Die dynamischen Schaltmatten mit den ­Abmessungen 1000 mm x 600 mm x 32 mm vereinen die Flächenüberwachung und Maschinenbedienung, wodurch neue Bedienkonzepte möglich sind.

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Die Erwartungshaltung an sicherheitsrelevante Bedienkonzepte sind hoch: Selbst komplexe Fertigungsanlagen müssen heute einfach parametrier- und intuitiv bedienbar sowie vorausschauend zu warten sein. Das Automatisierungs-Unternehmen Pilz vertritt weiter den Ansatz, dass dabei Sicherheitsanforderungen gemäß EN ISO 13849-1 und EN IEC 62061 stets so umzusetzen sind, dass sie weder die Bedienbarkeit noch die Produktivität einschränken. All diese Anforderungen erfüllt ein neuartiges Produkt. 

Trittmatten, die eine Maschine abschalten oder eine Bewegung in den sicheren Halt versetzen, sind nicht neu: Die von Pilz entwickelte, dynamische Sicherheitsschaltmatte ‚PSENmat‘ ist jedoch definitiv ein Novum. Parallel zur sicheren Flächenüberwachung bietet sie flexibel definierbare Schaltfunktionen zum Steuern und Bedienen von Maschinen. Dahinter steckt die integrierte Ortsauflösung: Sensoren in der Matte übermitteln nicht nur den aktuellen Standort einer Person, sondern stehen auch als virtuelle Fußtaster zur Verfügung. Damit unterstützt die dynamische Schaltmatte freihändiges Arbeiten und einen hindernisfreien Arbeitsplatz.

Bis zu 22 Matten zusammenschließen

Eine dynamische Schaltmatte ist im Verbund anwendbar: Je nach Aufgabe kann sie, allseitig andockbar, aus beliebigen Einheiten aus bis zu 22 Matten bestehen. Dieser Verbund wiederum lässt sich mit weiteren koppeln. Mit ihrer integrierten Ortsauflösung erkennen die taktilen Sensoren eines Mattenverbundes, wo sich ein Mensch gerade aufhält. Auf Basis des zugrundeliegenden Positionsrasters übermittelt das jeweilige Mattenmodul Daten über ein Gateway an die Rechnereinheit einer übergeordneten Steuerung. Anhand von Daten der nacheinander aktivierten Sensoren ermittelt der Rechner in Sekundenbruchteilen eine Bewegung und deren Richtung. Mit Blick auf die Bedienung einer Anlage lassen sich daraus vielfältige Informationen ziehen.

Bewegungen über das Mattenfeld oder explizit betätigte Taster lösen vorab festgelegte Aktionen oder Reaktionen aus. Wurde eine Gruppe von Sensoren, den Sicherheitsanforderungen entsprechend, über das intuitiv bedienbare Parametriertool ‚PSENmat Assistant‘ als höchste Sicherheitszone definiert, führt ein Betreten dieser Zone zum sicheren Stillstand einer Gefahr bringenden Bewegung. Solange sich die Person im Gefahrenbereich aufhält, unterbindet die Schaltmatte jedes ungewollte Wiederanlaufen (etwa als Hintertretschutz). Soll der Produktionsprozess möglichst rasch weiterlaufen, kehrt der Werker in den vorgelagerten Mattenbereich zurück, betätigt per Fuß eine entsprechend gekennzeichnete Tasterkombination und die Maschine startet wieder. Mit Hilfe des Parametriertools lassen sich Warn- und Schutzbereiche anforderungsgemäß einrichten sowie gewünschte Schaltaktionen über entsprechende Tasterbelegungen zielgerichtet und logisch aufbauen. Eine interne Logik prüft die gewählte Parametrierung unter anderem vor dem Hintergrund potenzieller Zugriffszeiten auf Plausibilität und weist gegebenenfalls auf Zielkonflikte hin. 

Die Matten verfügen mittels Safety Device Diagnostics (SDD) Gateway über einen Modbus/TCP-Ausgang zur Übertragung von Standard-Bedienungsdaten sowie über zwei integrierte OSSD-Ausgänge zur Übermittlung der Sicherheitsdaten. Die Schaltmatten sind flexibel in Reihe schaltbar und erfordern minimalen Verkabelungsaufwand. Das Neu- und Umparametrieren der taktilen Sensoren ist einfach, mit der Anwendung ‚gespeicherte Rezepte‘ sind ganze Sensorgruppen schnell für neue Aufgaben gerüstet. Das hält Stillstandzeiten kurz und häufig wechselnde Produktionsaufgaben sind einfach handzuhaben. Ebenso einfach können bewährte Parametersets auf eine zweite Anlage übertragen werden.

Im MRK-Einsatz

‚PSENmat‘ von Pilz ist in der Lage, Dynamik und Richtung von Bewegungen über die Auswertung der beteiligten taktilen Sensoren zuverlässig zu bestimmen. Neben der Absicherung von Flächen bietet die Schaltmatte so eine Fülle an Bedien- und Eingriffsmöglichkeiten in den Prozess – von der Steuerung von Maschinenbedienprozessen bis zur Qualitätskontrolle. Über entsprechende Taster oder Taster-Kombinationen ‚im Boden‘ kann ein Bediener beispielsweise Teile zu- oder abführen, Zufuhreinheiten wechseln oder die Antriebsgeschwindigkeit ändern. Grundsätzlich entfaltet die Schaltmatte, mitunter im Verbund mit anderen Sicherheitseinrichtungen, ihre Vorzüge überall dort, wo Applikationen unübersichtlich, hindernisreich oder er-schwerte Sichtbedingungen aufgrund von Staubentwicklung an der Tagesordnung sind. 

Auch größere Anwendungen können mit der dynamischen Schaltmatte umgesetzt werden, weil bis zu 22 Matten in Reihe geschaltet werden können.

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Besonders im Rahmen von MRK-Applikationen bietet der Einsatz dynamischer Schaltmatten Vorteile: Im klassischen Fall bildet ein ‚PSENmat‘-Verbund drei Zonen um einen frei stehenden 6-Achs-Roboter, der beispielsweise die Prüfplätze eines Rundtisch-Automaten mit per Band zugeführten Bauteilen bestückt. In der äußersten Zone kann der Werker agieren, ohne eine Sicherheitsfunktion auszulösen. Über virtuelle Taster im Mattenbereich kann er beispielsweise per Fußtritt eine Behälterleerung veranlassen, zu Kontrollzwecken die Roboterbewegung auf Slow-Motion tippen oder dem System in regelmäßigen Abständen seine Anwesenheit rückmelden. Betritt er die als Warnbereich definierte Zone, verlangsamt der Roboter gemäß den Vorgaben seine Geschwindigkeit. Betritt er den unmittelbaren Gefahrenbereich, löst der als Sicherheits­zone definierte PSENmat-Bereich den sicheren Halt aus. 

Hände frei bei der Qualitätskontrolle

Auch im Bereich der Qualitätskontrolle, beispielsweise im Automobilbau, lassen sich neuartige Applikationsszenarien im Zusammenhang mit Robotern umsetzen: Steht der Werker aus Sicherheitsgründen ohnehin auf einer Matte mit integrierter Schaltfunktion, entfallen grundsätzlich Laufwege. Muss der Werker ein Bauteil prüfen, das ein Robotergreifer hält, dreht und wendet, und hat er dabei noch Prüf- und Messinstrumente in der Hand, werden die Vorteile deutlich: Über die variabel belegbaren, virtuellen Fußtaster gibt er seine Prüf-Ergebnisse ein, ein nur bedingt zugängliches oder gar störendes Bedienpult entfällt. Wechselt der Roboter seine Position, um beispielsweise ein neues Teil aufzunehmen oder für eine bestimmte Zeit an einem anderen Platz zu arbeiten, verwandelt sich der vormalige Sicherheitsbereich in eine frei zugängliche Fläche. Wechselt das Bauteil und die damit verbundene Prüfroutine, lassen sich die Belegungen der virtuellen Fußtaster einfach über das Parametriertool anpassen. 

Unempfindlich gegenüber gängigen Beanspruchungen

Die Schaltmatte mit den Abmessungen 1000 mm x 600 mm x 32 mm besteht in der Hauptsache aus einer Unterschale und einer PUR-Trittoberfläche. Dazwischen befinden sich auf einem drucksensitiven taktilen Sensor 40 sensitive Bereiche, die die Anforderungen der Norm EN ISO 13856-1 erfüllen. Die Schaltmatte ist strapazierfähig sowie unempfindlich gegenüber gängigen Beanspruchungen im industriellen Umfeld und bietet Schutzart IP67. Die maximal zulässige Belastbarkeit der patentierten Sicherheitsschaltmatte beträgt 800 N/cm², sie kann von Gabelstaplern befahren werden und ist bei Umgebungstemperaturen von 0 °C bis +50 °C einsetzbar. Sie entspricht den Sicherheitsanforderungen SIL 2 gemäß EN ISO 61508, Safety Level PL d gemäß EN ISO 13849. ‚PSENmat‘ komplettiert das Sensorik-Angebot von Pilz zur Überwachung von Flächen und Räumen und lässt sich einfach an die konfigurierbaren Kleinsteuerungen PNOZmulti oder das Automatisierungssystem PSS 4000 beziehungsweise an die Visualisierungslösung PMIvisu anbinden. Die Anbindung an die jeweilige Steuerungseinheit über die sicheren OSSD-Ausgänge ist einfach und zuverlässig.

Mit der Kombination aus sicherer Flächenüberwachung und Maschinenbedienung bieten die neuen Schaltmatten ein großes Potenzial für die Gestaltung von Applikationen – von der Maschinenbe­dienung über die Qualitätskontrolle bis hin zur Absicherung von MRK-Applikationen. 

Die Verwendung für textile taktile Sensoren in Form von solchen Sensormatten sind bis in wenigen Jahren weitreichend: vom industriellen Anwendungen bis hin zu Einsatzmöglichkeiten im Transport- und Logistikbereich – unter anderem bei der Absicherung von Personen bei gemeinsam mit fahrerlosen Transportsystemen genutzten innerbetrieblichen Wegen.

Autor:
Stephan Hoffmann ist Product Manager Sensors bei Pilz.