Maschinensicherheit beginnt schon bei der Konstruktion
Endkunden vereinfachen ihre Betriebsabläufe mit intelligenten Sicherheitssystemen
Autor: Detlef Grundke, Solution Architect Integrated Architecture Safety Systems
Mit neuen Sicherheitstechnologien wie zum Beispiel programmierbaren Sicherheitssteuerungen können Maschinen und Anlagenbauer die Zugriffsstrategien für ihre Maschinen vereinfachen und die Anlagenverfügbarkeit bzw. Produktivität verbessern. Der Betrieb der Sicherheitssysteme lässt sich exakt auf die erforderlichen Aufgaben und Anforderungen für unterschiedliche Betriebsarten wie zum Beispiel Werkstücke einrichten. Man kann eine Störung entfernen oder den Prozess optimieren und abstimmen. Der Bediener erhält zusätzlich eine schnellere Fehlerdiagnose, sodass unnötige Wartezeiten verkürzt werden und die Maschine schneller wieder produzieren kann. Dies bedeutet eine erhebliche Verbesserung der Maschinenlaufzeit.
Viele Anlagen- und Maschinenbauer haben diese Chance eines modernen Sicherheitskonzeptes erkannt und setzen auf konfigurierbare bzw. programmierbare Sicherheitssysteme. Vergleichbar mit der Standard-Automatisierungstechnik lassen sich auch Sicherheitssteuerungen für unterschiedliche Funktionen programmieren und an die jeweilige Aufgabe anpassen.
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Moderne Fertigungsanlagen sind heute so konzipiert, dass ihre optimale Auslastung ein Höchstmaß an Flexibilität und Produktivität ergibt. Der automatische Betrieb wird aber jäh unterbrochen, sobald der Mensch in die Maschine eingreift.
Maschinenbauer verfügen über eine Reihe technischer Lösungen für die Optimierung unterschiedlicher Betriebsarten. Diese ermöglichen einen vereinfachten Zugriff auf die Maschine und können wie folgt aussehen:
Verbesserte Diagnose: Moderne Maschinen und Anlagen werden mit elektronischen Feldbussystemen überwacht und gesteuert. Zusätzlich erhält der Bediener detaillierte Informationen sowohl aus seiner Standard-Automatisierung als auch aus seiner Sicherheitssteuerung. Ausfälle einzelner Sicherheitskomponenten oder Signalfehler eines Sicherheitskreises werden erkannt und sind auf einem Bedien-Panel ablesbar. Maschinenbetreiber und Wartungspersonal erhalten somit eine schnelle Fehlerdiagnose rund um das Sicherheitssystem.
Überwachte Energieversorgung: Der Bediener einer robotergestützten Schweißzeile benötigt für die Ausübung seiner Tätigkeit unterschiedliche Betriebsarten. Im Teach-Modus des Roboters überwacht die Sicherheitssteuerung den notwendigen Zustimmschalter auf Mittelstellung und unterbricht im Notfall die Energieversorgung. Im Tipp-Modus begrenzt das Sicherheitssystem die reduzierte Geschwindigkeit sicher und schaltet den Roboter bei Überschreitung des definierten Maximalwertes ab. Auch bei der Einrichtung der Werkzeuge innerhalb der Roboterzelle überwacht die Sicherheitsteuerung jede einzelne Energieversorgung und kann bei Eintritt eines gefährlichen Zustands jeden Sicherheitskreis unterbrechen. Während des normalen Roboterbetriebs erlaubt das System einen überwachten Bedienerzutritt für die Zuführung von Werkstücken und ermöglicht so eine optimale und unterbrechungsfreie Produktion.
Sichere Sonderfunktion: Mit den Betriebsmodi „Tipp“ oder „Jog“ lässt sich das Risiko bei Wartungsarbeiten bei entsprechender Überwachung durch eine Sicherheitssteuerung minimieren. Mit dem Tipp-Modus legt der Anwender fest, welche Schutztüren geöffnet werden dürfen, ohne dass das System abgeschaltet wird. Bewegliche Maschinenteile werden nur dann bewegt, wenn der Bediener den sicheren Befehl dazu gibt. Dies schränkt die Gefahr durch bewegliche Maschinenelemente ein, die sich auch außerhalb des Sichtbereichs des Bedieners befinden. Zusätzlich schaltet die Sicherheitssteuerung gefährliche und für die Wartungsarbeiten nicht erforderliche Versorgungsspannungen ab.
Sichere Antriebsüberwachung: Die Funktionen der sicheren Antriebsüberwachung wie z.B. sichere maximale bzw. sicher reduzierte Geschwindigkeit erlauben dem Bediener den sicheren Zutritt für Wartungsarbeiten, ohne die Maschine vollständig anzuhalten.
Sicherer Halt: Mit Hilfe der „Safe Torque Off“-Funktion (sicher abgeschaltetes Moment) wird die Energieversorgung eines modernen Antriebs mit Hilfe einer sicheren Impulssperre der Leistungshalbleiter sicher unterbrochen. Der Antrieb hat kein Drehmoment und kann somit keine gefährliche Bewegung mehr erzeugen. Der Bediener kann trotz anliegender Versorgungsspannung Störungen an der Maschine beseitigen und anschließend eine schnellen Neustart einleiten. Diese Technik erlaubt kürzere Wiederanlaufzeiten bei einem Maschinen-Warmstart und reduziert gleichzeitig den Verschleiß an den Antrieben.
Zonenüberwachung: Maschinen oder Prozesse lassen sich in Teilbereiche, so genannte „Zonen“, aufteilen. Diese arbeiten sicherheitstechnisch eigenständig. Programmieren lässt sich diese Eigenschaft mit Hilfe einer Sicherheitsteuerung. Der Bediener kann so den Gefahrenbereich für Wartungsarbeiten betreten, ohne die anderen Teilbereiche der Anlage zu beeinträchtigen. Diese Vorgehensweise verbessert die Produktivität, weil der wiederholte und zonengerechte Zugriff auf die Maschine nicht zur vollständigen Abschaltung der Produktion führt.
Es gibt verschiedene Technologien, die Service-Abläufe optimieren und den Zugang zur Maschine für kleinere Wartungsarbeiten ermöglichen |
Alle diese Beispiele zeigen auf, wie sich die Maschinen- und Anlagenverfügbarkeit erhöhen lässt, wenn man unterschiedliche Betriebsarten oder auch detaillierte Fehlerdiagnosefunktionen bereits bei der Planung implementiert. Die Stillstandzeiten bis zur Wiederherstellung der Produktion minimieren sich dadurch erheblich.
Die optimale Wartbarkeit der Maschine erhöht die Laufzeit und somit den Gewinn. Legt man z.B. eine Zeitersparnis von 15 Minuten pro Schicht/Maschine und einen Erlös von € 10.000 zugrunde, ergibt sich bei zwei Schichten mit je 8 h und 250 Arbeitstagen pro Jahr ein Produktivitätszuwachs von über € 156.000.
Der Schlüssel ist die Risikobeurteilung
Die Durchführung einer Risikobeurteilung spielt eine entscheidende Rolle, wenn ein Unternehmen eine Maschine mit all ihren Funktionen inklusive der Wartungsabläufe konzipiert. Mit Hilfe dieser Analyse werden alle Gefahrenpotenziale an einer Maschine identifiziert, die Risiken richtig eingeschätzt und geeignete Maßnahmen zur Risikominderung für den optimalen Schutz des Maschinenbedieners ausgewählt. Auf dieser Basis lassen sich verschiedene Lösungskonzepte mit dem Ziel untersuchen, das verbleibende Risiko auf ein vertretbares Maß zu reduzieren. Das Ziel einer Risikobeurteilung ist eine in sämtlichen Phasen ihrer Lebensdauer sichere Maschine, die ihre Funktion sicher ausführt und sowohl die Belange des Bedieners als auch fertigungs- und produktionstechnische Anforderungen erfüllt. Hierbei werden auch alle Aspekte des optimalen Betriebs, der einfachen Wartung und Reinigung berücksichtigt. Aus dem Prozess der Risikobeurteilung entsteht ein Sicherheitskonzept, das eine geeignete Auswahl an Schutzmaßnahmen zur Risikominderung bereithält. Diese Auswahl ist außerdem für die ursprüngliche Risikobeurteilung erforderlich, die durch ein Risiko-Analyseteam ermittelt wurde.
Wer als Hersteller oder Endanwender eine eigene Risikoanalyse durchführen möchte, kann auf verschiedene Standards zur Risikobeurteilung zurückgreifen. Zu den wichtigsten Normen gehören hier EN ISO 12100 und ISO 14121.
Nächste Schritte
Ein Systemansatz zur Optimierung der Betriebsabläufe ist am effektivsten, wenn er bereits während der Maschinenentwicklung berücksichtigt wird. Also bereits in der Phase, in der man die prinzipiellen Maschinenfunktionen sowie alle mechanischen, elektrischen und weiteren Elemente der Anlage bestimmt.
Indem Unternehmen die Maschinenspezifikationen überarbeiten, können sie den Maschinenbauer dazu veranlassen, die Vereinfachung von Wartungsabläufen bereits bei der Erstellung des Angebots für die Konstruktion einer Maschine einzubeziehen.
Sind Anlagen bereits installiert oder befinden sich gerade im Aufbau, so werden die vorhandene Risikobeurteilung und die Maßnahmen zur Risikominderung
vervollständigt, um einerseits einen sicheren Arbeitsplatz mit möglichst geringem Restrisiko und andererseits einer optimal produzierenden Maschine zu gewährleisten.
Maschinenkonzepte, die flexible Wartungsarbeiten erlauben, haben sich bereits in zahlreichen Sicherheitsanwendungen in der Praxis bewährt. Hersteller und OEMs sollten darüber nachdenken, wie sie ihre Anlagen- und Sicherheitsentwürfe verbessern können, um Bediener optimal zu schützen und zugleich die Produktivität ihrer Anlagen zu steigern.
Bei Interesse an weiteren Informationen senden Sie eine E-Mail an folgende Adresse: info_at@ra.rockwell.com Betreff: Safety & Design
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