Integrierte Effizienz

Spezial

Sicherheitsfeldbus – Das Sensor-Aktor-Interface AS-i ermöglicht wirtschaftliche Sicherheitslösungen bei innerbetrieblichen Transportsystemen. Die Integration der Muting-Funktionen in den ASi-Sicherheitsmonitor reduziert dabei den Verdrahtungsaufwand deutlich.

18. April 2011

Der sichere Betrieb von Maschinen und Anlagen erfordert zuverlässige Maßnahmen zum Schutz von Mensch und Material. Eine zeitlich unbegrenzte und vollständige Sicherung aller Anlagenteile geht jedoch häufig auf Kosten der Produktivität, sodass Schutzeinrichtungen oft mutwillig umgangen oder sabotiert werden. Der Sicherheitstechnikspezialist Leuze electronic hat deshalb in seinen ASi-Sicherheitsmonitor sogenannte Muting-Funktionen integriert, mit denen sich die Schutzfunktionen zeitlich begrenzt unterdrücken lassen, sodass die Produktivität automatisierter Anlagen signifikant steigt. Dennoch gewährleistet die Lösung den maximalen Sicherheitsgrad Pl e gemäß EN ISO 13849-1.

Muting wird immer durch mindestens zwei Muting-Sensorsignale eingeleitet, etwa durch den Einsatz von Funktionslichtschranken. Dies ermöglicht zum Beispiel den schnellen Transport von Paletten in oder aus dem Gefahrenbereich ohne Unterbrechung des Materialflusses und bei Gewährleistung des Personenschutzes.

Anschaulich zeigt dies eine Hochgeschwindigkeitspalettensortieranlage (Sorting Transfer Vehicle, STV), die der Materialfluss- und Handhabungsspezialist Daifuku zusammen mit dem Automatisierungssystemhaus UCS aus Wedel bei dem Antriebstechnikhersteller Nord Drivesystems in Bargteheide realisiert hat. Dabei bewegen sich Euro-Paletten und Gitterboxen auf Rollenbahnen. Für die Realisierung des Sicherheitskreises nutzten die Automatisierer den Übertragungsstandard AS-Interface (AS-i), erklärt Christian Fornée, der zuständige Projektleiter für Softwareentwicklung bei UCS: »Bei Anwendungen in der Fördertechnik ist AS-i die kostengünstigere und funktional ausreichende Variante zu Profibus, weil oft nur zwei Geschwindigkeiten mit Drehrichtungsumkehr gefordert sind.«

Aufgrund des räumlich knapp bemessenen Anlagenaufbaus bestand die Hauptproblematik darin, die automatisierte Übergabe der Ladehilfsmittel vom STV zur Fördertechnik reibungslos umzusetzen. Die Paletten kommen dabei etwa 12 Zentimeter vor dem Schutzfeld der für die Übergabebereichsüberwachung eingesetzten Sicherheitslichtgitter zum Stehen, weil sonst ein Stellplatz verloren gehen würde. Während dieser Wartephase dürfen die beiden als Muting-Sensoren dienenden Lichtschranken nicht bedämpft sein, da es sonst bei der vorliegenden Muting-Betriebsart »Parallel-Muting« zu einem Muting-Fehler kommen würde.

Bedingt durch den AS-i-Abfragezyklus sind die Muting-Lichtschranken deshalb leicht versetzt angeordnet. Da die Paletten mit einer Geschwindigkeit von 0,5 Meter pro Sekunde einfahren, muss auch beim Passieren des Schutzfelds auf ein rechtzeitiges Einleiten der Muting-Sequenz geachtet werden. Eine große Herausforderung hierbei war das versetzte Schalten der Muting-Sensoren, da die Ladehilfsmittel nicht immer parallel zur Fördertechnik stehen.

Komplexes System

Die gesamte Applikation bei Nord Drivesystems umfasst fünf Not-Halt-Bereiche, von denen drei auf AS-i Safety at Work basieren. Zwei weitere Bereiche werden konventionell über hartverdrahtete Signalgeber gesichert. Ein typischer Not-Halt-Bereich mit Muting umfasst zwei AS-i-Sicherheitsmonitore, neun Mehrstrahl-Sicherheitslichtschranken, neun Muting-Sensoren sowie drei ASi-Not-Halt-Taster. Jeder Not-Halt-Bereich wirkt auf seinen Arbeitsbereich und auf den entsprehenden Loop des STV.

Links und rechts des Sicherheitslichtgitters befinden sich Stellplätze auf den Ketten- und Rollenförderern. Der STV-Loop ist eingezäunt und kann zu Servicezwecken nur durch eine hierfür vorgesehene Zugangstür betreten werden. Ein Schlüsselkonzept erlaubt es, den Loop auch nach dem Betreten des Gefahrenbereichs wieder unter Spannung zu setzen, damit die Service-Mitarbeiter die Fahrzeuge im Einrichtbetrieb verfahren können.

Kostengünstige Lösung

Realisiert wird das parallele Muting über ein Sensor- und ein Maschinensignal. Dadurch kann auch eine nicht parallel stehende Palette das Schutzgitter passieren. Insgesamt werden 20 Mehrstrahl-Sicherheitslichtschranken zur Überwachung der Übergabebereiche und acht Not-Halt-Taster über den sicheren AS-i-Bus ausgewertet. Für Fornée hat dieser Aufbau nur Vorteile: »Die Sicherheitssensoren mit AS-i-Anschaltung sind eine sehr günstige Lösung, wenn man die Muting-Funktionalität in den AS-i-Sicherheitsmonitor verlegt. Dann bleibt der Verdrahtungsaufwand sehr gering gegenüber einer konventionellen Verdrahtung.«

Ausschlaggebend für die Wahl von Leuze electronic für die Ausrüstung mit Sicherheitskomponenten war deshalb, dass deren AS-i-Sicherheitsmonitore ASM1E-m und ASM2E-m standardmäßig mit wählbaren Muting-Funktionen ausgestattet sind. Damit ermöglichen sie auf AS-i-Basis die zeitlich überwachte Überbrückung der Schutzeinrichtung während des Materialtransports ohne Prozessunterbrechung.

Die Integration der Muting-Funktion in den AS-i-Sicherheitsmonitor ermöglicht eine besonders kostengünstige und flexible Automatisierungslösung, da die für die Muting-Auswertung benötigte Sensor-Peripherie aus Muting- und Sicherheitssensor direkt über AS-Interface abgefragt und durch den AS-i-Sicherheitsmonitor ausgewertet werden kann.

Der hauptsächliche Kostenvorteil liegt hierbei in der möglichen Realisierung von mehreren Muting-Bereichen mit nur einem AS-i-Sicherheitsmonitor. Bislang war hierfür die Muting-Funktion in jedem Sicherheitssensor selbst oder pro Muting-Bereich jeweils ein eigener Muting-Controller als Schaltschrankeinbaugerät notwendig. Zudem bietet Leuze electronic zur Zugangssicherung Mehrstrahl-Sicherheitslichtschranken mit integrierter AS-i-Schnittstelle, die direkt an das ASi-Kabel angeschlossen werden, was den Verkabelungsaufwand weiter reduziert.

Erschienen in Ausgabe: 03/2011