Sichere Antriebstechnik steigert die Produktivität

Safe Motion mit klaren Vorteilen

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Bei modernen, intelligenten Sicherheitslösungen denkt man gewöhnlich an Sicherheits-SPSen, die durch den Wegfall herkömmlicher Sicherheitsrelais mehr Flexibilität bieten. Ebenso wichtig für die Produktivitätssteigerung sind aber auch die neuen „Safe Motion“-Funktionen. Näheres zu diesem – wie einige der Aussteller-Produktkurzberichte auf den anschließenden Seiten zeigen – auch auf dem Sindelfinger Automatisierungstreff aktuellen Thema erläutert David W. Humphrey von der ARC Advisory Group Germany.

Safe Motion beschreibt integrierte Bewegungssteuerungsfunktionen, die das Verletzungsrisiko für das Bedienpersonal senken, indem sie, nachdem ein Sicherheitsgerät ausgelöst wurde, eine Fortsetzung der Achsbewegungen in eingeschränkter Form erlauben.

Digitale Servoantriebe mit Sicherheitsfunktionen
Safe-Motion-Funktionen werden oft direkt in Servoantrieben integriert und ersetzen damit externe Sicherheitshardware. Diese Funktionen können die Maschinenproduktivität erheblich steigern, da das Bedienpersonal Arbeiten ausführen kann, z.B. Überprüfung, Reinigung, Justierung und Wechsel von Werkzeugen, die in der Vergangenheit nur bei völliger Trennung der Antriebe von der Stromversorgung möglich waren. Als Vorteile sind schnellere Neustarts, geringere Abnutzung von Bremsen, eine raschere Wiederaufnahme nach Störungen sowie kürzere Ausfallzeiten zu nennen. Zudem entstehen keine Präzisionsverluste durch Neupositionierungen.
Bei Safe-Motion-Architekturen ist die Sicherheitsfunktionalität nicht mehr in das Steuerungssystem integriert, sondern direkt in die Aktoren, die an den Maschinen verteilt sind. Safe-Motion-Funktionalität ermöglicht es Maschinenbauern, flexible Lösungen zu entwickeln, die einen großen Anwendungsbereich abdecken und zur Senkung von Konstruktions- und Installationskosten beitragen. Durch Safe Motion verliert die landläufige Auffassung, dass beim Maschinendesign Kosten und Flexibilität in Abhängigkeit zu- einander stehen, an Gültigkeit. Es lassen sich Kosten sparen, z.B. durch die Reduzierung der Komponentenanzahl sowie den geringeren Zeitaufwand für Verdrahtung und Konstruktion. Außerdem können Maschinenbauer mit dieser Technologie Sicherheitsfunktionen früherer Konstruktionen für jede neue Maschinengeneration sowie in unterschiedlichen Produktlinien wieder verwenden.
Eingebettete Intelligenz ist bei Sicherheitssystemen kein Novum mehr. Neue Generationen von Sicherheitsgeräten mit eingebetteter Intelligenz unterliegen in gleichem Maße der Validierung und Verifizierung wie die komplexeren programmierbaren Geräte. Allerdings haben die Anbieter einen interessanten Weg bei digitalen Servoantrieben mit Sicherheitszertifizierung eingeschlagen: Diese Lösungen senken die Kosten für Software-Engineering und -Validierung ganz erheblich, da sie speziell für Maschinenbauer über ein Tool zur Parameterkonfiguration verfügen.
Sicherheit in Motion Control integriert
Da Produktionsanlagen immer mehr automatisierte Untersysteme für den Materialtransport oder Produktwechsel verwenden, geht der Trend zu Sicherheitslösungen, die dem Bedienpersonal eine bessere Arbeitsweise im Maschinenbereich ermöglichen. Aktuelle Sicherheitsstandards erlauben die direkte Integration von konfigurierbaren Sicherheitssystemen in Servoantrieben, die dann weitaus weniger Kabel und Verbindungen benötigen. Dies senkt die Planungs-, Inbetriebnahme- und Installationskosten.
Da Safe-Motion-Lösungen die Möglichkeit bieten, im Sicherheitsbereich einen langsamen Bewegungsmodus zu realisieren, können ältere Techniken entfallen, z.B. „Lock-out/Tag-out“-Maßnahmen (Verriegelungs- und Kennzeichnungsverfahren) für Maschinen und Arbeitszellen mit eingeschalteter Energiezufuhr. Während das Endergebnis bei externen Sicherheitslösungen und der Safe-Motion-Implementierung gleich ist, besteht sehr wohl ein Unterschied hinsichtlich der Leistungsfähigkeit. Hier hat die antriebsseitige Sicherheitslösung einen klaren Vorteil:
Bei der Planung eines Sicherheitssystems ist die maximale Reaktionszeit zwischen Drucktastern bzw. Sensoren und den Aktoren ein wichtiger Parameter. Die Safe-Motion-Lösung lässt sich auch im Rahmen der Bewegungssteuerung oder der Sicherheits-SPS umsetzen, aber dies bringt Leistungsnachteile mit sich, da eine Zeitverzögerung zwischen der Steuerung und den angeschlossenen Feedback-Geräten besteht. Eine antriebsseitige Lösung jedoch hat Zugriff auf alle erfoderlichen Signale und profitiert von der schnelleren Aktualisierungszeit im Steuerungszyklus. Aus Sicht der Leistungsfähigkeit zwingt eine externe Lösung den Maschinenplaner, größere Sicherheitsabstände vorzusehen, welche die Arbeitsmöglichkeiten des Bedienpersonals im Maschinenumfeld einschränken. Ein zusätzlicher Vorteil der antriebsseiteigen Sicherheitslösung besteht darin, dass in vielen Fällen die Sicherheits-SPS gänzlich entfallen kann, wenn der Sicherheitsbereich durch den Antrieb überwacht wird.
Safe Motion im Antrieb kann das allgemeine Sicherheitskonzept vereinfachen. Bei den begrenzten E/As eines Antriebs lassen sich die Sicherheitsfunktionen dort unterbringen, wo sie am wirksamsten verarbeitet werden und die schnellste Reaktionszeit für die Umsetzung eines Schutzvorgangs gegeben ist. Der Maschinenbauer kann somit die Sicherheitsabstände zwischen Mensch und Maschine verringern. Außerdem ist bei einer antriebsseitigen Sicherheitslösung die Anzahl der Sicherheitsgeräte naturgemäß geringer, sodass sich beträchtliche Kostenvorteile im Bezug auf Planung, Entwicklung, Programmierung und Inbetriebnahme ergeben können. Anbieter, die Produkte mit Safe-Motion-Funktionen zurzeit liefern sind u.a. B&R, Bosch Rexroth, Danfoss, Lenze, Schneider Electric (Berger Lahr) und Siemens.
eA 446

der experte
David W. Humphrey ist Senior Analyst der Unternehmensberatung ARC Advisory Group Germany und Mitglied des Automation Consulting Team, das die verarbeitende Industrie in Europa abdeckt (www. arcweb.com). Er verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung im Ferti-gungsumfeld, u.a. bzgl. Design und Programmierung von Steuerungssystemen in der Automobil- und Verpackungsindustrie. Vor seinem Wechsel zur ARC Advisory Group war er u.a. als Area Manager in der Münchener Niederlassung von Rockwell Automation tätig.

Eine der wichtigsten Sicherheitsfunktionen im Motion-Control-Bereich ist das Stoppen Gefahr bringender Bewegungen. Hier definiert die EN 60204-1: Stopp-Kategorie 0: Ungesteuertes Stoppen, d.h. sofortige Abschaltung der Energiezufuhr zum Antrieb; Stopp-Kategorie 1: Gesteuertes Stoppen, d.h. Unterbrechung der Energiezufuhr nach völligem Maschinenstillstand; Stopp-Kategorie 2: Gesteuertes Stoppen, d.h. Energiezufuhr wird bei Stillstand der Maschine nicht unterbrochen. Eine Prüfliste zur Norm EN 60204-1 können Sie über den hier hinterlegten Link downloaden.
Näheres zur ARC Advisory Group ist hier zu finden.

eA-INFO-TIPP
Eine der wichtigsten Sicherheitsfunktionen im Motion-Control-Bereich ist das Stoppen Gefahr bringender Bewegungen. Hier definiert die EN 60204-1:
  • Stopp-Kategorie 0: Ungesteuertes Stoppen, d.h. sofortige Abschaltung der Energiezufuhr zum Antrieb;
  • Stopp-Kategorie 1: Gesteuertes Stoppen, d.h. Unterbrechung der Energiezufuhr nach völligem Maschinenstillstand;
  • Stopp-Kategorie 2: Gesteuertes Stoppen, d.h. Energiezufuhr wird bei Stillstand der Maschine nicht unterbrochen.
Eine Prüfliste zur Norm EN 60204-1 können Sie über den folgenden Link downloaden:
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