Wie können bei Maschinen, Anlagen und Fabriken Effizienz und Produktivität gesteigert werden? Dies ist die zentrale Frage, mit der sich Konstrukteure, Prozess- und Fabrikplaner täglich auseinandersetzen. In der Vergangenheit wurde die Lösung vornehmlich in der Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit, d.h. in kürzeren Taktzeiten, höheren Bandgeschwindigkeiten und damit letztendlich in höheren Drehzahlen von Antrieben und Maschinen gesucht. Doch heute, nach einigen Jahrzehnten der modernen digitalen Automatisierungstechnik, ist das Drehen an der Geschwindigkeitsschraube annähernd ausgereizt.
Menschen im Arbeitsraum einer Maschine
Daher rückt bei aktuellen Überlegungen ein neuer Ansatz in den Mittelpunkt: Die optimale Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Denn auch trotz der zunehmenden Automatisierung oder gerade wegen ihr gibt es immer mehr Schnittstellen, an denen Maschinen und Menschen \’Hand in Hand\‘ arbeiten. Dies erfordert ein neues Sicherheitskonzept, denn dazu müssen Maschinenbewegungen möglich und erlaubt sein, auch wenn sich Menschen im Arbeitsraum der Maschine befinden. Ein Beispiel hierfür findet sich bei Lackierrobotern: Bei automatisierten Lackieranlagen arbeiten Mensch und Roboter an den Schnittstellen zu angrenzenden Bereichen eng zusammen. Hier befinden sich Personen in einem Bereich, den die Kinematik des Roboters ohne eine Begrenzung erreichen kann. Um den Menschen vor Unfällen mit der Maschine zu schützen, müssen Abweichungen von dem vorgeschriebenen Geschwindigkeitsprofil oder von der Position schnell erkannt und korrigiert werden. Die sonst übliche Trennung der Antriebssysteme von der Energieversorgung ist hier nicht möglich; sie würde die Zusammenarbeit von Mensch und Maschine unmöglich machen.
Abschalten der Energie ist keine Lösung
Auch bei anderen Anlagen ist das Trennen der Energie mit einer Reihe von technischen und wirtschaftlichen Nachteilen verbunden: Denn der \’klassische\‘ Schutz wurde u.a. durch eine Abschaltung der Maschine über die Motorschütze erzielt. Dieses Konzept kennt aber nur einen sicheren Zustand der Maschine, den der Totalabschaltung. Dieses Konzept ist zwar sicher, kostet aber Zeit und Geld. Die Folge sind längere Stillstandszeiten der Maschinen, zudem geht bei komplexeren Prozessabläufen die Synchronität der Antriebe verloren usw.
Antriebe mit integrierter Sicherheit
Die Alternative zur Trennung der Antriebe von der Energiezufuhr ist der Einsatz von sicheren Antriebssystemen. Hierzu werden Steuerungen eingesetzt, die statt den gesamten Bereich in einer kritischen Situation abzuschalten, die Antriebe überwachen und z.B. bei einer potenziellen Gefährdung die Geschwindigkeit so reduzieren, dass ein Unfall vermieden wird. Dadurch können externe Überwachungs- und Schutzeinrichtungen reduziert werden, der Installationsaufwand einer Anlage sinkt und damit die Kosten. Die hier eingesetzten Steuerungen müssen unter anderem der Norm für \’Sicherheit von Maschinen\‘ EN ISO 13849-1 entsprechen. Sie ersetzt die bisher gültige EN 954-1, die im Jahr 2009 endet, und basiert auf der EN 61508. Mit ihr ist zusätzlich zu den bisher gültigen Sicherheitskriterien – eine quantitative Beurteilung der Sicherheit mit Kenngrößen aus der Wahrscheinlichkeitsrechnung umgesetzt. Zur Klassifizierung von Maschinen und Anlagen sind in der Norm so genannte Safety Integrity Levels (SIL) definiert, in den Stufen 1 bis 4. Erweitert wird die EN 62061 vom Normentwurf EN ISO 13849-1 für \’Sicherheitsbezogene Teile von Steuerungen\‘, die den Ansatz der alten EN 954-1 aufgreift und um Elemente der EN 61508 ergänzt. Sie unterteilt die Sicherheit nach Performance Levels (PL) in den Stufen a bis e. Grundsätzlich gemein ist allen Normen, dass die Funktionen und Prozesse fehlersicher von der Steuerung bzw. dem Antriebssystem ausgeführt werden. In Bezug auf Antriebe bedeutet das, dass ein sicherer Betriebshalt, eine sichere reduzierte Geschwindigkeit sowie die korrekte Drehrichtung gewährleistet sind. Dazu stehen bei drehzahlveränderlichen Antrieben mit Frequenzumrichtern verschiedene integrierte Sicherheitsfunktionen zur Verfügung: Die Funktion \’Safe Operational Stop\‘ (kurz SOS) macht die Totalabschaltung der elektrischen Energie überflüssig, dadurch ist die Maschine wieder schneller startklar. Vielfach werden mechanische Absperrungen überflüssig, die Zugänglichkeit somit verbessert und dadurch die Bedienung der Maschine komfortabler. \’Safe Stop\‘ in den Kategorien SS1 und SS2 überführt eine gefährliche Bewegung sicher in den Stillstand. \’Safely Limited Position\‘ (SLP) und \’Safely Limited Speed\‘ (SLS) ermöglichen den Zugang zu Maschinenteilen während des Arbeitsprozesses. Zeiten in der entweder die Maschine \’arbeitet\‘ oder nur der Bediener an der stehenden, abgeschalteten Maschine arbeitet, werden reduziert. Den Zugriff zu Maschinenteilen bei z.B. geöffneten Schutzeinrichtungen während der Bewegung der Maschine ermöglicht auch die Funktion \’Safely Limited Speed\‘ (SLS). \’Safe Direction\‘ (SDI) verhindert eine Bewegungsrichtung und ermöglicht somit den Zugriff zu Maschinenteilen bei z.B. geöffneten Schutzeinrichtungen während der Bewegung der Maschine in eine Richtung. Diese Funktionen werden durch Frequenzumrichter mit integrierten sicheren Überwachungsmodulen (wie das Movisafe) realisiert. Sie überwachen den Antrieb auf korrekte Drehrichtung, geben Fahrbewegungen abhängig von der Position frei oder schalten auf eine personenunkritische Schleichfahrt-Geschwindigkeit, wenn eine Person im Arbeitsbereich der Maschine ist. SEW-Eurodrive bietet für alle Installationskonzepte Umrichter und Antriebe mit integrierten Sicherheitsfunktionen. Je nach erforderlichem Sicherheitslevel lässt sich aus ihnen modular die entsprechende Sicherheitsfunktion realisieren. Bei der dezentralen Installation sorgen Profisafe-Schnittstellen dafür, dass prozess- und sicherheitsgerichtete Signale über nur einen Bus geleitet werden können. Das spart Installationsaufwand.
