Erschienen am: 30.10.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN 11 2017

Smart Manufacturing für höhere Maschinensicherheit

Transparente Betriebsabläufe

Entscheidungsrelevante Informationen sind die unverzichtbare Basis für die moderne Fertigung. Durch das Internet der Dinge stellen intelligente Maschinen und Fabriken aussagekräftige Daten - von Komponenten bis hin in die Managementebene - in Echtzeit bereit und liefern so fundierte Entscheidungsgrundlagen. Nun stellt sich die Frage, welche Auswirkungen diese Entwicklung auf die Maschinensicherheit hat und welchen Beitrag Sicherheitssysteme im Rahmen dieses Paradigmenwechsels leisten.


Die intelligenten Safety-Lösungen von Rockwell Automation helfen dabei, den Anlagenbetrieb gemäß Industrie 4.0 abzusichern und zu verbessern.
Bild: Rockwell Automation GmbH

Umfassender Arbeitsschutz und Mitarbeitersicherheit sind für jeden Betrieb unerlässlich und sollten daher fester Bestandteil der Unternehmenspolitik sein. Sicherheitsbestimmungen gelten jedoch häufig als hinderlich für die produktive Fertigung. Aufgrund der Weiterentwicklung bei Produkten, industriellen Kommunikationsprotokollen und Ethernet-Netzwerken sind Sicherheitslösungen heutzutage immer häufiger wesentlicher Bestandteil moderner Steuerungslösungen. Darüber hinaus nutzen sie dieselben Netze, die die Architekturen für Automatisierung, Prozess- und Achssteuerung verwenden. Ganzheitliche Sicherheitsstandards, die eine engere Vernetzung mit bestehenden Steuerungsarchitekturen unterstützen, wirken sich dauerhaft positiv auf das Gesamtergebnis aus. Darüber hinaus spielen sie eine wichtige Rolle im Hinblick auf den allgemeinen Anlagen- und Maschinenzustand sowie die Arbeitssicherheit der Bediener. Häufig wird übersehen, dass auf Industrie 4.0 basierende intelligente Sicherheitslösungen eine immer wichtigere Rolle bei der Verbesserung des Anlagenbetriebs spielen. Das gilt insbesondere für intelligente Fabriken, die das Connected-Enterprise-Konzept von Rockwell Automation umsetzen.

Grundlage

Das industrielle Internet der Dinge hat bei modernen produzierenden und verarbeitenden Unternehmen für einen Sinneswandel gesorgt. Die Möglichkeiten, die sich durch die Fülle an nun verfügbaren Betriebsdaten bieten, bilden die Grundlage für die nächste industrielle Revolution. Sicherheitslösungen und die daraus zur Verfügung stehenden Daten können im Rahmen dieser Revolution zu einem wichtigen Fundament werden, da sie betriebliche Informationen bereitstellen, die sich in dieser Form vorher nicht erfassen ließen. Anhand dieser Daten können Sicherheitsbeauftragte in Echtzeit Mitarbeiterverhalten, Maschinenkonformität, Produktverschleiß, Gründe für Sicherheitsabschaltungen und -unregelmäßigkeiten sowie sich daraus ergebende Trends nachvollziehen. Entscheidungsrelevante Daten zur Maschinenleistung umfassen in der Regel Informationen zu Laufgeschwindigkeit und Durchsatz, wobei es sich bei Sicherheitssystemen zumeist um Signale wie Start/Stopp oder sicher/unsicher handelt. Intelligente Sicherheitsgeräte liefern nicht nur diese simplen Ein-/Aus-Informationen, sondern auch Daten hinsichtlich Nutzung, Lebensdauer, Verschleiß und Leistungsabfall. Mit der Kombination aller nun verfügbaren Daten lässt sich die Prozessoptimierung exponentiell steigern.

Bedienerverhalten

Das Bedienerverhalten kann sich maßgeblich auf die Leistung einer Maschine auswirken. Bediener suchen - zumeist ohne böswillige Absicht - nach Möglichkeiten zur Arbeitserleichterung oder -beschleunigung bzw. finden Wege, Verfahren zu umgehen. Eingriffe in Sicherheitssysteme lassen sich nun protokollieren, um nachzuverfolgen, ob ein Bediener absichtlich eine Anlage gestoppt oder eine Sicherheitsfunktion ausgelöst hat. Diese lassen sich dann analysieren, um aufzuzeigen, weshalb diese Aktionen erfolgten. Sie lassen auch Abweichungen zwischen Schichten erkennen. Wenn der Notausschalter in der Nachtschicht häufiger ausgelöst wird als in der Tagesschicht, ist es dann ein Maschinen- oder eher ein Bedienerproblem? Ist bessere Beleuchtung oder mehr Schulung erforderlich? All das lässt sich wirkungsvoll anhand eines intelligenten Maschinensicherheitssystems belegen. Produktverschleiß und -veralterung sind ein weiterer wichtiger Punkt, insbesondere wenn es um die Planung von Wartungs- und Austauschprogrammen geht. Bevor intelligente Sicherheitslösungen zum Einsatz kamen, wurden Betriebsparameter wie die durchschnittliche störungsfreie Zeit (MTFB - Mean Time Between Failure) manuell dokumentiert. Für Änderungen an den Betriebsverfahren waren eine erneute Berechnung und Dokumentation erforderlich. Mit einem integrierten und vernetzten intelligenten System können Anwender nun vorausschauende Wartungsmaßnahmen ergreifen, die auf der tatsächlichen Nutzung basieren - gemäß der von intelligenten Geräten gelieferten Informationen. Diese Ergebnisse können als Grundlage für eine noch präzisere Produktlebenszyklusanalyse dienen. Verschleiß bedeutet nicht zwangsläufig endgültiges Versagen. Es kann sich z.B. um die Verschmutzung von Sicherheitslichtgittern handeln, die die Wirksamkeit beeinträchtigt. Intelligente Geräte erfassen die Zeit, wann Probleme auftreten und dann lassen sich mittels Maschinenlogik die erforderlichen Gegenmaßnahmen ergreifen, bevor die Anlagenleistung gestört wird. Mensch/Maschinen-Schnittstellen oder Mobilgeräte sind in der Lage, Wartungsmaßnahmen vorzuschlagen sowie die Daten an übergeordnete Unternehmensebenen weiterzuleiten, um ggf. Verfahrensänderungen vorzunehmen, die derartige Vorfälle von vornherein vermeiden. Zentrale Fragen hierbei sind: Wird ein falsches Gerät verwendet? Muss ein anderer Reinigungsplan erarbeitet werden? Sollten die Maschinenparameter geändert werden? Derartige Analysen wären schlicht nicht möglich, wenn nur die standardmäßigen Ein-/Aus-Signale erfasst würden.

Vernetzung

Mit dem Connected-Enterprise-Ansatz von Rockwell Automation für Industrie 4.0 haben Anwender jederzeit die Möglichkeit, auf die erforderlichen Informationen im gewünschten Format zuzugreifen. Läuft ein Wartungstechniker beispielsweise die Warnleuchten entlang einer Anlage oder Maschine ab, um die Sicherheitsausstattung an bestimmten Positionen zu überprüfen, erhält er über sein Tablet automatisch die jeweiligen Daten, sobald er sich den einzelnen Bereichen nähert. Es ist kein manuelles Abrufen erforderlich. Gleiches gilt beispielsweise auch für einen Betriebsleiter. Dieselbe Software auf demselben Tablet zeigt diesem an den einzelnen Stationen Informationen an, die speziell für seine Zuständigkeiten aufbereitet sind. Mithilfe dieser Werkzeuge und Technologien erhalten Mitarbeiter entsprechend ihrer Rolle und Funktionen die jeweils für sie relevanten Informationen im gewünschten Format. Sollte ein Gerät Ethernet/IP nicht unterstützen, können Anwender neue intelligente Technologien zur Gerätevernetzung wie z.B. das GuardLink-Protokoll nutzen. Darüber lassen sich einzelne Geräteinformationen zurück an die Host-Controller übertragen. Das sicherheitsbasierte Kommunikationsprotokoll arbeitet über eine Standardverkabelung aus Stammkabel und Stichleitungen mit Plug&Play-Anschlüssen. Das reduziert den Verdrahtungsaufwand und ermöglicht gleichzeitig Gerätelokalisierung und Diagnosen sowie Fernsteuerungsbefehle zum Sperren oder Zurücksetzen über ein einzelnes Kabel. Es ist keine Konfiguration erforderlich. Darüber hinaus lassen sich auf einer Strecke von maximal 1.000m bis zu 32 Geräte verbinden (bei einem jeweiligen Abstand von max. 30m). Herkömmliche Sicherheitslösungen sind üblicherweise in Reihe fest verdrahtet, wodurch der Bediener im Betrieb u.U. die Anforderungen einzelner Geräte nicht mehr zuordnen kann. Im Falle eines Versagens weiß er lediglich, dass es bei einem Gerät irgendwo in der Reihe ein Problem gibt. Einzelverbindungen zu jedem Gerät bedeuten einen hohen Verdrahtungsaufwand und das Fehlerrisiko steigt, was unnötige und ungeplante Ausfallzeiten zur Folge hätte. Das wiederum würde erhöhte Kosten für die Maschinenbauer bedeuten. Mit GuardLink können sie ebenso wie Hersteller die Reihenschaltung der Geräte beibehalten. Gleichzeitig erhalten sie für jedes einzelne Element detaillierte Diagnosemöglichkeiten. Guardmaster-Sicherheitsrelais von Allen-Bradley und Sicherheitskomponenten mit der GuardLink-Vernetzung ermöglichen Anwendern Zugriff auf Statusinformationen. Die Verbindung von Sicherheitsgeräten ohne Ethernet/IP über intelligente GuardLink-fähige Anschlüsse und Standardverkabelung sorgt für mehr Sichtbarkeit im gesamten System - vom allgemeinen Status bis hin zu einzelnen Sicherheitsverriegelungen und Notausschaltern. Integrierte Sicherheitssysteme sind bereits seit einiger Zeit im Einsatz, jedoch kann das Volumen an detaillierten Echtzeitinformationen auf den ersten Blick erschlagend sein. Werden diese dann aber intelligent eingesetzt, können Bediener und Betreiber gleichermaßen schnell fundierte Entscheidungen treffen.