Intelligente Sicherheitssensorik für funktionale Sicherheit von Pilz

Von SDD bis zur MRK

Intelligente Sicherheitssensorik von Pilz

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Sensoren für die funktionale Sicherheit von Maschinen sind nicht nur ein zentraler Baustein für den Schutz von Leib und Leben des Bedienpersonals, sondern auch für die Verfügbarkeit und Produktivität der Anlagen. Mit Blick auf vernetzte und smarte Anlagen übernehmen sichere Sensoren heute auch Aufgaben wie Qualitätskontrolle, Diagnose oder Bedienung von Maschinen.

Martin Bellingkrodt, Senior Manager Sensor Systems, Produktmanagement bei Pilz GmbH & Co. KG in Ostfildern

Inhaltsverzeichnis

1. Umfangreiche Diagnosemöglichkeiten
2. Wertvolle Informationen
3. Umsetzung individueller Sicherheitslösungen
4. Sensoren für Robotik-Applikationen
5. Bis hin zur Mensch-Roboter-Kollaboration
6. (Sichere) Kommunikation ist alles
7. Pilz auf der SPS IPC Drives

Sicherheitssensoren überwachen Schutztüren und Klappen von Maschinen sowie Flächen und Räume in deren Umfeld. Als in den 1990er-Jahre Sicherheitssensoren erstmals in der Industrieautomatisierung eingesetzt wurden, waren es einfache Komponenten mit rein mechanischer Funktionalität. Um die Jahrtausendwende kamen zu den mechanischen Ausführungen berührungslose elektronische und optische Sensoren hinzu. Diese konnten zwar nach wie vor nur binäre Signale an die Maschinensteuerungen übertragen, also Ein oder Aus, waren jedoch anders als die erste Generation nahezu verschleißfrei. An den ersten Sicherheitssensoren konnte das Personal vor Ort zudem nicht erkennen, ob sie ausgelöst hatten. Deshalb erhielten die Sensoren der zweiten Generation LEDs, die den Staus signalisierten und den Servicetechnikern zudem Aufschluss darüber gaben, was zu tun war. Aber auch dies änderte nichts daran, dass im Fehlerfall Maschinen oder komplette Anlagen erst einmal stillstanden.

Umfangreiche Diagnosemöglichkeiten

Um Produktionsausfälle zu verringern, sind detaillierte Informationen über die Ursachen erforderlich. Nur so kann das Bedienpersonal entscheiden, ob etwa ein Los noch zu Ende produziert werden kann oder nicht. Denn wenn Sicherheitskomponenten in den Fehlerzustand gehen, muss die Ursache erforscht werden. Adäquate Maßnahmen führen dann nur zu einer kurzfristigen Unterbrechung der Produktion, und die defekte Komponente kann zum geeigneten Zeitpunkt ausgetauscht werden.

Damit das Bedienpersonal bei Sicherheitsproblemen fundierte Entscheidungen treffen kann, gibt es heute intelligente Einkabel-Lösungen, die umfangreiche Diagnosefunktionen bieten, die je nach Betriebsart der Maschinen wahlweise aktiviert werden können. So lassen sich etwa mit Safety Device Diagnostics (SDD) des Automatisierungsherstellers Pilz defekte Sicherheitssensoren schnell lokalisieren und alle Statusänderungen protokollieren. Außerdem können die Informationen auf dem Monitor einer Steuerung, dem Display einer Maschine oder via Webserver auf dem Bildschirm eines Rechners übersichtlich angezeigt werden – sie sind also sowohl vor Ort wie auch via Fernzugriff verfügbar.

Wertvolle Informationen

Wie können Anlagenbetreiber von intelligenter Sicherheitssensorik profitieren? Zunächst, wie bereits ausgeführt, durch niedrigere Installationskosten und eine höhere Produktivität. Darüber hinaus lässt sich etwa die funktionale Sicherheit modularerer Maschinen, die je nach Auftragslage oder Anforderungen an die Prozesse verändert werden, vergleichsweise einfach gewährleisten. Außerdem können die Diagnosedaten intelligenter Sicherheitssensorik dazu beitragen, die Betriebssicherheit von Anlagen aufrechtzuerhalten. Denn anhand der gespeicherten Informationen kann auch Jahre nach der Auslieferung einer Maschine lückenlos nachvollzogen werden, was seitdem an ihr verändert wurde. Ferner lassen sich die Diagnosedaten nutzen, um die Hersteller über mögliche Schwachpunkte ihrer Maschinen zu informieren oder die Versicherer von Anlagen über deren Produktivität. Da sich mit der Diagnose-Lösung vielfältige Diagnosedaten vor Ort oder aus der Ferne erfassen lassen, eignet sie sich auch für die vorausschauende Wartung. Mit den in der Diagnose-Lösung gespeicherten Daten können Anwender per Mausklick den ursprünglichen Zustand mit dem aktuellen vergleichen, und zwar ohne die sonst erforderliche zusätzliche Hardware auf der Steuerungsebene.

Umsetzung individueller Sicherheitslösungen

Intelligente Sicherheitssensorik ermöglicht jedoch nicht nur wirtschaftlichere Prozesse, sondern auch effektivere Lösungen für die funktionale Sicherheit. Ein Beispiel ist das neue modulare Schutztürsystem von Pilz. Es umfasst unterschiedliche Sensoren für die sichere Verriegelung und Zuhaltung sowie vorkonfigurierte Bedienteile, die eine kostengünstige Alternative zu Displays bieten, wenn nur grundlegende Funktionen betätigt werden sollen. Weil sich die Komponenten flexibel kombinieren, wie auch vor oder hinter den Schutztüren variabel installieren lassen, können individuelle Sicherheitslösungen umgesetzt werden, die optimal auf die spezifischen Anforderungen der Applikationen abgestimmt sind. Mit einem Zug-Druck-Seil, dessen Konstruktionsweise aus der Agrar-Industrie stammt und jetzt erstmals auch in der Automatisierung eingesetzt wird, lässt sich außerdem eine mechanische Fluchtentriegelung realisieren, die bis zu 4 m von einem Sicherheitssensor entfernt auf Hüfthöhe positioniert und über einen Not-Halt-Taster-ähnlichen Drucktaster ausgelöst wird.

Sensoren für Robotik-Applikationen

Für die funktionale Sicherheit des Material-Handlings bei Robotern, die zwar keinen Schutzzaun, aber eine Umhausung haben, können die Sicherheits-Lichtgitter PSENopt II eingesetzt werden. Sie dienen dem sicheren Eingriff in den Produktionsprozess und erfüllen je nach Anforderung Finger- sowie Handschutz und, neu, auch Körperschutz. Weil sie äußerst robust konstruiert sind und ihre Spiegel die unvermeidbaren Verluste des Laserlichts gegenüber Standard-Spiegeln um 50 % auf nun 10 % reduzieren, lassen sich mit ihnen Flächen von bis zu 125 m2 allein durch ein Lichtgitter PSENopt II zuverlässig überwachen. Pilz bietet diese Lichtgitter sowohl als Typ 4 für Anwendungen bis zur höchsten Sicherheitskategorie Performance Level (PL) e gemäß EN/IEC 61496-1/-2, als auch als Typ 3 für Applikationen der Sicherheitskategorie PL d an. Letztere eignen sich insbesondere für Roboter-Applikationen. Somit ist es nicht erforderlich, auf teurere Typ 4-Lichgitter auszuweichen, wenn PL d gefordert ist. Um verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden, lassen sich die PSENopt-II-Lichtgitter mit Sicherheitsschaltmatten und den 2D-Sicherheits-Laserscannern PSENscan kombinieren, mit denen mehrere Zonen gleichzeitig überwacht werden können.

Bis hin zur Mensch-Roboter-Kollaboration

Die große Stärke von Scannern ist ihre Vielseitigkeit. So reicht das Anwendungsspektrum von der stationären Flächenüberwachung über Fahrerlose Transportsysteme (FTS) bis hin zur Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Vor allem der Hintertretschutz hat in den vergangenen Jahren eine immer größere Bedeutung bekommen. Mit einer Reichweite von 5,5 m für den Sicherheitsbereich und einem großen Öffnungswinkel von 275° kann der Sicherheits-Laserscanner PSENscan von Pilz selbst große Flächen mit einem Gerät abdecken. Der bis zu 40 m reichende Warnbereich erlaubt es zudem, dass beispielsweise eine Person rechtzeitig durch ein akustisches Signal gewarnt wird, bevor die Maschine in einen kostspieligen Stillstand versetzt wird.

Taktile Sensoren eröffnen zusätzliche Möglichkeiten für MRK: In Form von dynamischen Schaltmatten im Bereich um den Roboter kombinieren solche Sensoren eine sichere Flächenüberwachung mit der Bedienung von Maschinen und Anlagen. Dank integrierter Ortsdetektion stehen Bedienfunktion für den Werker bereit – er kann beispielsweise über zuvor definierte und markierte Mattenbereiche eine integrierte Schalterfunktionalität mit einer Fußbetätigung auslösen und komplett freihändig arbeiten. Damit sind neue, flexibel konfigurierbare Maschinenbedienkonzepte möglich.

(Sichere) Kommunikation ist alles

In der agilen Produktion braucht man heute Produkte, die anpassungsfähig sind. Denn: Die funktionale Sicherheit wird immer dynamischer und Maschinen müssen bei einer Gefahr nicht gleich hart gestoppt werden. Stattdessen wird beispielsweise nur ihre Geschwindigkeit entsprechend verringert. Die hierzu erforderlichen Informationen lassen sich jedoch nicht wie bisher über OSSD weiterleiten, sondern müssen über andere Protokolle kommuniziert werden. Auf Feldgeräteebene wird aus Sicht von Pilz I/O Link mit integriertem Safety-Protokoll zum offenen Marktstandard für die Sensor- Kommunikation werden – Feldbus- und System-unabhängig. Seit April ist die Version 1.1. der technischen Spezifikation verabschiedet. Als Mitglied der Arbeitsgruppe entwickelt Pilz momentan die notwendigen Kommunikations-Stacks für Master (wie etwa Auswertegeräte und Steuerungen) und Devices (Sensoren). Zukünftig ermöglicht IO-Link Safety für Applikationen mit limitierter Bandbreite und Punkt-zu-Punkt-Verbindungen von bis zu 20 m effiziente Lösungen, mit denen Sicherheitssensoren verschiedener Hersteller flexibel konfiguriert werden können. Um große Datenmengen sicherheitsgerichtet in ausgedehnten Netzwerken zu übertragen, wird zurzeit herstellerübergreifend etwa an der Standardisierung von OPC UA (Unified Architecture) gearbeitet. ik

www.pilz.de

Weitere Informationen zu den Sicherheitssensoren von Pilz:

hier.pro/W1Pkh

Messe SPS IPC Drives 2018: Halle 9, Stand 370

In Kombination mit der Safety Device Diagnostics (SDD) können einzelne Schalter beziehungsweise Türen gezielt angesteuert werden – ohne eine kostenaufwendige Einzelverdrahtung im Schaltschrank. Die SDD ermöglicht zudem eine einfache und umfangreiche Diagnose der Sicherheitsschalter und verringert so Stillstandzeiten
Bild: Pilz

Info

Pilz auf der SPS IPC Drives

Die Pilz Smart Factory macht im Rahmen der Messe wieder sichere Sensorik erlebbar. Die modular aufgebaute Produktionslinie wurde dafür noch einmal erweitert und demonstriert Industrie 4.0 in der praktischen Anwendung: Mit einer dezentralen Steuerungsintelligenz, mobiler Service Robotik, intelligenter Diagnose und Visualisierung sowie Cloud-Anbindung lassen sich so verschiedene Produkte in Losgröße 1 fertigen – Security inklusive. Zentrale Aufgaben übernimmt dabei die sichere Sensorik. Von der klassischen Flächen- und Raumüberwachung sowie Absicherung von Schutztüren oder Mensch-Roboter-Kollaborationen bis hin zu neuen Anwendungen wie Qualitätskontrolle, Diagnose oder Bedienung von Maschinen. Darüber hinaus erweitert das Unternehmen sein Schulungsangebot und wird ab Herbst die Qualifizierung zum „CECE – Certified Expert in CE Marking“ anbieten. Die internationale, durch den TÜV Nord zertifizierte Qualifizierung vermittelt das notwendige Wissen, um CE-Kennzeichnungen an neuen, bestehenden oder veränderten Maschinen vorzunehmen.

www.pilz.com/de-DE/sps-ipc-drives

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