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Funktionale Sicherheit: Modulare Safety in der SmartFactory

Industrie 4.0 sieht unter anderem die flexible Umrüstung modularer Produktionsanlagen im Sinne von 'Plug & Play' vor. Dem müssen auch künftige Safety-Konzepte Rechnung tragen. Die Ethernet-basierte Kommunikation spielt dabei eine wesentliche Rolle.

Smart Factory Bildquelle: © SmartFactory KL / C. Arnoldi

Plug & Play im Kontext modularer Produktionskonzepte bedeutet, dass Anlagen nicht nur häufig umgebaut, sondern insbesondere mit Blick auf die Funktionale Sicherheit immer wieder geprüft und zertifiziert werden müssen – von einer unabhängigen Prüfinstanz oder vom Betreiber selbst durchgeführt. Ein dynamisches, modulares Safety-System könnte diesen Prozess deutlich vereinfachen und so beitragen, dass wertvolle Zeit im Produktionsprozess eingespart wird.

Vor diesem Hintergrund entstand im Rahmen der  Technologie-Initiative SmartFactory KL die Idee, bei Anlagenerweiterungen oder -ergänzungen ein vereinfachtes, teil- oder vollautomatisiertes Zertifizierungsverfahren einzusetzen. Demzufolge entwickelte ein Partnerkonsortium – bestehend aus Bosch Rexroth, B&R, Festo, PhoenixContact, Pilz und TÜV Süd – dafür ein dynamisches Safety-Konzept und setzte dieses an der Industrie-4.0-Demo-Anlage um. Das Neue dabei: Erstmals konnte der Nothalt flexibel über einzelne Fertigungslinien und nicht mehr über die komplette Anlage parametriert werden. Die Grundlage hierfür legte die Verwendung des ethernet-basierten Kommunikationsprotokolls Profisafe.

Der Reihe nach: Die Industrie-4.0-Demo-Anlage der SmartFactory KL besteht aus drei Fertigungsbereichen: zwei automatisierten Produktionslinien und einer manuelle Montagestation. Ein fahrerloses Transportsystem verbindet die drei Bereiche und sorgt dafür, dass das zu fertigende Produkt – ein individualisierter Visitenkartenhalter – auf verschiedene Weisen flexibel hergestellt werden kann.

Safety-Konzept der SmartFactory-KL-Produktionsanlage Bildquelle: © SmartFactory KL

Das Safety-Konzept der SmartFactory KL-Produktionsanlage: Abgebildet ist die Anordnung der Schleusen und Schutztüren der einzelnen Produktionsmodule sowie deren Vernetzung über die SPS.

Um das neue Safety-Konzept an der Anlage zu demonstrieren, wurden als Show Case die sogenannten Schleusen der Maschinen gewählt. Die Schleusen stellen die Schnittstellen einer Maschine zu anderen Maschinen im Verbund dar. Bei geschlossenen Schleusen kann die Maschine ihre Sicherheit selbst gewährleisten. In geöffnetem Zustand kann eine Maschine nicht selbst überwachen, ob eine benachbarte Maschine einem Mitarbeiter den Durchgriff durch die Schleuse erlaubt. Daraus ergibt sich folgende Notwendigkeit: Wird die Schutztür einer benachbarten Maschine entsperrt oder ist bei geöffneter Schleuse gar kein Nachbar vorhanden, sollte die Maschine in einen sicheren Zustand wechseln – also zum Beispiel die Schleusen schließen.

Ortsübergreifender Charakter der SmartFactory KL-Produktionsanlage Bildquelle: © SmartFactory KL / C. Arnoldi

Der ortsübergreifende Charakter der SmartFactory KL-Produktionsanlage wird durch die Aufteilung der Module auf zwei Produktionslinien und einen Handarbeitsplatz deutlich.

In der Vergangenheit waren alle Produktionsmodule der Demo-Anlage mittels Direktverdrahtung in einer einzigen Nothaltschleife zusammengefasst. Diese klassische, drahtgebundene Technik führte jedoch zu hohem Verkabelungsaufwand, wenn neue ­Produktionslinien gebildet wurden. Daneben war die Menge an übertragbaren Informationen stark beschränkt; gleichzeitig war die Ursache eines sicheren Zustands schwer auszumachen. Durch das neue, dynamische Nothalt-Konzept konnten diese Nachteile letztlich ausgeräumt werden.

Den Grundstein für das dynamische Nothalt-Konzept legte wie bereits erwähnt Profisafe, ein Protokoll das in der Automatisierung mittlerweile weit verbreitet ist.