Produktiver mit mehr Sicherheit

Sicherheitsschaltung - Servo-Antriebe, die sich per Opensafety nahtlos in Powerlink basierende Netzwerke integrieren und zeitnah den Motor überwachen, reduzieren die Fehlerreaktionszeiten gegenüber traditionellen Sicherheitsschaltungen um den Faktor 10.

07. Juni 2010

Wenn es um den Schutz des Lebens und der Gesundheit von Menschen bei der Ausübung ihrer beruflichen Tätigkeit geht, sollte es keine Kompromisse geben – eigentlich. Im Alltag kommen diese Kompromisse leider dennoch vor. Warum das so ist, liegt an drei Ursachen. Erstens: Der Arbeitnehmer möchte die Maschine, an der er arbeitet, vor allem optimal bedienen können. Dieser Wunsch konkurriert dann mit der Forderung nach der maximalen Sicherheit. Zweitens: Auch die Unternehmer müssen mit einem Interessenskonflikt klarkommen. Dieser ist noch größer als derjenige der Arbeitnehmer: Zwar muss die qualifizierte Arbeitskraft erhalten bleiben, aber sie muss auch – gemeinsam mit dem ebenfalls zu schützenden investierten Kapital – maximale Produktivität bringen. Drittens: Technische Lösungen können nie perfekt sein. Genauso wenig wie bewegte Maschinenteile nicht ohne Bremsweg zum Stillstand gebracht werden können.

Hundertmal mehr Sicherheit

Traditionelle Sicherheitsschaltungen mit Abschaltrelais etwa weisen schon systembedingt gewisse Reaktionszeiten auf, die man mit der Schrecksekunde von Autofahrern vor der Notbremsung vergleichen kann. Typischer weise beträgt die Fehleraufdeckungs- und Reaktionszeit, etwa bei Überschreitung der sicheren Höchstgeschwindigkeit im Einrichtbetrieb, ungefähr 80 ms. Verursacht eine falsche Sollwertvorgabe aus dem Steuerungssystem den Fehler, kann der Antrieb in dieser Zeit voll beschleunigen, ehe die gebräuchliche Drehmomentfreischaltung und eine gegebenenfalls zusätzlich aktivierte Kurzschlussbremsung einsetzen. Das hat Auswirkungen auf die Energie, mit der ein Hindernis getroffen wird, und verlängert natürlich den Gesamtanhalteweg. Um das geforderte Sicherheitsniveau aufrechtzuerhalten, muss daher die zulässige Geschwindigkeit entsprechend niedrig angesetzt werden. Auf eine völlig neue Basis stellt B&R die Berechnung von Anhaltewegen und Aufprallenergie. Und zwar dadurch, dass das Unternehmen die Sicherheitstechnik direkt in Servoantriebe und –motoren integriert: Über sicher auf den Motorwellen aller Synchron-Servomotoren von B&R montierte, nach EN ISO 13849 zertifizierte volldigitale Geber mit hoher Genauigkeit und Auflösung, überwacht die serienmäßig eingebaute relaislose Sicherheitsschaltung Safe-MC in den Acopos-Multi-Antriebsgeräten ständig jede Reaktion des Motors auf die Anweisungen des Servoverstärkers.

Um zusätzliche Reaktionszeiten zu vermeiden, hat B&R die Elektronik direkt in den Antrieb integriert. Dadurch gelang es dem Unternehmen, die Fehlerreaktionszeit auf 7 ms zu reduzieren. Dies lässt dem Motor weniger als ein Zehntel der bisher üblichen Zeit, um im Fehlerfall zu beschleunigen und schädlichen Schwung zu holen. Da die kinetische Energie und mit ihr der Reaktionsweg mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt, reduziert die neue Lösung im Vergleich zu den hergebrachten Lösungen diese beiden kritischen Kenngrößen auf weniger als ein Hundertstel. »Das führt nicht nur zu einer Verbesserung des Arbeitnehmerschutzes, sondern ermöglicht zugleich die Erhöhung der Produktivität an der Maschine«, sagt Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei B&R. »Je nach Priorität können durch die Reduktion dieser Kenngrößen und der damit einhergehenden geringeren Brems wege Sicherheitsabstände reduziert und damit die Abmessungen der Maschine verringert und/oder die zulässigen Geschwindigkeitslimits bei Betrieb mit Safe Limited Speed hinaufgesetzt werden.« Die in den Acopos-Multi-Servoantrieben enthaltene Sicherheitslogik ist mit der aus den bewährten Safe-I/O-Baugruppen der X20-Serie identisch. »Das gibt Anwendern nicht nur die Sicherheit geprüfter und tausendfach bewährter Elektronik«, so Holzleitner. »Die dadurch entstehenden Synergieeffekte haben auch Auswirkungen auf die Kosten und die Einheitlichkeit in der Systementwicklung. « Acopos-Multi mit Safe-MC fügen sich nahtlos in den gewohnten Verbund mit der Safelogic Sicherheitssteuerung und den X20 Safe I/O ein. Für Entwickler sind sie nicht anders anzusprechen als diese, natürlich innerhalb derselben Entwicklungsumgebung mit dem Safedesigner im B&R Automation Studio. Durch die autonome Parametrierung der Safe-MC-Komponente und das elektronische Typenschild wird die Parametrierung im Wartungsfall erleichtert und beschleunigt, Protokollierung und Passwortschutz machen Wartungseingriffe nachvollziehbar.

Virtuelle Verdrahtung

Ein wesentlicher Vorteil der B&R »Integrated Safety Technology« ist das Entfallen der doppelten Verdrahtung und externer Überwachungsmodule für die Sicherheitstechnik. Der Datentransport fi ndet per virtueller Verdrahtung in einem eigensicheren Protokoll namens Opensafety über das Maschinenbussystem statt, was die unkomplizierte Datenkommunikation mit dem Steuerungssystem ermöglicht und zugleich Rückwirkungen verlässlich ausschließt. Bei B&R-Automatisierungslösungen ist das Powerlink. Wie bereits der Name nahe legt, ist Opensafety jedoch nicht herstellergebunden und kann auf beliebigen Feldbussystemen eingesetzt werden, vorzugsweise in Industrial- Ethernet-Netzwerken. Das macht es leicht, die sicheren Antriebe unabhängig von der verwendeten Steuerung einzuplanen. Ein weiterer Vorteil der virtuellen Verdrahtung über das Netzwerk ist die Möglichkeit des Aufbaus modularer Maschinenkonzepte. Ohne die aufwendige Verdrahtung von Not-Aus-Ketten können fertige Maschinenteile inklusive sicherer Antriebe einfach angeschlossen werden. Bis zu 80 sichere Antriebe mit der bis 120 kW reichenden Produktfamilie Acopos-Multi können auf diese Weise von nur einer Safelogic-Sicherheitssteuerung flexibel angesprochen werden.

Zertifizierte Intelligenz

Im Februar 2010 erhielt B&R vom TÜV Rheinland die Zertifi zierung des sicherheitsgerichteten Antriebssystems und seiner Sicherheitsfunktionen, die das Unternehmen Smart Safe Reaction nennt. Sie sollen den optimierten Einsatz von Schutzeinrichtungen fördern. Dabei zertifizierte der TÜV die Funktionen STO (Safe Torque Off), SBC (Safe Brake Control) und SS1 (Safe Stop 1) bis Kategorie 4/Performance Level e nach EN ISO 13849-1 und bis SIL 3 nach EN 62061/IEC 61508. Für die restlichen Funktionen SOS (Safe Operating Stop), SS2 (Safe Stop 2), SLS (Safety Limited Speed), SMS (Safe Maximum Speed), SDI (Safe Direction) und SLI (Safety Limited Increments) reicht die Zertifizierung bis Kategorie 3/Performance Level d beziehungsweise SIL3. Ein klarer Nutzen der Systemintelligenz in Acopos-Multi Safe-MC ist die durchgängige Möglichkeit der Diagnose durch die eingebauten Trace- und Oszilloskopfunktionen. Diese können neben Steuer- und Statusfunktionen die Einhaltung überwachter Sicherheitslimits und Geschwindigkeiten visualisieren. Außerdem können sie durch die einfache Datenweitergabe an das Steuerungssystem mittels Busankopplung in die Maschinenvisualisierung und in Leitsysteme eingebunden werden. So erhalten Maschinenführer und übergeordnetes Personal leicht verständliche, vollständige Informationen über Ursache und Art von Sicherheitsverletzungen sowie die Systemreaktion. Und können so zeitnah reagieren. »Safe-MC mit Acopos-Multi und B&R-Synchron-Servomotoren auf Basis des offenen netzwerkgängigen Sicherheitsstandards Opensafety ist die logische Abrundung des bereits bewährten und schon länger zertifizierten Portfolios an integrierten Sicherheitskomponenten für den Maschinen- und Anlagenbau«, sagt Alois Holzleitner. »Damit stellt B&R als einer der ersten Hersteller ein per Netzwerk voll integriertes Sicherheitssystem inklusive der intelligenten Antriebs-Sicherheitsfunktionen zur Verfügung und ermöglicht die Steigerung von Maschineneffizienz und -produktivität bei gleichzeitig erhöhter Arbeitssicherheit.«

Andreas Enzenbach, B+R/aru

FAKTEN

- Die Bernecker + Rainer Industrie Elektronik Ges.m.b.H. (B&R) im österreichischen Eggelsberg ist einer der größten europäischen Steuerungshersteller.

- Das Portfolio umfasst unter anderem Steuerungssysteme, Industrie-PCs, I/O-Systeme, Netzwerke, Feldbusmodule, Lösungen zum Visualisieren und Bedienen sowie Sicherheits- und Prozessleittechnik.

- Außerdem entwickelte das Unternehmen das echtzeitfähige Feldbussystem Ethernet Powerlink.

Erschienen in Ausgabe: 04/2010