Um Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) einzeln oder im Verbund eines Fahrerlosen Transportsystems (FTS) im europäischen Wirtschaftraum in den Verkehr zu bringen, müssen die Fahrzeuge grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der Maschinenrichtlinie erfüllen. Es sind insbesondere berührungslos wirkenden Schutzeinrichtungen wie beispielsweise Sicherheits-Laserscanner, die nicht nur einen sicheren und zugleich intralogistisch effizienten Betrieb dieser zunehmend autonomen Fahrzeuge ermöglichen, sondern auch Konturen erfassen und Daten für die Navigationsunterstützung der Fahrzeuge bereitstellen. Dabei können beispielsweise sicherheitszertifizierte Encoder eingesetzt werden, um die notwendigen Geschwindigkeitsinformationen für die dynamische Umschaltung der Schutzfelder der Sicherheits-Laserscanner zu liefern. Darüber hinaus fragen sichere induktive Sensoren Fahrzeugparameter wie den Lenkwinkel oder die Gabel-höhe ab und stellen sie dem sicheren Steuerungssystem eines FTF, beispielsweise einer Flexi Soft von Sick, zur Verfügung.

Das Steuerungssystem fungiert dabei nicht nur als sichere Schaltzentrale des Fahrzeuges, sondern greift über Sicherheitsrelais oder ein sicheres Motion-Control-Modul direkt in die Überwachung und Steuerung der Fahrantriebe ein. Entsprechende Gateways binden die Sicherheitssteuerung schließlich in das überlagerte Automatisierungssystem ein – etwa via Ethernet/IP oder Profinet.
 

EN ISO 3691-4 bislang nur ein Entwurf – was tun?

Sicherheitslösungen für AGVs müssen selbst unter anspruchsvollen Einsatzbedingungen im Fahrweg befindliche Personen und Objekte erkennen und zuverlässig vor möglichen Kollisionen schützen.

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Soviel zum technologischen Stand der Technik. Was aber sagen beziehungsweise fordern die entsprechenden Normen? Per Definition handelt es sich bei AGVs um innerbetriebliche, flur­gebundene Fördersysteme mit einem oder mehreren automatisch gesteuerten Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF), die einen eigenen Fahrantrieb besitzen, innerhalb und außerhalb von Gebäuden einsetzbar sind und deren Einsatzzweck der autonome Materialtransport ist.

Die Sicherheitsanforderungen mit dem Ziel des Personen- und Objektschutzes sind per Norm  geregelt – eigentlich. Denn während verschiedene Teile der relevanten DIN EN ISO 3691 bereits in Kraft sind, liegt Teil 4 der Norm – hier geht es speziell um die Sicherheit von Flurtransportfahrzeugen – aktuell nur als Entwurf vor. Die bislang angewendete, europäische C-Norm EN 1525 – an deren Stelle die DIN EN ISO 3691-4 treten sollte – ist nicht als harmoniserte Norm für die Maschinenrichtlinie (2006/42/EC) gelistet. Bis zum Erscheinen der DIN EN ISO 3691-4 und der Veröffentlichung im Amtsblatt der EU ist daher zu empfehlen, in Fragen der Fahrzeugsicherheit die weiterhin gültige EN 1525 anzuwenden.

Sicherheit intelligent ­vorausgedacht

Die EN 1525 definiert unter anderem die Anforderungen an das Flurförderzeug, wie Bremssystem, Geschwindigkeitsbegrenzung oder die Standsicherheit. Zusätzlich geht sie auf die  Anforderungen an Schutzeinrichtungen sowie Betreiberinformationen ein und liefert nicht zuletzt Hinweise zur Prüfung und Inbetriebnahme.

Autonome, vor allem aber auch mit dem Menschen interagierende Maschinen erfordern neue Safety-Konzepte, die nicht nur den Werker schützen, sondern auch eine Flexibilisierung von Produktionsprozessen wirkungsvoll unterstützen.

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Im Grunde genommen sind FTS wie auch FTF die technologischen Vorläufer von Cyber-physischen Produk-tionssystemen im Sinne von Industrie 4.0 und der Smart Factory – als FTF autonom fahrend und arbeitend sowie als FTS sich selbst organisierend, ­optimierend und überwachend. Letztere Funktionalität muss nach Durch­führung entsprechender Gefahrenanalysen mit Hilfe sicherheitsgerichteter Komponenten umgesetzt werden, um bestmöglichen Unfallschutz im Einsatz zu gewährleisten und zugleich mögliche Haftungsrisiken für die Hersteller und Betreiber weitestgehend auszuschließen.

Sicherheit ist in diesem Kontext zwar der wichtigste, aber nicht der ­einzige Aspekt: So dürfen Schutzeinrichtungen den Einsatz der Fahrzeuge nicht beeinträchtigen – und intelligente Zusatzfunktionen sollen den Anwendern zusätzliche Vorteile bieten. Beispielhaft sei hier auf Sicherheits-­Laserscanner wie den kompakten S300 Expert oder den S3000 Expert mit CMS (CMS steht für Contour Meas-urement and Safety) verwiesen. Diese Geräte überwachen nicht nur den Fahrweg des FTF, sondern liefern zugleich geometrische Messdaten, die es dem Fahrzeug ermöglichen, Paletten oder Behälter eigenständig lagegerecht aufzunehmen oder abzusetzen. Die große Reichweite eines S3000 Expert von bis zu sieben Metern ermöglicht es zudem, Positionsreflektoren in einer Anlage zu detektieren und dabei die Entfernung und den Winkel im Verhältnis zur Fahrzeug­position zu erfassen und zur Navigationsunterstützung zu nutzen. In beiden Beispielen spart die ­intelligente Funktionalität der Mess­datenauswertung den Einsatz einer zusätzlicher Sensorik. 
 

Die mitfahrende Safety-Schaltzentrale

Neben der sicheren Sensorik spielt das bereits angesprochene Safety-Steuerungskonzept eine zentrale Rolle bei der effizienten Umsetzung einer AGV-Applikation. Von großem Vorteil sind hier Konzepte, die unter anderem fle-xibel kombinierbare Funktionsmodule, Software-unterstützte Logikfunktionen und erweiterte Möglichkeiten zur Feldbus-Integration zum Beispiel über bidirektionale Gateways für gängige Feldbus-Anbindungen bieten. Beim Einsatz auf einem FTF koordiniert eine Lösung wie Flexi Soft in ihrer Funk-tion als mitfahrende Safety-Schaltzen-trale alle Sensoren und Funktionen, die der Fahrzeugsicherheit dienen. Über die EFI-Schnittstelle (Enhanced Function Interface) lassen sich dabei bis zu vier Sensoren anschließen. Auf diese Weise ist beispielsweise mit mehreren Sicherheits-Laserscannern ein FTF-Rundumschutz realisierbar.

Über die eigentliche Fahrtrichtung hinaus gilt es – insbesondere bei großen FTF – auch neben dem Fahrzeug gefahrbringende Bereiche bei Schwenkbewegungen oder Kurvenfahrten zu überwachen. Um die Schutzfelder von Sicherheits-Laserscannern Geschwindigkeitsabhängig umzuschalten, nutzt die Flexi Soft die Daten sicherer En­coder. Sind Informationen wie der Lenkwinkel oder die Höhe des Lastaufnahmemittels sicherheits- und steuerungstechnisch relevant, können ebenso sichere induktive Sensoren an die Steuerung angeschlossen werden. Unabhängig davon kann letztere zusätzlich zu den sicheren Daten auch In­formationen nicht sicherheitsgerichteter Sensoren verarbeiten, zum Beispiel von Lichtschranken, Identsys­temen, 2D-Abstandsensoren oder Initiatoren – und so zusätzliche Mehrwerte generieren.
Darüber hinaus erlaubt ein solches modulares Konzept mit den entsprechenden Modulen eine sicherheitsgerichtete Überwachung der Fahrantriebe. Der Drive Monitor FX3-MOC0 von Sick etwa ermöglicht mit Hilfe der Sicherheitsfunktionen SSM (Safe Speed Monitor, sichere Geschwindigkeitsüberwachung) und SLS (Safety Limited Speed, sicher reduzierte Geschwindigkeit) bei einem FTF unter anderem die sichere Überwachung der Geschwindigkeit über Encoder an den Rädern. Abhängig davon können die Warn- und Schutzfelder der an dem Fahrzeug angebrachten Sicherheits-Laserscanner umgeschaltet werden. Beim Verletzen von Warnfeldern lässt sich automatisch eine sichere Reduzierung der Geschwindigkeit einleiten. Beim Verletzen eines Schutzfeldes greifen schließlich die Antriebsüberwachungsfunktionen SBC (Safe Brake Control, sichere Bremsenansteuerung) und SS1 (Safe Stop 1) beziehungsweise SS2 (Safe Stop 2) ein, die einen Not-Stopp des Fahrzeug auslösen und sicher überwachen.

Hat die Steuerung einen Not-Stopp eines FTF ausgelöst, sperrt die sichere Drehrichtungserkennung SDI (Safe Direction) die gerade verwendete Drehrichtung des Antriebes. Dadurch kann das Fahrzeug nur noch Bewegungen in eine Richtung durchführen und sich so sicher vom Hindernis entfernen. Die ­sicherheitsgerichtete Überwachung von Antrieben kann somit komplett inte­griert in der Sicherheitssteuerung gelöst werden.

Datensammler für Industrie 4.0

Nicht zuletzt liefern sichere Sensoren und sichere Steuerungen – insbesondere in ihrer Vernetzung zu kompletten Sicherheitslösungen – eine Vielzahl zusätzlicher Daten, die die Verfügbarkeit von einzelnen FTF wie auch eines gesamten FTS optimieren können. Stromaufnahme, Betriebsstunden, einsetzende Verschmutzung oder Betriebs­temperaturen sind Beispiele für Informationen, die im Rahmen eines Condition Monitoring unmittelbare Relevanz für die vorbeugende oder ­betriebsbegleitende Instandhaltung haben können. Sie werden von den ­Sensoren bereitgestellt, von der Steuerung ausgewertet sowie aufbereitet und über das Gateway zur Fahrzeugsteuerung geschickt. Von dort werden sie schließlich per Datenfunk, Bluetooth oder NFC in überlagerten oder auch Cloud-basierten Applikationen bereitgestellt. Dies ermöglicht nicht nur eine Prozessoptimierung im Sinne von Industrie 4.0, sondern macht ‚FTF 4.0‘ – in Analogie zu den bereits erwähn-ten Cyber-physischen Produktions­systemen – zu zukunftssicheren Bausteinen einer intelligenten Produktions- und Lagerlogistik innerhalb der Smart Factory.

Autor: Dennis Münich ist tätig im Bereich Industrial Safety Systems bei Sick, Waldkirch.