Erschienen am: 29.01.2009, Ausgabe SPS-MAGAZIN 1+2 2009

Moderne Technologie und mehr Sicherheit
Neue Wege in der Automatisierungstechnik

Das Thema Sicherheit von Maschinen und Anlagen hat in der Automatisierungsbranche einen so hohen Stellenwert wie noch nie zuvor. Grund dafür ist die neue Maschinenrichtlinie, die ab 29. Dezember 2009 in allen Mitgliedstaaten der Europäischen Union verpflichtend umgesetzt werden muss. Baumüller hat sich des Themas angenommen und sorgt mit einem durchgängigen integrierten Sicherheitskonzept für eine hoch verfügbare Maschinensicherheit.


Quantitative Berechnung der Sicherheitsfunktionen: Risikograph nach Norm EN13849-1
Mit der seit 29.6.2006 in allen Ländern der Europäischen Union veröffentlichten Maschinenrichtlinie 2006/42/EG nimmt der Gesetzgeber die Sicherheit des Bedienpersonals an Maschinen und Anlagen in den Fokus. Die Gründe dafür sind vielfältig: Zum einen nimmt der Automatisierungsgrad von Maschinen und Anlagen stetig zu. Zum anderen ist ein Trend erkennbar hin zu immer kleineren Losgrößen der gefertigten Produkte. Diese machen häufigeres Umrüsten der Maschine notwendig. Um den Betrieb einer Anlage dennoch effizient und rentabel zu gestalten, müssen die Rüstzeiten verkürzt werden. Die Bedingung dafür ist ein sicherer, gleichzeitig aber auch einfacher und schneller Zugang des Bedieners zur Maschine. Nur wenn der Prozess des Eingreifens in betriebliche Maschinenabläufe, zum Beispiel während des Umrüstens oder zur Fehlerbeseitigung, sicher gestaltet sind, kann der Schutz des Personals vor körperlichen Schäden gewährleistet werden. Kern der Umsetzung der neuen Richtlinie bildet die Norm EN ISO13489-1 als Nachfolgenorm der bisherigen EN954-1. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass der Maschinenbetreiber verpflichtet ist, zusätzlich zu der bislang erforderlichen qualitativen Risikoanalyse auch eine quantitative Einschätzung potentieller Gefährdungen vorzunehmen hat. In diesem Rahmen wird ermittelt, welche Gefahren während des Betriebs einer Maschine auftreten können und ob die Wirksamkeit der gewählten Sicherheitsfunktionen ausreichend ist. Bislang wurde die Einteilung der sicherheitstechnischen Leistungsfähigkeit nach der Norm EN954-1 in fünf Kategorien vorgenommen: Kategorie B, 1, 2, 3 und 4. Die Norm EN ISO13489-1 knüpft an die bisher vorhandenen Kategorien an, wobei die sicherheitstechnische Leistungsfähigkeit stattdessen aber anhand von fünf so genannten 'Performance-Level' (PL) beschrieben wird - PL a, b, c, d und e. Diese stehen zum einen für die mittleren Zeiten zwischen zwei gefahrbringenden Ausfällen (MTTFd) der Sicherheitsfunktionen und legen fest, welche Sicherheitsanforderungen eingehalten werden müssen, um den sicheren Betrieb einer Maschine zu gewährleisten sowie das Gefahrenpotential für das Bedienpersonal so gering wie möglich zu halten. Zudem sind für die gewählte Kategorie durch Ermittlung der Güte der Fehlererkennung/Diagnose (DC) sowie der Maßnahmen gegen ein mögliches gemeinsames Auftreten von Fehlern (Common Cause Failure, abgekürzt CCF) bei mehrkanaligen Strukturen das geforderte Performance Level nachzuweisen. Das vereinfachte Verfahren der Norm EN ISO13849-1 kommt zur Anwendung, sofern der Performance-Level auf Basis vorgesehener Architekturen (so genannte 'designated architectures') ermittelt wird. Liegen Abweichungen von diesen Architekturen vor, wird auf die Basisnorm IEC61508 bzw. als Sektornorm auf die IEC/EN62061 verwiesen. Die geänderte Normung berücksichtigt den zunehmenden Einsatz von Elektronik in Maschinen und dient in erster Linie dem Schutz des Bedieners vor Gefahren der Maschine. Werden alle Anforderungen eingehalten gilt eine Maschine als sicher und kann mit dem CE-Kennzeichen versehen werden. Das größte Risiko, einen körperlichen Schaden zu erleiden, besteht erfahrungsgemäß nicht während des eigentlichen Produktionsprozesses: Die meisten Unfälle ereignen sich während des Rüstens sowie bei der Beseitigung von Fehlern oder Störfällen. Um solche Unfälle zu vermeiden und dem Bedienpersonal den sicheren Zugang zur Maschinen zu ermöglichen, müssen im Falle von plötzlich auftretenden Fehlfunktionen alle beweglichen Teile einer Maschine unverzüglich in den sicheren Betriebszustand versetzt werden.

Optimierung der Anlagenverfügbarkeit und Anlagensicherheit


Neben rechtlichen Vorgaben haben besonders wirtschaftliche Überlegungen dafür gesorgt, dass das Sicherheitsmanagement heute zu den marktbestimmenden Entwicklungen in der Automatisierungsbranche gehört. Ausfallzeiten aufgrund von Sicherheitsmängeln oder langen Rüstzeiten kann sich angesichts des intensiven Wettbewerbs heute kein Unternehmen leisten. Firmen müssen sich auf die Zuverlässigkeit ihrer Maschinen verlassen können. Zudem werden Unternehmen heute gesetzlich in die Pflicht genommen, ihre Mitarbeiter im Einklang mit dem technischen Fortschritt bestmöglich vor Gefährdungen bei der Bedienung von Maschinen und Anlagen zu schützen. Die von Seiten der Maschinenbetreiber gestellten Anforderungen an die Anlagenverfügbarkeit erhöhen sich deshalb ständig. Es gilt, potentielle Risiken möglichst im Vorfeld zu erkennen und diese auszuschließen, bevor es zu Verletzungen kommt. Dabei ist eine Nullfehlertoleranz oberstes Gebot. Die Maschinen und Anlagen werden je nach Gefahrenstufe kategorisiert, wobei die einzelnen Gefahrenquellen bei der Risikoanalyse ermittelt werden und schon bei der Konstruktion ausgeschlossen werden müssen. Diesen hohen Marktanforderungen an die Maschinen- und Anlagensicherheit mittels technologisch optimierter Automatisierungskomponenten und -systemen gilt es Rechnung zu tragen. Der Automatisierungsspezialist Baumüller hat diese Anforderungen erkannt und bietet in das gesamte Automatisierungssystem der Maschine integrierbare und PLCopen Safety-konforme Sicherheitslösungen. Die skalierbare Integration der Safety-Funktionalitäten in die Standard-Automatisierungstechnik erfolgt unter Nutzung der darin bereits zur Verfügung stehenden Ressourcen. Dieses Konzept erfasst zentrale, modular dezentrale und hybride Automatisierungsstrukturen und spiegelt sich in jedem Bereich der Anwendung wider. So integriert Baumüller sein Sicherheitskonzept in alle Automatisierungskomponenten inklusive der Kommunikation. Die Übersicht über die Standard- und die sichere Automatisierungslösung gewährleistet das Engineering Framework ProMaster. ProMaster reduziert die Komplexität der Software-Erstellung, -pflege und Wartung. Durchgängiges Engineering, durchgängige Kommunikation und eine vom Antriebs- und Feldbussystem unabhängige Implementierung der Motion Control-Funktionalitäten nach PLCopen sind dafür unabdingbare Voraussetzung. Hauptbestandteil der Baumüller Sicherheitskonzeption ist die neue Sicherheitssteuerung b maXX-safePLC in Verbindung mit einem Antriebssystem mit integrierter funktionaler Sicherheit nach EN61800-5-2.

Sicherheitssteuerung verschafft wirtschaftlichen Vorteil


Die integrierte Sicherheitstechnik sorgt dafür, dass durch technisches Versagen und falsche Handhabung hervorgerufene Gefährdungen keine Auswirkungen auf den Produktionsprozess oder die Sicherheit der Mitarbeiter haben. Neben der Forderung nach einer sicheren Maschine wird so auch die Produktivität gesteigert: Sicherheitssysteme zeichnen sich durch eine höhere Verfügbarkeit als vergleichbare Standardsysteme aus. So tragen die eingebauten Diagnosefunktionen dazu bei, dass Produktionsfehler und -ausfälle früh erkannt und behoben werden können. Eine sichere und gefahrlose Bedienung lässt sich dann realisieren, wenn für einen einfachen, schnellen und vor allen Dingen aber sicheren Zugang des Bedieners zur Maschine gesorgt wird. In der Praxis bedeutet dieses im Fehlerfall zum Beispiel einen kontrollierten 'sicheren Betriebshalt' in kürzester Zeit und kein zeitraubendes Austrudeln des Antriebes. Die Maschinenrichtlinie verfolgt das Ziel, diesen Prozess des Eingreifens in die betrieblichen Abläufe einer Maschine sicher zu gestalten, um so den Schutz des Bedienpersonals vor körperlichen Schäden zu gewährleisten. Neben der Erhöhung der Sicherheit trägt die Sicherheitssteuerung b maXX-safePLC auch zur Reduktion von Komplexität bei. Dies geschieht, indem komplizierte Verdrahtungen entfallen und der Verkabelungs- und Prüfaufwand minimiert werden. Integrierte Sicherheitssteuerungen machen mehrfach gekoppelte Einheiten sogar völlig überflüssig. Somit reduziert die kombinierte SIL 0/SIL 3-Sicherheitssteuerung nicht nur die Komplexität der Anlage oder Maschine und gewährleistet den sicheren Betrieb, sondern sie kann dadurch dem Maschinenbetreiber im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen auch einen wirtschaftlichen Vorteil verschaffen.

Fazit


Ab dem Jahreswechsel 2009/2010 ist die neue Maschinenrichtlinie 2006/42/EG innerhalb der Mitgliedsstaaten der EU verbindlich. Von diesem Stichtag an müssen alle Maschinen, die in den Anwendungsbereich der Richtlinie fallen, die festgelegten Sicherheitsanforderungen erfüllen. Auf Grund des genau definierten Zeitplans zur nationalen Implementierung der Richtlinie ist es für Maschinenbauer ratsam, sich bereits jetzt eingehend mit den geänderten Anforderungen auseinanderzusetzen - die Zeit schreitet unaufhaltsam voran. Für viele Maschinen und Anlagen bietet die integrierte Sicherheitslösung unter Verwendung einer Sicherheitssteuerung viele Vorteile. Der Automatisierungsspezialist Baumüller stellt mit der b maXX-safePLC eine solche Steuerung zur Verfügung. Mit ihrer Implementierung werden potentielle Risiken für den Produktionsprozess oder die Sicherheit der Mitarbeiter, die auf technisches Versagen oder falsche Handhabung zurückzuführen sind, reduziert. Diese Steuerung ist wichtiger Bestandteil des umfänglichen, antriebsintegrierten Sicherheitskonzepts, mit dem Baumüller den Anforderungen der neuen Maschinenrichtlinie entgegenkommt. Mithilfe des Engineering Frameworks ProMaster können Safety-Funktionalitäten skalierbar in die Standard-Automatisierungstechnik integriert werden. Dabei werden bereits zur Verfügung stehende Ressourcen und die vorhandene Infrastruktur konsequent genutzt und so die Wirtschaftlichkeit von Maschinen und Anlagen optimiert.