Spagat für die Sicherheit

Safety - »Die Vorteile sind groß, wenn die funktionale Sicherheit schon im Antriebsregler steckt«, sagen die Antriebsexperten. Doch was hat der Kunde davon? Das Beispiel einer Flexodruckmaschine mit integrierter Sicherheitstechnik spricht Bände.

30. März 2007

Fangen, verarbeiten, verpacken, tiefkühlen und vom Schiff gleich weiter per LKW zum Kunden: Die Liefer- und Kühlkette für frischen Fisch ist schnell und funktioniert reibungslos. Das Verpackungsmaterial für den Einsatz auf hoher See muss vor diesem Hintergrund überaus robust und vor allem wasserabweisend sein, damit die Kartonage nicht aufweicht und gleich ihre Form verliert. Es überrascht nicht, dass es ein skandinavisches Unternehmen ist, das sich mit seinen Flexodruckmaschinen auf solch extreme Einsatzgebiete innerhalb des Fischfangs spezialisiert hat. Die Tresu Production A/S nahe der dänischen Stadt Kolding gilt international als anerkanntes Maschinenbau-Unternehmen für Design, Entwicklung und Produktion modernster Flexodruckmaschinen. Die beweglichen Teile einer Maschine sind die größte Gefahrenquelle für das Bedien- und Servicepersonal. Deshalb soll die antriebsintegrierte Sicherheitstechnik, die ›Drivebased Safety‹, die beweglichen Teile bei einer Fehlfunktion oder auf Anforderung so schnell wie möglich in den sicheren Zustand bringen. Das bedeutet in den meisten Anwendungen Maschinenstillstand. Je schneller dieser erreicht ist, umso größer ist die Sicherheit und umso geringer das Verletzungsrisiko. Kurze Reaktionszeiten sind also gefragt - mit Blick auf die Produktivität aber auch schnelles Wiederanfahren beispielweise nach Umrüstung auf eine andere Druckvorlage oder Reinigen der Klischee-Walzen.

Sichere Flexodruckmaschine

Es ist also sinnvoll, dort in den Prozess einzugreifen, wo die gefahrbringende Bewegung ausgelöst und gesteuert wird - direkt im Antriebsregler. Eine Flexodruckmaschine ist eine Druckmaschine, die Vierfarbendruck auf grobem Papier ausführt. Das Papier wird wahlweise mit zwei oder drei Farben bedruckt und anschließend beid- oder auch nur einseitig (bei Dreifarbdruck) mit einem Lack versehen. Das Papier gewinnt dadurch an Festigkeit und wirkt wasserabweisend. Dieses Papier wird in Folgemaschinen weiter bearbeitet, sodass am Ende gefaltete Kartons entstehen. In den Kartons wird auf hoher See frisch gefangener Fisch verpackt, noch auf dem Schiff tiefgefroren und nach Ankunft im Hafen per LKW direkt zum Kunden transportiert. Von der Sicherheitstechnik wird ein Spagat erwartet: Die Flexodruckmaschine muss für den Menschen sicher ausgerüstet sein. Gleichzeitig sollte die funktionale Sicherheitstechnik die Verfügbarkeit der Maschine und die Produktivität nicht einschränken.

Maschinenkonfiguration und Antriebstechnik

Gefordert ist insbesondere die Sicherheitsfunktion ›Sicherer Stopp 2‹ (SS2). Alle Achsen im gesamten Verbund werden auf Anforderung geführt heruntergefahren, und im Stillstand werden die Antriebe unter Moment im Verbund gehalten. So kann bei Wiederanlauf der Maschine ohne Materialverlust weiter produziert werden. Es gilt eine sicher begrenzte Geschwindigkeit bereitzustellen, um die vier ›Klischee-Achsen‹, die Farbe aufs Papier bringen, unter langsamer Bewegung der Achsen reinigen zu können. Dieser Reinigungsvorgang ist regelmäßig erforderlich. Die Flexodruckmaschine besitzt 12 Antriebsregler der Gerätegeneration Servo Drives 9400. Elf Antriebe verwenden die integrierte Sicherheitstechnik mit dem Sicherheitsmodul SM301, das erweiterte Sicherheitsfunktionen sowie den direkten Anschluss von aktiver wie passiver Sicherheitssensorik er möglicht. Ein Antrieb, der Abwickler, verwendet das SM100 mit sicher abgeschaltetem Moment. Grundsätzlich werden Antriebe in einer elektrischen Welle an einem virtuellen Leitwert (Virtueller Positions-Master) betrieben. Die Leitwertgenerierung wird neben der reinen Motorregelung in einer Achse, in diesem Fall ein Vorschubantrieb, realisiert. Somit ist dieser Antrieb mit der ›virtuellen Master-Funktion‹ gleichzeitig ein Slave der elektrischen Welle. Es werden zwei Leitwerte über den Feldbus CANopen zu allen Antrieben übertragen. Der erste Leitwert ist für alle Vorschubachsen (Einzug- und Kühlwalzen) und ermöglicht eine von den Druckwalzen unabhängige Normierung und Trimmung.

Mit der Sicherheitstechnik zu höherer Produktivität

Der zweite Leitwert gehört zu den vier Druckwerken (Klischee- Walzen). Hier wird ein Modulo-Zyklus repräsentiert, das heißt eine Umdrehung der Druckwerke wird in dem Positionszyklus abgebildet. Ein großer Vorteil der Trennung der beiden Leitwerte ist, dass der Materialfluss und die Anstellung der Druckwerke unabhängig voneinander normiert und getrimmt werden können. Beim ›Automatik Betrieb‹ sind die Walzen, die den eigentlichen Druck des Papiers durchführen, durch eine Klappe vor dem direkten Eingriff des Bedienpersonals geschützt. Öffnet das Personal die Klappe, um Wartungsarbeiten an den Walzen vorzunehmen (Umrüstung auf eine andere Druckvorlage, Reinigen der Klischee-Walzen, Walzenwechsel), wird an der gesamten Druckmaschine ein Sicherer Stopp 2 ausgeführt (SS2), und der Verbund wird sicher stillgesetzt. Nach dem Stillsetzvorgang, der < 2,5s dauert, werden alle Achsen unter Moment sicher im Stillstand gehalten. Im ›Manual Betrieb‹ können die Klischee-Walzen mit sicher begrenzter Geschwindigkeit (SLS) verfahren werden, um die Walzen zu reinigen. Die Aktivierung der Bewegung erfolgt mittels eines Zustimmtasters. An der Einzelachse wird die Sicherheitsfunktion ›Safe Torque Off ‹ (STO) ausgelöst, wenn die Klischee-Walze zum Umrüsten aus der Maschine entnommen wird, um eine andere Druckvorlage auf den Walzenkörper aufzubringen, Dieser ehemals »sichere Halt« wird über einen sicheren zweikanalig ausgeführten Sensor ausgelöst, der direkt an der entsprechenden Achse angeschlossen ist. An der gesamten Maschine sind eine Vielzahl von ›NOT-STOP‹- Knöpfen installiert. Sie sind zweikanalig auf sichere Eingänge der Sicherheitsmodule geführt, die bei Aktivierung beeinen SS1 am Master aktivieren. Hat der Master den gesamten Verbund heruntergefahren und der Master geht in den STO über, wird in diesem Moment ebenfalls ein STO an allen Achsen der Maschine (Slaves) ausgelöst. Durch diese Drive-based Safety braucht der Kunde kein zweites Gebersystem. Zusätzliche Hardware wie Drehzahlwächter und Sicherheitsschaltgerät entfällt. Statt zwei Netzschützen ist nur noch einer erforderlich.

Martin Grosser,

Produktmanagement Sicherheitstechnik,

Lenze AG, Hameln

Erschienen in Ausgabe: 02/2007