Die von 3B-Fibreglass Norway hergestellten Glasfasern bilden das Ausgangsmaterial für die Produktion faserverstärkter Verbundwerkstoffe und anderer Produkte für industrielle Anwendungen. Das norwegische Unternehmen unterhält zwei hochmoderne Produktionswerke - eines am Firmensitz in Battice in Belgien sowie eines im norwegischen Birkeland. In letzterem befindet sich ein vollautomatisches Materialflusssystem inklusive zweier Roboterzellen. Die Versorgung der Roboter erfolgt mit Hilfe von Rollwagen, auf denen sich jeweils bis zu zwölf Glasfaserrollen befinden. Die beladenen Wagen werden dabei über einen Mitnehmer im Bodenfördersystem in die Zellen hineingezogen. Nachdem die Roboter die Rollen abgenommen und auf ein Förderband zum Weitertransport in Richtung der Verpackungsautomaten gelegt haben, werden die Leerwagen seitlich an der Roboterstation wieder ausgestoßen.

Herabhängende, schwingende Fasern mit wechselndem Abstand zueinander wie auch zum Wagengestell – „klassische“ Muting-Lösungen kommen hier an ihre Grenzen, nicht jedoch die Objekt-Mustererkennung des sicheren Lichtvorhanges.

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Die vom Anlagenbauer für die Zugangsabsicherung der zwei Roboterzellen mitgelieferte Muting-Lösung erwies sich in der Betriebspraxis als störanfällig und wenig zuverlässig. Dies lag zum einen daran, dass von den Rollen nahezu beliebig viele Fasern bis auf den Boden herabhängen können, sich dadurch im Lichtweg der über Spiegel umgelenkten Einstrahl-Lichtschranke befinden und so das System zum Ansprechen bringen. Erschwerend hinzu kam das intervallartige Bewegungsmuster der Transportwagen. Sowohl beim Ein- wie auch beim Ausfahren kommt es zu Rückstößen aufeinander prallender Wagen, das bedeutet, es findet kurzzeitig und für wenige Zentimeter ein Richtungswechsel statt. Dadurch kommen die herabhängenden Fasern ins Schwingen und ihr Abstand zueinander wie auch zum Wagengestell ändert sich auf beliebige Weise.

Eine Alternative zur klassischen Mutinglösung fand 3B-Fibreglass Norway in den „erfassungstoleranten" Lichtvorhängen vom Typ C4000 Fusion des Herstellers Sick. Hierbei handelt es sich um eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung, die Performance Level „e" nach EN ISO 13849 sowie IEC 61508 SIL3 entspricht. Der Lichtvorhang ist etwa 300 mm über dem Boden installiert - hoch genug über den Grundrahmen des Transportwagens und tief genug, um ein Unterkriechen unmöglich zu machen. In dieser Position blickt der Sensor auf die beiden 40 mm starken Vertikalstreben des Transportwagens. Sie wurden der intelligenten Mustererkennung als die Objekte eingelernt, die im festen Abstand zueinander das Überwachungsfeld passieren dürfen, ohne dass es zu einer sicherheitsgerichteten Abschaltung kommt.

Mensch-Material-Unterscheidung ohne Zusatzsensorik

Nur ein Lichtgitter, keine störanfällige Zusatzsensorik – so einfach und zuverlässig ist eine sichere Mensch-Material-Unterscheidung realisierbar.

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Alle Objekte, die kleiner sind als 40 mm - sprich die herabhängenden Glasfasern - können beliebig durch das Überwachungsfeld pendeln, da sie vom stets aktiven Sicherheits-Lichtvorhang orts- und richtungsunabhängig ausgeblendet werden und ebenfalls nicht zu Fehlauslösungen führen. Gleichzeitig ist das System so parametriert, dass alle Objekte mit einer Größe von 70 mm und mehr - zum Beispiel der Schuh oder das Bein einer Person im Überwachungsfeld - sicher erkannt und gemeldet werden.

Auf diese Weise ist es gelungen, ohne aufwendige und zudem störanfällige Zusatzsensorik sicher zwischen Mensch und Material zu unterscheiden und gleichzeitig Sicherheit mit einem Höchstmaß an Verfügbarkeit zu kombinieren. So wichtig wie die Leistungsfähigkeit der Sensorlösung selbst ist die Einhaltung einer Reihe von Vorgaben und Realisierungswünschen des Anwenders. Eine Forderung war beispielsweise die Beibehaltung der Anbindung an die übergeordnete Steuerung. Da die Logik der Überbrückungsfunktion bereits fest im Lichtvorhang integriert ist, ließ sich eine montageplatz- und verdrahtungsaufwandsparende Lösung auf der Grundlage von Sicherheitsrelais mit einem Ausgangserweiterungsmodul realisieren. Auf dieser Basis wurde für 3B-Fibreglass Norway ein modifizierter Verdrahtungsplan für die Plug&Play-Anbindung der Lichtvorhänge erstellt.

Der erste Anlauftest verlief ebenso positiv wie die vierwöchige Testphase: Während der gesamten Betriebsdauer gab es nicht eine einzige Fehlauslösung. Zudem hat die bessere Montagemöglichkeit des Lichtvorhanges nahe an der Gefahrenstelle die Gefahr mechanischer Beschädigungen oder Dejustagen weitgehend eliminiert. Aufgrund der guten Erfahrungen mit der neuen Zugangsabsicherung will 3B-Fibreglass Norway diese Technik auch für künftige Projekte dieser Art einsetzen. So werden im Rahmen des anstehenden Produktionsausbaus weitere Stationen wie ein Trocknungsofen in die Gesamtanlage integriert und „mustergültig" mit dem erfassungstoleranten Lichtvorhang ausgestattet.

Autoren: Thomas Deutscher ist Produktmanager Light Beam Systems in der Division Industrial Safety Systems bei Sick, Waldkirch.

Christian Ulbrich ist Vertriebsmitarbeiter bei Sick in Gjettum (Norwegen).

Die Technologie der Mustererkennnung

Das aus automatisierungstechnischer Sicht Besondere am Sicherheits-Lichtvorhang C4000 Fusion ist die Technologie der erfassungstoleranten Mustererkennung. Die sichere Unterscheidung zwischen Mensch und Material erfolgt dabei dadurch, dass statische Muster (zum Beispiel die Vertikalstreben des Transportwagens für die Glasfaserrollen) und dynamische Muster (Hosenbein einer Person) erfasst und bewertet werden. Hierzu werden dem horizontal installierten Sicherheits-Lichtvorhang mittels einer entsprechenden Konfigurations- und Diagnosesoftware zulässige Muster-Typen eingelernt - unter anderem die Größe sowie die Anzahl und die Geometrie der Streben. Gleichzeitig ermöglicht es die intelligente Mustererkennung, prozess- oder umfeldbedingte Störgrößen als solche zu erkennen und auszublenden.

Drei Merkmale beziehungsweise Funktionen sind hierfür verantwortlich: Das Multiscan-Verfahren, die reduzierte Auflösung und die redundante Sender-Empfänger-Synchronisation. Multiscan beruht auf einer Erhöhung der Scan- Rate (Abfrage der nicht unterbrochenen Lichtwege der einzelnen Sende-Elemente) sowie auf der intelligenten Auswertung der Scan-Ergebnisse. Dadurch kann das System sicher unterscheiden, ob einArm oder eine Person einzelne Strahlen des Schutzfeldes unterbricht oder ob es sich beispielsweise um temporäre Störobjekte handelt.

Die reduzierte Auflösung erlaubt dauerhaft die Anwesenheit von beweglichen Objekten im Überwachungsfeld, ohne ein Ansprechen der Sicherheitseinrichtung auszulösen. Dabei muss der Bereich der reduzierten Auflösung nicht ortsfest sein, sondern ist auch dynamisch definierbar: Es wird nur die Anzahl der auszublendenden Strahlen des Lichtvorhanges festgelegt; der Ort der Ausblendung ergibt sich im Prozess. Schließlich trägt auch die redundante Synchronisation zur Verfügbarkeit bei, denn die elektronische Abstimmung des Sende- und des Empfängermoduls erfolgt innerhalb des Lichtvorhanges über mehrere Lichtstrahlen.