Doppelt gesichert: Sicherheit in robotisierten Schweißzellen

Durch die Verschmelzung der beiden Karosseriehersteller ThyssenKrupp Drauz und Nothelfer entstand im Mai 2005 einer der größten Dienstleister und Betriebsmittellieferanten für den Karosseriebau. ThyssenKrupp Drauz Nothelfer gehört zum Segment Automotive des ThyssenKrupp Konzerns und beschäftigt weltweit rund 3.300 Mitarbeiter an 19 Standorten. Das ehemalige Drauz-Werk Heilbronn wurde 1900 gegründet und ist eines der ersten deutschen Automobilwerke. Es hat sich dabei auf automatisierte Schweißanlagen für den Karosseriebau spezialisiert. Schwerpunkt der Aktivitäten ist die Verknüpfung der von den Automobilherstellern bereitgestellten Schweißroboter und eigener Anlagentechnik zu kompletten Fertigungszellen. Die realisierbaren Taktzeiten der Anlagen werden im Wesentlichen durch die Stückzahlvorgaben der Kunden und die Größe der zu schweißenden Teile bestimmt. Durch den Einsatz von Drehtischen mit zwei Werkstückaufnahmen (Double Tooling) lassen sich Vorteile erzielen, da auf der einen Tischseite geschweißt werden kann, während der Werker auf der anderen Seite die nächsten Werkstücke vorbereitet. An den ASi-Bus angeschlossene Sensoren überprüfen, ob alle erforderlichen Teile eingelegt sind, bevor der neu bestückte Träger in die Schweißposition dreht. Um sicherzustellen, dass der Tisch nur dann drehen kann, wenn der Werker den Handarbeitsbereich der Schweißzelle verlassen hat und sich auch sonst niemand mehr dort aufhält, wird der Raum vor dem Drehtisch durch ein Lichtgitter und einen Lichtvorhang der Serie Simatic FS400 von Siemens Automation and Drives abgesichert. Sicherheit hat Vorrang \“Die Sicherheit des Bedienpersonals hat für uns absolut Vorrang\“, sagt Klaus Rübmann, Projektleiter Anlagenbau bei ThyssenKrupp Drauz Nothelfer. \“Wir können den robotisierten Teil unserer Schweißanlagen zwar räumlich konsequent vom Bediener trennen, aber durch den Drehtisch entsteht ein Gefährdungspotenzial, dem wir mit einem verknüpften Lichtgitter- und Lichtvorhangschutz begegnen. Im Gegensatz zu Sicherheitszäunen mit Schutztüren bleibt so zur Handhabung und auch für Serviceeinsätze in diesem Bereich der volle Zugang und mehr Bewegungsfreiheit erhalten, ohne die Sicherheit zu kompromittieren.\“ Während die Schweißroboter über den Profibus DP angesteuert werden, wird für die Sicherheitskomponenten der AS-Interface-Bus ASIsafe genutzt. Um auch kleine Verletzungen des Schutzbereichs sicher zu erkennen, arbeiten die ASIsafe-fähigen Lichtgitter und -vorhänge FS400 mit einer Auflösung von 50mm. Dabei sichert ein senkrechtes Lichtgitter den Bereich vor dem Drehtisch gegen Eintritt von außen. Ein in Schienbeinhöhe horizontal längs zum Arbeitsbereich installierter Lichtvorhang wiederum dient als Hintertrittschutz gegen Eingriffe in den Gefahrenbereich, solange der Tisch zum Drehen freigegeben ist. Die doppelte Sicherheitslösung aus Ein- und Hintertrittschutz sperrt den Drehtisch auch dann, wenn ein Eintrittsschutzalarm versehentlich quittiert werden sollte, während sich noch Personal innerhalb der geschützten Zone befindet. Die Lichtgitter und -vorhänge Simatic FS400 erfüllen die Anforderungen der Sicherheitskategorie 4 nach EN954-1 bzw. Typ 4 nach IEC/EN61496 und ermöglichen Schutzfelder von 150 bis 3.000mm Höhe bzw. Tiefe. Für die Schweißzellen von ThyssenKrupp Drauz Nothelfer werden sie über ihr integriertes AS-Interface und den ASIsafe-Sicherheitsmonitor aus der Sirius-Baureihe jeweils an einen Kommunikationsprozessor CP 3432 (ASi-Master) angeschaltet, um mit der Steuerung zu kommunizieren, einer Simatic S7-300. Zur komfortablen Diagnose und Parametrierung der Lichtgitter/-vorhänge im Einklang mit Kategorie 4 bietet Siemens die Software SafetyLab sowie eine Reihe spezieller Auswertegeräte. Sicherheit im ASi-Netz Innerhalb des ASi-Netzwerks fungieren die FS400 als Slaves und senden einen definierten Code an den ASIsafe-Sicherheitsmonitor. Der Code ist werkseitig vorgegeben und für den jeweiligen Slave typisch, sodass dieser im Netz eindeutig identifiziert werden kann. Jeder sichere Slave muss dazu bei Inbetriebnahme am Sicherheitsmonitor autorisiert werden, indem der Einrichter die Aufforderung \“sicheren Slave teachen\“ bestätigt. Die Codetabelle des Slaves wird dann im Vergleicher des Sicherheitsmonitors gespeichert. Im Betrieb wird mit jedem Masteraufruf die Übereinstimmung der vom Vergleicher erwarteten mit den tatsächlich übermittelten Codewerten überprüft. Bei Abweichungen oder Zeitüberschreitungen erfolgt am Sicherheitsmonitor die sichere Abschaltung über zweikanalig ausgeführte Freigabekreise. Im Fehlerfall sendet der Slave den Fehlercode \“0000\“ an den Sicherheitsmonitor, welcher den Code auswertet und den entsprechenden Freigabekreis abschaltet. Mit der für das AS-Interface typischen Masterabfrage erhält der Sicherheitsmonitor die sicherheitsrelevanten Code­tabellen. Master und Steuerung bekommen diese Information lediglich mitgeteilt, ohne dabei eine aktive Rolle zu spielen. So ist auch eine zusätzliche Auswertung der Informationen zu Diagnosezwe­cken über die Anlagensteuerung möglich. Die Heilbronner haben die S7-300 zu diesem Zweck um einen Kommunikationsprozessor CP 3431 erweitert, der eine Ethernet-Anbindung ins lokale Netzwerk des Kunden ermöglicht. Schnelle Inbetriebnahme