Innovation und Sicherheit

Maschinensicherheit – Sichere Automatisierungstechnik muss heute hohe Sicherheit mit Wirtschaftlichkeit und Flexibilität in der Produktion verbinden.

18. Dezember 2008

In der sicheren Automatisierungstechnik ist vieles in Bewegung. Die Hersteller sind heute gefordert, die Anforderungen des Maschinen- und Anlagenbaus nach hoher Sicherheit einerseits sowie hoher Wirtschaftlichkeit und Flexibilität in der Produktion andererseits zu erfüllen. Dabei zeichnen sich verschiedene Trends ab. Gefragt sind zum Beispiel ganzheitliche und aufeinander abgestimmte Lösungen vom Sensor bis zum Aktor. Zudem ist Ethernet als durchgängiges Kommunikationssystem auf dem Vormarsch, sodass IT- und Automatisierungswelt enger zusammenwachsen, was neue Anforderungen nicht nur an Safety, sondern auch an Security mit sich bringt. Ein weiterer Trend geht hin zu dezentralen, autarken Zellenautomatisierungen und dem damit möglichen mechatronischen Modularisierungsansatz. Damit die Vernetzung mehrerer Steuerungen nicht zu einer höheren Komplexität führt, ist eine wichtige Aufgabe zudem, die Handhabung für den Anwender zu vereinfachen und gleichzeitig die Flexibilität deutlich zu steigern. Nicht zuletzt beeinflussen zahlreiche Vorschriften und Richtlinien die Trends in der sicheren Automation. So sind derzeit eine Reihe von Normen und Richtlinien zur Maschinensicherheit neu hinzugekommen oder geändert worden. Die beiden wesentlichsten Änderungen sind die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG, die zum 29.12.2009 in Kraft treten wird, sowie die Ablösung der Norm EN 954-1 durch die EN ISO 13849-1. Hinzu kommt die neue Norm DIN EN 62061 als Sektornorm der DIN EN 61508.

Schwierige Umstellung

Allgemein zu erwarten ist dabei, dass der Umstellungsprozess die sicherheitstechnische Lösung für den Anwender nicht einfacher machen wird. Erstmals stehen damit nämlich Methoden zur Verfügung, die eine quantitative Auslegung und Verifikation aller Schutzeinrichtungen erlauben. Für die Hersteller heißt dies, die Produkte dafür auszulegen und für die Anwender, diese Veränderung als Chance zu begreifen und aktiv umzusetzen.

Die neuen Normen berücksichtigen im Wesentlichen den kompletten Lebenszyklus einer Maschine oder Anlage von der Konstruktion bis zur Verschrottung. Die quantitative Betrachtung liefert zudem eine Methode, mit der sich jede Wirkungskette durchgängig vom Sensor bis zum Aktor berechnen und mit den ermittelten Anforderungen der Risikoanalyse vergleichen lässt. Hersteller wie Pilz, die mit ihren Produkten in allen Segmenten der Kette vertreten sind, können den Anwendern deshalb exakt abgestimmte Lösungen anbieten und auf diese Weise Komplexität und Schnittstellenaufwand reduzieren.

Ganzheitliche Lösung

Die Zukunft gehört daher systemischen Lösungen, die den Anwender vom Engineering bis zur Wartung unterstützen, die offen und durchgängig sind und die Automation in ihren Aspekten Prozesssteuerung und Sicherheit verzahnen. Eine intelligente Verzahnung von Sicherheitstechnik einerseits und Standard-Steuerungstechnik andererseits berücksichtigt die unterschiedlichen Anforderungen beider Systemwelten gleichermaßen. Die Forderung nach kurzen Reaktionszeiten und Rückwirkungsfreiheit beispielsweise lässt sich nur dann umsetzen, wenn bei der Entwicklung von vornherein beide Welten berücksichtigt wurden. Vorteile bieten dementsprechend kombinierte und darauf ausgerichtete Systeme.

Ein weiterer Trend in dieser Hinsicht ist die Integration der Sicherheit in die Antriebstechnik unter dem Stichwort Safe Motion. Hier wird die Integration von Sicherheitsfunktionen weiter zunehmen und so dem Anwender Lösungen aus einem Guss bieten. Sichere Antriebslösungen sind somit ein elementarer Bestandteil einer kompletten Automatisierung: Sie schützen Mensch und Maschine, ohne den Produktionsprozess einzuschränken. Die Herausforderung besteht hier in der nahtlosen Verzahnung der Sicherheitstechnik mit den komplexen Motion Control-Strukturen.

Mit der Integration von Sicherheitsfunktionen erhalten Anwender künftig Lösungen aus einem Guss, die zur Ergonomie, Verfügbarkeit und schließlich zur Produktivität von Maschinen beitragen werden. Produkte und Systeme werden dabei aber nur eine Seite der Medaille sein. Immer wichtiger werden nämlich Dienstleistungen, die den Anwender applikationsspezifisch gezielt mit Know-how unterstützen, sodass die Unternehmen sich einerseits auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren können und sie andererseits die Sicherheit als Unternehmenswert in kompetente Händen legen.

Durchgängiges Ethernet

Im Bereich der Vernetzung und Datenübertragung dringt mit Ethernet die Office-Kommunikation in die Automatisierung vor. Hier zeigt sich eine ähnliche Entwicklung wie bei den Standardfeldbussystemen, indem bereits bestehende Protokolle nachträglich um ein Safety Layer erweitert werden. Einen anderen Weg gehen die Systeme, bei denen die besonderen Eigenschaften und Anforderungen einer rückwirkungsfreien und hochleistungsfähigen Sicherheitstechnik von An fang an berücksichtigt wurden.

Durch die Verschmelzung der Bereiche Office und Automation, insbesondere mit Blick auf die offenen Schnittstellen eines Ethernet- Systems sowie den Einsatz von Funksystemen in der Industrie, wird den Aspekten Security, Verfügbarkeit sowie Safety eine höhere Bedeutung zukommen müssen.

Dezentral und Standard

Weiter voranschreiten wird auch die Dezentralisierung von Steuerungsfunktionalitäten. Dabei gilt es zwei Aspekte zu unterscheiden: In einem ersten Schritt reduziert die Dezentralisierung der Peripherie den Verkabelungsaufwand und die damit verbundenen Kosten, in einem zweiten Schritt lassen sich aber auch identische Steuerungsprogramme und ihre Teilfunktionen dezentralisieren, was wiederum die komplette Modularisierung in Form von Maschinenelementen ermöglicht. Ziel ist es dabei, möglichst viele Teile identisch wiederverwenden zu können. So lassen sich Automatisierungsprojekte einfacher standardisieren. Erfolgreich angewandt wird dieses Prinzip schon im Bereich der Mechanik und bei hardwarenahen Komponenten.

Defizite gibt es heute allerdings noch bei der Dezentralisierung der Steuerungstechnik. Dabei gehen die heute angebotenen Lösungen für die Vernetzung mehrerer Steuerungen für den Anwender noch mit einer deutlich höheren Komplexität einher. Nach unserer Einschätzung werden sich hier Lösungen durchsetzen, welche die Vernetzung mehrerer Steuerungen für den Anwender einfach zu handhabend machen und Probleme mit Schnittstellen von vornherein vermeiden. Im Idealfall bleiben die Teilungsgrenzen in der Mechanik, der Hardware und der Steuerungssoftware identisch. Für den Anwender bleibt so eine zentrale Sichtweise auf ein verteiltes Steuerungssystem erhalten.

Einfache Anwendung

Anbieter wie Pilz haben deshalb den Anspruch, die Handhabung ihrer Lösungen noch weiter zu vereinfachen, weil auch die Einfachheit einer Lösung die erreichte Sicherheitsstufe bestimmt.

Eine bewertende Gesamtbetrachtung des Lebenszyklus von Maschinen und Anlagen setzt voraus, dass sich alle relevanten Projektphasen über softwarebasierte Werkzeuge abbilden lassen – von der Angebotsphase bis hin zur Inbetriebnahme. Damit ist gewährleistet, dass Teilergebnisse und einzelne Arbeitsschritte für nachfolgende Aufgaben verfügbar sind und es weniger Diskrepanzen bei Daten und Informationen gibt.

Problemlos programmieren

Infolge dieser Entwicklung wird die einfache Handhabung von Produkten zur Programmierung oder Konfiguration immer mehr zum Differenzierungsmerkmal von Hardware-Produkten, da sie sich in ihren technischen Eigenschaften weniger als in der Vergangenheit voneinander unterscheiden können. Wurden früher Geräte über unterschiedliche Verdrahtungsvarianten miteinander verschaltet, geht der Trend heute hin zu bedienerfreundlichen Software-Lösungen. Bei einem größeren Funktionsumfang und damit erhöhter Komplexität ist es das Ziel, durch eine gute Diagnose das Engineering und die Handhabung im Servicefall zu vereinfachen.

Verbesserte Integration

Die sichere Automation war seither weitgehend geprägt von einer räumlichen Trennung zwischen dem Menschen und zum Beispiel einer gefahrbringenden Bewegung. War ein Zugang notwendig, so wurde der Prozess durch schaltende Sensoren, etwa Schutztürschalter, in einen sicheren Zustand überführt. Dieses Vorgehen hat sich bewährt, da es auf sehr robuste und einfache Prinzipien aufsetzt. Gleichzeitig hat es aber auch den Nachteil, dass der Prozess häufig abgestoppt und wieder angefahren werden muss. Neue Technologien wie beispielsweise die Bildverarbeitung eröffnen hier vollkommen neue Möglichkeiten, die Zusammenarbeit von Mensch und Maschinen zu optimieren und Potenziale für eine höhere Produktivität und Wirtschaftlichkeit zu eröffnen.

Armin Glaser, Pilz GmbH & Co KG/bt

Fakten

- Systemische Lösungen reduzieren Komplexität und Schnittstellenaufwand.

- Die Integration der Sicherheit in die Antriebstechnik ermöglicht Lösungen aus einem Guss.

- Das Vordringen offener Schnittstellen und des Ethernet-Systems sowie der Einsatz von Funksystemen stellt neue Ansprüche an Security, Verfügbarkeit sowie Safety

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2009