Sicherheit von Verpackungsmaschinen

Normalerweise denken wir an die Sicherheit von Verpackungsmaschinen im Hinblick auf feste Verkabelung, Not-Aus-Schalter, Schutzvorrichtungen, Aussperrung/Kennzeichnung und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften. Das sind natürlich wichtige Überlegungen, aber mit den heutigen vernetzten Sicherheitstechnologien können erhebliche Produktivitätssteigerungen erzielt werden. Anstatt eine Maschine abzuschalten, versetzt die vernetzte Sicherheit die Maschine in einen sicheren Betriebsmodus, ähnlich wie bei kollaborativen Robotern.

Vernetzte Sicherheit wird von europäischen Verpackungsmaschinenbauern in großem Umfang eingesetzt, und nordamerikanische Verpackungs-OEMs entdecken die Vorteile, zu denen eine optimierte Steuerungsarchitektur und verbesserte Diagnose sowie weniger Unterbrechungen gehören.

So funktioniert das.

Vernetzte Sicherheit bedeutet, dass keine langen Verkabelungswege erforderlich sind. Anstelle einer festen Verkabelung wird die Sicherheit über dasselbe deterministische Netzwerk kommuniziert, das die Maschinen oder die gesamte Verpackungslinie steuert. Anstelle eines Sicherheitsschaltkreises werden Sicherheitsfunktionen abhängig von der Komplexität der Maschine von einer Vielzahl intelligenter Steuerungen ausgeführt. Bei einer einfachen Maschine könnte es sich um einen sicheren I/O-Slice handeln. Es könnte sich auch um eine SPS handeln, die Steuerungs- und Sicherheits-SPS-Funktionalität kombiniert, oder um eine separate Sicherheits-SPS.

Diagnoseinformationen: Ein wichtiger Aspekt der vernetzten Sicherheit sind Diagnoseinformationen. Festverkabelung und Sicherheitsschaltkreise können Ihnen keine wichtigen Informationen liefern, die Ihnen bei der Vermeidung oder Lösung von Problemen helfen können. Dazu sind intelligente Geräte und Netzwerkkommunikation erforderlich, um Ereignisse zu protokollieren und Bediener und Manager zu alarmieren.

Grundsätzlich verwendet die Sicherheitsfunktion einen separaten und anderen Prozessortyp, um zu vergleichen, was in der Maschine passieren sollte, mit dem, was tatsächlich passiert. Dies sorgt für Redundanz und trägt dazu bei, das Risiko eines Ausfalls zu verhindern, wenn in der Sicherheits-SPS derselbe Prozessor oder der gleiche Prozessortyp verwendet wird.

Sichere Bewegung: Und es geht nicht nur um Logik. Sichere Bewegung ist einer der revolutionärsten Aspekte der vernetzten Sicherheit. Sichere Bewegung geht weit über die bekannte sichere Drehmomentabschaltung hinaus, die den Strom aufrechterhält, aber dennoch den/die Antrieb(e) und damit die Maschine stoppt. Es gibt Funktionen für sicher begrenztes Drehmoment, Kraft, Geschwindigkeit, Richtung und mehr. Safe Motion gilt neben herkömmlichen Verpackungs- und Verarbeitungsgeräten auch für Robotik und intelligente schienenbasierte Systeme.

Die Idee besteht wiederum, genau wie bei Cobots, darin, dass die Maschine nicht abschaltet, sondern in einen Modus wechselt, der nicht schnell genug oder hart genug arbeitet, um jemanden zu verletzen. Ein gutes Beispiel ist die sichere Richtung für einen Satz Andruckrollen. Im abgesicherten Modus könnten die Andruckrollen nicht in eine Richtung laufen, die eine Krawatte, einen Ärmel oder eine Hand in den Mechanismus ziehen würde.

Vernetzte Sicherheit ist keine Alternative zur Risikobewertung, zum sicherheitsbewussten Betrieb und zur ordnungsgemäßen Wartung von Sicherheitseinrichtungen wie Schutzeinrichtungen und Verriegelungen, Schulung und Dokumentation. Es ist auch keine Alternative zur Einhaltung von ANSI/PMMI B155, EN/ISO 13849-1, EN/IEC 62061 und verwandten Standards, wie den ISO- und ANSI/RIA-Robotersicherheitsstandards. Vernetzte Sicherheit ist ein großer Fortschritt im Hinblick auf die messbare Overall Equipment Effectiveness und den mechanischen Verschleiß durch abrupte Notstopps und Neustarts.

Rücklaufquote: Ein wichtiger Entwurfsaspekt ist die Antwortrate des Netzwerks. Je schneller die Netzwerkreaktion ist, desto geringer ist der Abstand zwischen den beweglichen Teilen und der Anwesenheit von Menschen. Das bedeutet eine geringere Stellfläche und einen besseren Zugang zur Durchführung notwendiger Aufgaben wie Betrieb, Service und Materialnachschub.

Weniger Ausfälle bedeuten auch, dass es weniger Gründe gibt, den Schaltschrank zu öffnen, was wiederum bedeutet, dass weniger Aussperrungen/Kennzeichnungen erforderlich sind oder das Risiko eines Lichtbogenüberschlags geringer ist.

Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle Automatisierungsplattformen vernetzte Sicherheit oder alle Aspekte der sicheren Bewegung unterstützen. Nicht alle Cobots implementieren vernetzte Sicherheit; Einige verwenden Sensoren und Aktoren, um die Bewegung zu begrenzen oder den Roboter anzuhalten. Es obliegt dem Maschinenkonstrukteur und -spezifizierer, die auf dem Markt verfügbaren Technologien zu bewerten und zu ermitteln, was für seine Anforderungen am besten geeignet ist. Beispielsweise können je nach Anwendung unterschiedliche Safety Integrity Levels (SIL) und Performance Levels (PL) geeignet sein, die in Maschinensicherheitsnormen beschrieben sind.

Für international tätige Unternehmen ist es außerdem wichtig, in verschiedenen Ländern das gleiche Sicherheitsniveau anzuwenden. Wenn in einem anderen Land ein höheres Sicherheitsniveau angewendet wird, kann dies zu einem rechtlichen Problem in dem Land führen, in dem die Ausrüstung nicht dem gleichen Sicherheitsniveau unterliegt.

PMMI, der Verband für Verpackungs- und Verarbeitungstechnologien, empfiehlt Maschinenbauern, als Dokumentation Fotos von Maschinen mit allen Sicherheitsvorrichtungen zu machen, bevor sie an den Kunden versendet werden.

Fest verdrahtete Sicherheit ist in der nordamerikanischen Sicherheitskultur tief verwurzelt, aber genauso wie intelligente Geräte wie Lichtvorhänge tatsächlich effektiver sein können als physische Schutzmaßnahmen (und schwieriger zu umgehen oder auf andere Weise zu umgehen), ist es an der Zeit, vernetzte Sicherheitstechnologie zu nutzen.

John Kowal, B&R Automation, ist Berater der PackML-OPC UA Companion Specification Initiative und Leiter des OT Advisory Forums von OMAC. Er hat durch zahlreiche Branchenorganisationen, darunter OMAC, SESAM, ARC Forum und Industrial Internet Consortium, dazu beigetragen, die Entwicklung und Einführung neuer Standards und Automatisierungstools weltweit voranzutreiben.