(Bild: Systembaukasten-Pilz)
Standardisierung, Modularisierung im Sinne der Industrie 4.0 sowie Komplexitätsreduzierung sind die Themen der Zukunft im Maschinenbau. Das Ziel ist, die Verfügbarkeit der Maschinen und Anlagen zu steigern. Ein wichtiger Baustein dazu sind Steuerungslösungen, mit denen sich Produktivität und Sicherheit in Einklang bringen lassen.
Dabei ist die enge Interaktion zwischen Mensch und Maschine ein wesentliches Kennzeichen produktiver Maschinen. Entsprechend nimmt die Bedeutung der sicheren Automatisierungstechnik am gesamten Automatisierungskonzept zu. Mit intelligenten, sicheren Automatisierungssystemen erhalten Anwender die notwendige Freiheit, um die sicherheitsrelevanten Anforderungen an Konstruktion, Bedien- und Servicekonzepte sowie Betreibervorschriften individuell umsetzen zu können. Je nach Maschine und gefordertem Sicherheitskonzept – abhängig von der vorgeschriebenen Risikobeurteilung – entsteht ein spezielles Anforderungsprofil an die Sicherheitstechnik. Das reicht von einer Stand-alone-Struktur (als standardisierbares Sicherheitssystem, anpassbar an jede bestehende Maschinensteuerung) bis hin zu einem System, das sowohl einheitlich die Aufgabenstellungen der Standards wie auch der Sicherheitsfunktionen abdeckt. Entscheidend für die Auslegung ist die Interoperabilität des Menschen mit der Maschine und die damit verbundenen gesetzlichen Anforderungen.
Der richtige Weg ist, während der Konstruktion anhand der Risikobeurteilung nach Maschinenrichtlinie 2006/42/EG den erforderlichen Perfomance Level (PL) nach EN ISO 13849-1 zu ermitteln und die Betriebs- und Bedienanforderungen im Sicherheitskonzept und -design der Maschine vorab festzulegen. Bei der Auswahl der Sicherheitssteuerungen und der verbundenen Komponenten muss daher darauf geachtet werden, dass diese dem geforderten Sicherheitslevel entsprechen bzw. den in den jeweiligen Ländern spezifischen Normen und Richtlinien. Der Beratung zu den aktuellen Normen und Richtlinien seitens des Herstellers von Sicherheitssteuerungen kommt dabei eine wichtige Rolle zu. Idealerweise erhalten Konstrukteure oder Betreiber von Maschinen das passende Sicherheitskonzept und die Berechnung geforderter Sicherheitslevel mit der Systemhardware aus einer Hand. Kundennahe Betreuung durch Experten sollte hier mit ein Entscheidungskriterium sein, da eine passende Beratung immer nur vor Ort – an der Maschine – erfolgen kann.
Die Sicherheit standardisieren
Bestimmende Größe für die Auswahl des passenden Sicherheitssystems ist die Anzahl der Sicherheitsfunktionen. Diese werden wesentlich über Größe, Art und Gefahrenpotenzial der Maschine beeinflusst. Einzelmaschinen haben gegenüber verketteten Maschinen naturgemäß weniger Sicherheitsfunktionen und benötigen keine übergeordnete Sicherheitsbereichsabschaltung. Für diesen Anwendungsfall eignen sich besonders konfigurierbare Steuerungssysteme, die mit vorkonfektionierten Funktionen die Anforderungen schnell und einfach umsetzen.
Durch den hohen Exportanteil von Serienmaschinen sind die Maschinenbauer gezwungen, je nach Land lokal bevorzugte Maschinensteuerungen zu berücksichtigen. Damit die Adaptionsfähigkeit der Sicherheitssysteme an die verschiedenen Maschinensteuerungen gegeben ist, müssen alle gängigen Feldbus- und Ethernet-basierenden Kommunikationssysteme unterstützt werden. Viele Maschinenhersteller setzen gegenwärtig auf Steuerungskonzepte, in denen Sicherheit und Standard voneinander getrennt sind, und definieren so gleichzeitig einen weltweit verwendbaren Sicherheitsstandard, der Kosten für Konstruktion und Betrieb reduziert. Mit konfigurierbaren Steuerungssystemen lassen sich Applikationen – unabhängig von der gewählten Prozesssteuerung und vom verwendeten Feldbussystem – sehr einfach realisieren. Dabei unterstützen Softwaretools zur Projektierung und Inbetriebnahme, die Anforderungen schnell und einfach umzusetzen. Gezielte Diagnosemöglichkeiten über Ethernet-Schnittstellen oder Feldbusse garantieren kurze Stillstandszeiten und hohe Verfügbarkeit.
Bild: Steuerungssystem – Pilz
Die Intelligenz verteilen
Verkettete Maschinen und Anlagen setzen sich aus Einzelmaschinen unter Umständen auch verschiedener Hersteller zusammen. Sie müssen nach Maschinenrichtlinie eine Gesamt-CE-Zertifizierung nachweisen, die den ordnungsgemäßen Betrieb der Anlage bescheinigt. Dafür ist eine maschinenübergreifende sichere Kommunikation Voraussetzung, die die einzelnen Sicherheitsbereiche mit den Sicherheitsfunktionen der Einzelmaschinen im Gesamtkontext verknüpft. Dabei kann die Sicherheitskommunikation schnell Dimensionen annehmen, die einer normalen Maschinensteuerung gleich kommt. Dann bieten sich Ethernet-basierende Kommunikationsplattformen an, die die Einzelsteuerungen untereinander verbinden. Durch die intensivere Kommunikation und den übergeordneten Sicherheitslogiken ist es ratsam, gleich auf Automatisierungssysteme zu setzen, die sowohl die Maschinenautomatisierung (Standardsteuerung) als auch die Sicherheitsfunktionen übernehmen.
Wichtig bei der Auslegung ist, dass die Einzelmaschinenautomatisierung ihren autonomen Charakter behält, damit die jeweiligen Hersteller ihre Gewerke komplett in Betrieb nehmen und abgenommen ausliefern können. Das bedingt, dass die Kommunikationsmechanismen Multi-Master-fähig sind und untereinander gleichberechtigt verbunden werden können. Im Gegensatz dazu werden bei der Master-Slave-basierenden Kommunikation alle Teilnehmer durch den Master koordiniert und über zentrale Logiken miteinander verbunden. Die Vorteile von Multi-Master-Systemen zeigen sich in einer höheren Verfügbarkeit durch lokale, unabhängige Automatisierungsstationen sowie einer höheren Produktivität infolge kürzerer Reaktionszeiten des Gesamtsystems. Durch die verteilte Intelligenz lassen sich Aufwände für Engineering, Inbetriebnahme und Wartung deutlich optimieren.
Autoren: Stefan Olding, Geschäftsführer der Tochtergesellschaft von Pilz und Kathrin Irmer
Checkliste für den Einkauf von Sicherheitssteuerungen
 | Wie viele Sicherheitsfunktionen sollen von der Sicherheitssteuerung überwacht werden? |
| Welche Module, Ein- und Ausgänge und Funktionen werden für die Anwendung benötigt? |
| Welches Sicherheitskonzept ist das Richtige für die Anwendung? Soll die Sicherheitssteuerung als Stand-alone-Lösung. als Sicherheitssystem, das an eine bestehende Steuerung angebunden wird oder als Steuerungslösung, die Standard- und Sicherheit integriert anbietet, eingebunden werden? |
| Muss die Sicherheit der Maschine auch bei abgeschalteter Maschinensteuerung gewährleistet werden? |
| Welches Automatisierungssystem bietet eine Lösung für Standard und Sicherheit? |
| Ist die Sicherheitssteuerung weltweit zertifiziert und bewährt? |
| Welche Feldbusanbindungen werden für die jeweilige Applikation benötigt? |
| Welche Diagnosemöglichkeiten werden benötigt? Ist eine Einbindung über den OPC Server in alle Visualisierungssysteme notwendig? |
| Welche Beratung zu Sicherheitsrichtlinien, Sicherheitskonzepten und Inbetriebnahmeprozessen bietet der Anbieter? Steht einlokaler Ansprechpartener (kurze Wege) zur Verfügung? |
Drei Fragen an Manfred Schuster, Leiter der Elektrokonstruktion bei Oystar A+F
Für welche Maschinen kaufen Sie Sicherheitssteuerungen ein?
Oystar A+F entwickelt und vertreibt unterschiedliche Verpackungsmaschinen – vom kompakten Schachtelaufrichter bis hin zur multifunktionalen Verpackungslinie für Manschettieren und Verpacken in einer Anlage.
Welche Anforderungen stehen für Sie im Vordergrund bei der Auswahl der Steuerung?
Wir setzen auf durchgängige und klar strukturierbare Sicherheitslösungen mit umfassender Diagnose, die unabhängig von der eingesetzten Betriebssteuerung eingesetzt werden kann.
Worauf achten Sie bei der Auswahl des Anbieters besonders?
Ein Anbieter sollte nicht nur Geräte- und Systemlieferant sein, sondern uns auch bei Konzeption, Auswahl der Produkte, Inbetriebnahme sowie Service und Support unterstützen.