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Safety und Security an Bord 

24. Oktober 2022, 15:43 Uhr | Manuel Schön
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Mit dem Können fahrerloser Transportsysteme – ob spurgebunden oder frei navigierend – steigt auch deren Komplexität. Ergo stellen die mobilen Plattformen hohe Anforderungen an die Sicherheit – mit einem Kollisionsschutz von Mensch und FTS ist es nicht getan!

Teil der Smart Factory sind Produktionsumgebungen, die sich selbst organisieren und auf intelligenten Einheiten basieren: Maschinen koordinieren selbstständig Fertigungsprozesse, kollaborative Roboter in der Montage arbeiten Hand in Hand mit Menschen und fahrerlose Transportsysteme erledigen eigenständig Logistikaufträge. Mehr und mehr dieser mobilen Einheiten transportieren im Bereich der Intralogistik Material oder Waren von Punkt A nach Punkt B. Ihr Beitrag zur Wertschöpfung in der Produktion ist der reibungslose Warenfluss. Daher gilt es wie bei anderen Maschinen auch, Stillstandzeiten möglichst zu vermeiden. 

Spurgeführte Systeme wie klassische fahrerlose Transportsysteme ähneln Zügen oder Straßenbahnen, die vordefinierten Bahnen folgen. Daneben gibt es frei navigierende Fahrzeuge, sogenannte Autonomous Mobile Robots (AMRs), die in ihrer Routenfindung ausnahmslos flexibel sind. Eins aber ist beiden Arten von fahrerlosen Transportsystemen (FTS) gemeinsam: In ihrem dynamisch wechselnden Umfeld, das sie sich mit dem Menschen, anderen FTS und Maschinen teilen, müssen sie sicher sein. Wie aber lassen sich Produktivität und Sicherheit in der mobilen Robotik bestmöglich vereinen?

Markierungen folgen – aber sicher

Einfache FTS folgen auf ihrem Weg Markierungen im Boden, beispielsweise von einer Maschine zum Warenlager. Gibt es auf dieser Spur Hindernisse wie etwa Paletten müssen die FTS laut ISO 3691-4 (Flurförderzeuge – Sicherheitstechnische Anforderungen und Verifizierung – Teil 4: Fahrerlose Flurförderzeuge und ihre Systeme) entsprechend ihrer Geschwindigkeit definierte Warn- und Sicherheitszonen einhalten, die zum Beispiel zu einem Stopp des FTS führen.

Eine solche Absicherung – und damit zugleich die produktive Flächenüberwachung für den Kollisionsschutz – übernimmt beispielsweise der Sicherheits-Laserscanner ‚PSENscan‘ von Pilz. Bei Bedarf kann er in den Stand-by-Modus mit automatisierter Autoreset-Funktion wechseln, was einen zeitsparenden Wiederanlauf des FTS garantiert. Zusätzlich protokolliert der Sicherheits-Laserscanner Fehlerlisten, um eine schnelle Diagnose zu ermöglichen. 

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Die ROS-Pakete des Sicherheits-Laserscanner PSENscan von Pilz stellen die Daten zur dynamischen Navigation von fahrerlosen Transportsystemen bereit.
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Sollen über den sicheren Stillstand hinaus weitere Sicherheitsfunktionen wie zum Beispiel Not-Halt abgedeckt werden, bietet sich eine flexible Lösung aus dem Sicherheits-Laserscanner und dem modularen Sicherheitsrelais ‚myPNOZ‘, auch Pilz, an, das aus einem Kopfmodul mit bis zu acht frei kombinierbaren Erweiterungsmodulen besteht. Anwender können sich eine bedarfsgerechte individuelle Sicherheitslösung zusammenstellen, die sich bei einer eventuellen künftigen Erweiterung der Funktionen beliebig ergänzen lässt.

Sichere Sensorik im freien Feld

Frei navigierende mobile Plattformen (AMRs) können Hindernisse oder Personen umfahren. Aus diesem Grund sind die benötigten Sicherheitsfunktionen komplexer: Das heißt zum einen, dass sichere Sensorik wie etwa Laserscanner für die freie Navigation permanent die Umgebung erfassen muss. ‚PSENscan‘ kann die Daten über die UDP-Schnittstelle, die C++-Bibliothek oder die ROS (Robot Operating System) Pakete auslesen, so dass Anwender sie für ihren eigenen SLAM-Algorithmus (Simultaneous Localisation and Mapping) nutzen können. Auf diese Weise lassen sich Umgebungskarten für die Navigation erstellen. Bis zu 70 Schutzfelder können mit dem Sicherheits-Laserscanner aufgebaut werden, so dass eine dynamische Schutzfeldanpassung rund um das FTS entsteht.

Bei hoher Geschwindigkeit umfassen die Schutzzonen einen weiteren Radius, um Hindernisse frühzeitig zu erkennen, bei langsamen Geschwindigkeiten entsprechend einen kleineren, um möglichst keine Stillstände zu generieren. So bewegt sich das FTS effizient. Das Anwählen der entsprechenden Schutzzone des Sicherheits-Laserscanners übernimmt die konfigurierbare Kleinsteuerung ‚PNOZmulti‘ mit einem Erweiterungsmodul zur Antriebsüberwachung. Zusammen mit dem Zugangsberechtigungssystem ‚PITreader‘, dem Not-Halt-Taster ‚PITestop‘ sowie der Muting-Lampe ‚PITsign‘ bietet Pilz ein komplettes Lösungspaket für eine effiziente und sichere Überwachung mobiler Anwendungen. 

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Komplettlösung zur Absicherung spurgebundener FTS bestehend aus dem Sicherheits-Laserscanner PSENscan für die produktive Flächenüberwachung, dem modularen Sicherheitsrelais myPNOZ, wenn noch weitere Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt abgedeckt werden sollten, und der Industrie-Firewall SecurityBridge für den Schutz vor Manipulation.
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Die Security nicht vergessen! 

Frei navigierende FTS kommunizieren in Produktionshallen per Funk mit ihrer Leitsteuerung und werden dadurch für Eingriffe oder Manipulationen von außen angreifbar. Kartendaten könnten abgefragt, FTS und damit die laufende Produktion im schlimmsten Fall still gesetzt werden. Aus diesem Grund bringt Pilz Industrial Security mit an Bord: Zur Komplettlösung für mobile Plattformen gehört neben der sicheren Sensorik sowie Sicherheitsschaltgeräten auch die Industrie-Firewall ‚SecurityBridge‘. Diese sorgt dafür, dass während des Betriebs niemand unautorisiert auf das interne IT-Netzwerk der mobilen Plattform zugreifen kann. 

Der ‚Reisepass für Europa‘

Bei Bedarf übernimmt Pilz die internationale Konformitätsbewertung eines FTS bis zur CE-Kennzeichnung – auch für die gesamte Applikation. Nachfolgend ein Beispiel aus der Praxis zur Verdeutlichung: Die kanadische Tochtergesellschaft von Pilz hat für einen dort ansässigen AMR-Hersteller die CE-Konformitätsbewertung begleitet und durchgeführt. Das Projekt umfasste die CE-Kennzeichnung von drei Fahrzeugtypen – inklusive Auditierung und Zertifizierung.

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Manuel Schön ist Produktmanager Robotik bei Pilz in Ostfildern.
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Zudem sollte die geplante Serie eines selbstfahrenden Gabelstaplers das CE-Zeichen erhalten. Der Anspruch war, dass alle Fahrzeuge vor dem Verkauf nach Europa die Konformität erfüllen. Die Herausforderung: Die Fahrzeuge waren mit einem nicht zertifizierten, eigenentwickelten Steuerungssystem ausgestattet, das sicherheitsrelevante Funktionen beinhaltet. Dafür gab es aber noch keinen Zertifizierungsprozess. Denn mit dem CE-Zeichen versehene Produkte unterliegen keinen nationalen Vorschriften in der EU. Nicht umsonst ist beim CE-Zeichen daher auch vom ‚Reisepass für Europa‘ die Rede.

Als Arbeitsgrundlage diente die ISO 3691-4, die die sicherheitstechnischen Anforderungen und die Verifizierung in Bezug auf Flurförderzeuge festlegt. In enger Abstimmung mit dem Kunden wurden die verschiedenen Aspekte erarbeitet, um am Ende ein Checklisten-Dokument zur Verifizierung des EHSR (Essential Health and Safety Requirements) gemäß Anhang E der ISO 3691-4 zu erstellen.


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