Automatisierung, Fließbänder und auch Roboter sind in der Industrie ebenso wenig neu wie die Realisierung von Safety-Funktionen bei sicherheitsrelevanten Anwendungen. Was Letzteres betrifft, ist üblicherweise der ‚Not-Aus‘-Modus die erste Wahl. Dieser ist entweder manuell zu aktivieren oder er wird mit mittels zusätzlicher beziehungsweise entsprechend kostenintensiver Zusatzsysteme wie Lichtschranken oder Videokameras ausgelöst. Ist die Störung behoben, muss das Fließband oder der Fertigungsroboter komplett neu gestartet werden, was in der Regel größere Verzögerungen nach sich zieht.

Das 'Safe Motion Module' (gelb) sitzt im Somanet-Knoten zwischen dem Sensor/Aktor-Schnitt­stellen-Board und dem ­Prozessorboard.

© Synapticon

Mit der EN 61800-5-2 steht darüber hinaus eine systematische Methode zur Identifizierung der Sicherheitsfunktion zur Verfügung. Sie definiert also die verschiedenen ‚Safe Motion Modi‘ beziehungsweise unterteilt Sicherheitsfunktionen in ‚Stoppfunktionen‘, ‚Sichere Bewegungsfunktionen‘ und ‚Sichere Bremsfunktionen‘. 

Vor diesem Hintergrund hat sich Synapticon vorgenommen, solche Safe-Motion-Funktionen erstmalig direkt in dezentrale Servoregler zu integrieren. Bisher war dies nur mit Safety PLCs möglich, die diese Funktionen zentral und eben mit zusätzlicher Hardware realisieren. Herausgekommen sind dabei letztendlich Embedded-Safety-Module, die dezentral an jeder Achse in die Steuerung integriert werden.

Zum Verständnis: Ein Servo-Antrieb, der mit den sogenannten Somanet-Modulen von Synapticon realisiert ist, besteht aus drei Modulen: Kommunikation- (Com), Prozessor- (Core) und Antriebsmodul (Drive). Eine wesentliche Idee hinter Somanet ist es, die Schaltschränke für die Robotersteuerung durch Dezentralisierung weitestgehend abzuschaffen. Für jedes der genannten Module gibt es unterschiedliche Standardoptionen sowie die Möglichkeit, anwendungsspezifische Lösungen umzusetzen. Mit dem neuen Safe Motion Module (SMM) kommt nun optional eine vierte Komponente dazu, die zwischen Core und Drive verbaut wird. Dadurch kann das Sicherheitsmodul sicherheitskritische Signale überwachen, generieren und empfangen, ohne dabei von der Software im Servoregler abhängig zu sein. 

Safety im Antriebsregler

Das Safe Motion Module ist ausgelegt für SIL3 (Safety Integrity Level) über FSoE (Fail Safe over Ethercat). Die unterstützten Sicherheitsmodi umfassen unter anderem sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS) und Position (SLP) sowie sicher begrenz-tes Drehmoment (SLT). Die Integration solcher Funktionen der sicheren Bewegungsteuerung direkt in den Antriebsregler bietet mehrere Vorteile: 

• Eine Sicherheits-SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) kann für die meisten Anwendungen entfallen. Das komplette Sicherheitshandling wird zu den einzelnen Antrieben verlagert.
• Ein geringerer Bedarf an Verkabelung durch den gesamten Roboterarm – zum Beispiel zwischen redundanten Encodern und einer Sicherheits-SPS – senkt Kosten, Komplexität und Störanfälligkeit.
• Schnellere Verarbeitung der Signale aufgrund kürzerer Wege erhöht die Sicherheit.
• Dezentrale Sicherheitsfunktionen – sprich lokale ‚Reflexe‘ – lassen sich implementieren. Dies bedeutet zum Beispiel, dass eine berührungssensitive Oberfläche (Roboterhaut) direkt mit dem Servoregler verbunden werden kann. Dieser reagiert direkt auf Sensor-Events und schaltet entsprechend in den richtigen Safety-Modus. Normalerweise würde die Haut an eine übergeordnete Instanz melden, die dann wiederum den Sicherheitsmodus schaltet und überwacht.
• Kosteneinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Sicherheitslösungen durch eine verringerte Systemkomplexität. Das heißt: Roboterhersteller können in vielen Anwendungen auf die Safety PLC verzichten. Zudem lässt sich ein sicherer Encoder einsparen, wenn man stattdessen zwei kostengünstige, nicht-sichere Drehgeber verwenden kann. Bei der Drehmomentüberwachung ist der Effekt noch stärker: Hier reicht lediglich ein nicht-sicherer Sensor, denn das sicherheitsrelevante redundante Signal kommt aus dem Stromregler selbst.
• Schnellere ‚Power Cycles‘, sprich sehr schnelles An- und Ausschalten.
• Gesteigerte Produktivität, da der Zugriff auf Maschinen im sicheren Modus möglich ist, ohne sie abschalten zu müssen. Klassische Safety schaltet hingegen in der Regel lediglich in den Modus Not-Aus/Not-Halt. Die wenigen Lösungen, die bereits heute in ‚Safe Motion‘ gehen, sind jedoch sehr komplex und kostenintensiv.

Das SMM unterstützt zwei Encoder und kann damit auch mit nicht-sicheren Encodern die sicheren Motion-Modi gewährleisten. Zudem bietet es analoge Eingänge, die zum Beispiel für erweiterte Sicherheitssensorik wie etwa berührungsempfindliche Oberflächen verwendbar sind. Dadurch entfällt zusätzlicher Hardware-Aufwand für die bei ­solchen künstlichen ‚Häuten‘ normalerweise benötigte, sichere Datenanforderung.

Abschließend ist wichtig zu betonen: Sicherheitsfunktionen an Robotik-Antrieben können zwar von gro-ßem Nutzen sein; sie stellen jedoch keine vollständige Sicherheitslösung dar. Vielmehr ist bei der Beurteilung der Gesamtsicherheit stets das komplette Robotik-System zu betrachten.

Autor:
Nikolai Ensslen ist Gründer und CEO von ­Synapticon.