neueste Baureihe der Sicherheitssteuerungen hat Schmersal auf der SPS IPC Drives 2014 erstmals die Protect PSC1 vorgestellt. Sie besteht aus frei programmierbaren Kompaktsteuerungen mit I/O-Erweiterungsmodulen zur sicheren Signalverarbeitung von mechanischen und elektronischen Sicherheitsschaltgeräten. Zusätzlich können bis zu zwölf Achsen mit nahezu allen Sicherheitsfunktionen, die in der IEC61800-5-2 definiert sind, sicher überwacht werden. Außerdem lassen sich die Steuerungen mit einem universellen Kommunikationsinterface ausstatten, mit dem verschiedene Feldbusprotokolle einfach per Software ausgewählt und eingestellt werden können. Dieses Interface erlaubt zudem zeitgleich eine sichere Remote-IO-Kommunikation und eine sichere Querkommunikation. Für die Nutzer bietet die Programmiersoftware SafePLC2 eine moderne entwicklungsorientierte Umgebung. Sie verfügt über umfangreiche Bibliotheken mit vor-gefertigten Funktionen zur sicheren Überwachung von Sensoren und Achsen. Dazu gehören z.B. sicheres Abschalten, sicheres Stillsetzen, sicheres Bewegen und sicheres Positionieren. Diese und andere Funktionen können einfach per 'Drag & Drop' zu komplexen Applikationen verknüpft werden.
Von der Hardware in die Software
Die hier vorgestellten Sicherheitssteuerungen bieten zahlreiche Möglichkeiten, Sicherheitsfunktionen von der Hardware- auf die Software-Ebene zu verlagern. Damit wird der Sicherheitskreis 'schlanker' und flexibler und die Sicherheitsfunktionen lassen sich bestmöglich mit den Prozessfunktionen der Maschine synchronisieren. Das hat eine hohe Produktivität der Maschine zur Folge, und aus Bedienersicht entstehen keine Anreize zur Manipulation.
Die Entwickler im Maschinenbau und in der Automatisierungstechnik möchten zunehmend komplette Lösungen und Systeme der Maschinensicherheit einsetzen. Dabei steht ihnen eine große Bandbreite an Produktangeboten offen. Eine Schlüsselrolle spielt die sichere Steuerungstechnik. Sie ermöglicht eine erhöhte Flexibilität und die optimale Einbindung der Sicherheitsfunktionen in den Produktionsprozess.
Bild: K.A. Schmersal GmbH & Co. KGDie Anwender von Sicherheitsschaltgeräten im Maschinenbau wünschen zunehmend durchgängige Konzepte für die Überwachung von Schutztüren einschließlich der Auswertung der Diagnose- und Statusinformatinen in der betriebsmäßigen Steuerung. Aus Sicht der Schmersal Gruppe gibt es hier verschiedene Konzepte, die jeweils ihre spezifischen Vorteile bieten.
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K.A. Schmersal Holding
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 10 2015 - 01.10.15.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
