Zukunftszelle automatisiert

Interbus-Safety - Sicherheit ist nicht nur für Bediener an der Maschine wichtig, sondern auch für verantwortliche Projektierer. Denn Projektplaner brauchen ein System, mit dem sie sicher projektieren können.

08. Mai 2006

Integration aller aktuellen und zukunftsweisenden Technologien in einer Fertigungszelle? das war die Aufgabenstellung einer Diplomarbeit bei der ThyssenKrupp Drauz Nothelfer GmbH in Heilbronn. Die Übertragung der nicht-sicheren sowie der sicheren Daten erfolgt dabei über das Feldbus-System Interbus.

Als Unternehmen der ThyssenKrupp Automotive ist ThyssenKrupp Drauz Nothelfer auf Karosserie-Zusammenbauten und Anlagenfertigung spezialisiert. Das Unternehmen beschäftigt weltweit über 3.300 Mitarbeiter an 19 Standorten. Das Leistungsspektrum reicht von der Fahrzeugentwicklung über den Prototypenbau, die Herstellung von Laserschweißanlagen, die Umformtechnik, den Anlagenbau bis hin zu der kompletten Karosseriefertigung und zum Service.

Eine wesentliche Anforderung der Zukunftszelle war der Einsatz der aktuellen Automatisierungstechnologien in der Fertigungszelle. Vor diesem Hintergrund haben wir die bisherige Sicherheitstechnik überarbeitet, erklärt Mathias Meißner. Im Rahmen seiner Diplomarbeit sollte er eine Fertigungsanlage mit einem stationären Roboter für Forschungs-, Schulungs- und Präsentationszwecke entwickeln. Neben der Nutzung für Fort- und Weiterbildungszwecke dient die Roboterzelle inzwischen auch zum Testen neuer Technologien im Unternehmen. Seitdem sich die Automobilhersteller mit Interbus-Safety beschäftigen, so Meißner, ist der sichere Feldbus auch bei uns ein wichtiges Thema. Da alle Bestandteile der Zelle in nur drei Monaten aufgebaut und in Betrieb genommen werden mussten, ergab sich ein straffer Zeitplan. Das war wie bei einer echten Projektierung, berichtet Meißner, wenig Zeit und viele neue Komponenten, die zusammenspielen müssen. So sollten ein Wechselverfahren für ein MIG/MAG-Schweißsystem sowie eine servomotorische Punktschweißzange eingebunden werden.

Einfacher Umstieg

Derartige Systeme werden in der Automobilbranche derzeit kaum verwendet, da die Verlegung des Schweißdrahtes, der schweren Kühlwasserleitungen sowie der starren Schutzgasleitung des MIG/MAG-Schweißsystems mit hohem Aufwand verbunden ist. Bei der Planung einer neuen Anlage muss nach der konstruktiven Sicherheitsplanung festgelegt werden, welche weiteren Sicherheitsmaßnahmen durchgeführt werden müssen. In dieser Phase setzt sich der Planer nicht nur mit den Sicherheitseinrichtungen, sondern auch mit deren Verschaltung oder Kaskadierung auseinander. Dabei unterstützt ihn ein sicheres Feldbus-System wie Interbus-Safety, da es einfacher als die konventionelle

Sicherheitstechnik umgesetzt werden kann. Der Ansatz bleibt gleich: Auch bei Interbus-Safety wird den Signalen aus der Standard-Steuerung zugestimmt. Die Steuerung überprüft, ob die sicheren Eingangsbedingungen zum Setzen des sicheren Ausgangs vorliegen. Im Interbus-Safety-System wird die Zustimmung allerdings in der sicheren Software SafetyProg ausprogrammiert. Aufgrund der gleichen Sichtweise ist ein einfacher Umstieg von der Sicherheitsrelaislösung auf Interbus-Safety möglich. Unterstützt wurden wir bei der Planung durch die Checklisten, die Interbus-Safety zur Verfügung stellt, erläutert Meißner. Wir hatten daher trotz des erstmaligen Einsatzes des sicheren Feldbus-Systems keine Bedenken. Die Checklisten bieten einen detaillierten Leitfaden von der Planung bis zur Inbetriebnahme. Sie bilden daher die Grundlage für die Validierung und die abschließende Dokumentation.

Zusätzliche Planungssicherheit bringt die vorausberechenbare Reaktionszeit des Interbus-Safety-Systems. Nur Interbus stellt aufgrund seiner Topologie eine feste Zykluszeit zur Verfügung, die sich während der Laufzeit nicht verändert. Die Zykluszeit lässt sich durch die Anzahl der belegten E/A-Worte im Feldbus-System berechnen. Multipliziert man sie mit der Zahl Fünf, ergibt sich eine Sicherheits-Reaktionszeit, die bei der Berechnung der Sicherheitsabstände während der Planung berücksichtigt werden muss.

Viele Unsicherheitsfaktoren konnten bereits im Vorfeld ausgeschaltet werden, erläutert Meißner. Für uns war der Einlegebereich ein solcher Problemfall. Die Reaktionszeit des Laser-Scanners und des Interbus-Safety-Systems sowie die Stillstandszeit des Roboters mussten beachtet werden, damit die Größe des Einlegebereichs bestimmt werden konnte. Das war aufgrund der festen Reaktionszeiten kein Problem, so der Projektplaner, wir mussten bei Interbus-Safety ja keine zusätzlichen Reservezeiten berücksichtigen.

Ein weiterer Sicherheitsfaktor bei der Planung ergibt sich aus der garantierten Abschaltzeit von Interbus-Safety, die für jeden sicheren Ausgangskanal parametriert werden kann. So werden die ermittelten Reaktionszeiten auch während der Betriebsphase eingehalten. Zu Beginn des Projekts waren uns die Vorteile der garantierten Abschaltzeit nicht ganz klar, gesteht Meißner. Bei der abschließenden Validierung der Sicherheitstechnik haben wir jedoch erkannt, dass die Abschaltzeit sicherstellt, dass die von uns festgelegten Sicherheitsabstände und die damit verbundene Sicherheitsabschaltung eingehalten werden. Der Anwender muss lediglich die einmal berechnete Interbus-Safety-Reaktionszeit bei der garantierten Abschaltzeit berücksichtigen. Denn die sicheren Ausgangsteilnehmer wissen, wann sie wieder eine gültige Eingangsinformation zur Absicherung der Ausgänge benötigen. Durch die Überwachungskette, so Meißner, können wir sicher sein, dass alle Projektierungsergebnisse präzise eingehalten werden.

Da Standard-Steuerung und sichere Steuerung voneinander getrennt sind, kann ThyssenKrupp Drauz Nothelfer die Zukunftszelle zurzeit im Standardbereich ergänzen oder auch andere Technologien testen, ohne dass die Sicherheitstechnik angepasst werden muss.

Anlagenerweiterung jederzeit möglich

Die Veränderung in der Programm-Zykluszeit der Standard-Steuerung hat keinen Einfluss auf die sichere Reaktionszeit. In jeder Anlage werden nachträglich Ergänzungen vorgenommen oder neue Komponenten eingebaut, die im ursprünglichen Konzept nicht vorgesehen waren, so Meißner. Deshalb war es uns wichtig, dass dann nicht jedes Mal auch die Sicherheitstechnik neu betrachtet werden muss und unter Umständen die Sicherheitsabstände vergrößert werden müssen, nur weil sich die Programmlaufzeit verlängert hat. Die Zukunftszelle hat ThyssenKrupp Drauz Nothelfer einen technologischen Vorsprung verschafft. Durch Einsatz des Interbus-Safety-Systems konnten wir die umfassenden Sicherheitsanforderungen der Fertigungszelle bereits in der Projektierungsphase berücksichtigen, bemerkt Meißner abschließend.

Torsten Gast, Phoenix Contact

FAKTEN

- Auch bei Interbus-Safety wird den Signalen aus der Standard-Steuerung zugestimmt.

- Die Zustimmung allerdings in der sicheren Software SafetyProg ausprogrammiert.

- Die vorausberechenbare Reaktionszeit des Interbus-Safety-Systems bringt Planungssicherheit.

Erschienen in Ausgabe: 03/2006