Von Herbert Heßlinger

Das größte Risiko für den Bediener einer Maschine oder Anlage, einen körperlichen Schaden zu erleiden, besteht erfahrungsgemäß nicht während des eigentlichen Produktionsprozesses: Die meisten Unfälle ereignen sich während des Einrichtens sowie bei der Beseitigung von Fehlern oder Störfällen. Um solche Unfälle zu vermeiden und dem Bedienpersonal den sicheren Zugang zur Maschine zu ermöglichen, sind im Falle von plötzlich auftretenden Fehlfunktionen alle beweglichen Teile unverzüglich in den sicheren Betrieb zu versetzen. Um hier den entsprechenden Normen Rechnung zu tragen, sind die Hersteller gefordert, entsprechende Sicherheitslösungen in ihre Maschinen und Anlagen zu integrieren. Demgegenüber steht heute mehr denn je die Forderung nach immer effizienteren Automatisierungskonzepten. Ergo drängt sich die Frage auf, wie sich der scheinbare Widerspruch zwischen Sicherheitstechnik und dem damit verbundenen Mehraufwand auf der einen Seite und der Forderung nach Wirtschaftlichkeit auf der anderen Seite lösen lässt?

Safety-over-Ethercat ist ein TÜV-zertifiziertes Sicherheitsprotokoll für Geräte-Implementierungen bis SIL 3 und erfordert praktisch keine Einschränkungen bezüglich des Kommunikationsmediums, der Übertragungsrate oder der Länge der sicheren Prozessdaten.

Die Anbindung der Sicherheitssteuerung an die weiteren maschinenspezifischen Komponenten, wie beispielsweise Antriebssysteme, erfolgt heute in der Regel über sichere und hochperformante Feldbusse. Für die meisten dieser Feldbus-Systeme gibt es genau definierte Sicherheitsprotokolle. Baumüller setzt in diesem Punkt auf die ethernet-basierte Ethercat-Technologie, welche die Übertragung fehlersicherer und nicht fehlersicherer Signale auf demselben Bussystem ermöglicht. Der fehlersichere Signalaustausch wird dabei mittels des zertifizierten Safety-over-Ethercat-Protokolls (FSoE) umgesetzt.

Diese Einbindung der Echtzeit-Kommunikation und des Tunnelings aller Funktionalitäten in ein durchgängiges Echtzeit-Ethernet-Netzwerk erlaubt die Parametrierung und Optimierung der Automatisierungskomponenten – wie zum Beispiel der Antriebe während des Betriebs, ohne dadurch die Echtzeit-Kommunikation zu stören. Gleichzeitig resultiert daraus eine Vielzahl an technischen Möglichkeiten, die von Fernwartung bis zu Online-Updates reichen. Kurzum: Über das angesprochene Framework lässt sich der gesamte Engineering- und Inbetriebnahmeprozess sowohl für sichere als auch für Standard-Systemkomponenten effizient aus einem einzigen Software-Werkzeug heraus bewerkstelligen.

Eine Steuerung für Standard und Safety

Voraussetzung für eine solche „Single-Plattform-Strategie“ anstelle einer Addon-Sicherheitslösung sind, wie bereits angedeutet, modulare, skalierbare und flexibel mit Sicherheitsfunktionalitäten ausrüstbare Automatisierungskomponenten. Innerhalb des Baumüller-Konzeptes steht beispielsweise eine Kombination aus Standard- und SIL-3-Sicherheitssteuerung zur Verfügung, die mit einem Antriebssystem mit integrierter funktionaler Sicherheit gemäß der Norm IEC 61800-5-2 kooperiert und dadurch den sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen gewährleistet. In die Steuerung ist eine Funktionsbaustein-Bibliothek integriert, die Motion-Control- und Sicherheitsbausteine sowie SPS-Funktionen nach PLCopen Motion und PLCopen Safety enthält. Diese Bibliothek ermöglicht die Projektierung von Single- und Multi-Axis-Motion-Funktionalitäten aus rein technologischer Sicht sowie die Realisierung von aktuell 18 Sicherheitsfunktionen, darunter Not-Aus, Schutztürverriegelung oder Zweihandschaltung.

Über fertige Safety-Funktionsbausteine lassen sich Basis-Sicherheitsfunktionen einfach realisieren.

In der sicheren Programmierumgebung ist wiederum Zugriff auf alle notwendigen Daten möglich. Die Parameter der vorgefertigten und geprüften Sicherheits-Funktionsbausteine werden hier einfach, übersichtlich und sicher mit der Funktionsanwendung verknüpft. Eine einmal erstellte und geprüfte Sicherheitsapplikation lässt sich auf diese Weise kapseln und steht für weitere Anwendungen zur Verfügung.

Der Einsatz einer integrierten Standard/ Safety-SPS resultiert also nicht nur in einer erhöhten Sicherheit für Bedienpersonal und Produktionsprozess, sondern reduziert gleichzeitig die Komplexität beträchtlich, da sowohl der bei Add-on-Lösungen notwendige Verkabelungsaufwand als auch der Prüfaufwand spürbar sinken. Außerdem können Fehler und Störfälle im Betriebsablauf leichter beseitigt werden, da Maschinen und Anlagen im Falle eines Zugriffs durch den Bediener zuverlässig in den sicheren Betrieb versetzt werden können und somit keine Verletzungsgefahr mehr besteht. Weitere Vorteile sind stark verkürzte Reaktionszeiten – besonders bei Einsatz dynamischer Antriebe – und damit einhergehend eine deutliche Verringerung des Risikos von Unfällen. Störungen lassen sich mittels umfangreicher Diagnosetools schneller lokalisieren und helfen dem Betreiber, den Maschinenstillstand zu verkürzen. Last but not least kann das Rüsten schneller, einfacher und effizienter ablaufen, da nach Beseitigung der Störung kein erneutes Einrichten erforderlich ist, weil die Maschine nicht vom Netz getrennt werden muss oder aber gekoppelte Achsen kein erneutes Synchronisieren erfordern.

Auf den Punkt gebracht: Ein integriertes Sicherheitskonzepte auf der Grundlage moderner Safety-Technologien schafft die Voraussetzung dafür, dass Maschinen- und Anlagenbauer die neuen gesetzlichen Anforderungen und die Bedürfnisse der Betreiber nach einem Optimum an Wirtschaftlichkeit auf einen gemeinsamen Nenner bringen können. Umfangreiche Sicherheitsfunktionen lassen sich per vorgefertigter und geprüfter Funktionsbausteine realisieren und der Anwender kann sein Augenmerk auf seine eigentliche Aufgabe – die Realisierung der Maschinenfunktion – legen.

Autor

Herbert Heßlinger ist Geschäftsführer von Baumüller Anlagen-Systemtechnik, Nürnberg.