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Mit den Anforderungen wachsen

Intelligente Sicherheit für Verpackungsprozesse
Mit den Anforderungen wachsen

Je schneller sich Märkte und Konsumgewohnheiten ändern, umso mehr sind flexible Verpackungsprozesse oberstes Gebot. Damit die Optimierung der Vielseitigkeit und Verfügbarkeit von Maschinen zur Primär-, Sekundär- und Endverpackung nicht an Vorgaben der Maschinensicherheit scheitert, hat Sick das Safety-Konzept Flexi Soft weiterentwickelt. Verpackungsanlagenhersteller profitieren von der sicheren Vernetzung modularer Maschinen, der effizienten Kaskadierung von Sicherheitssensoren und der sicherheitsgerichteten Antriebsüberwachung.

Jan Baldauf ist Produktmanager Flexi Soft in der Division Industrial Safety Systems der Sick AG in Waldkirch

Eingebettet in das Sick-Safety-Portfolio sens:Control und technologisch in die modular skalierbare Sicherheits-Steuerung Flexi Soft integriert, hat Sick verschiedene Lösungsmodule entwickelt, die beispielsweise in der Verpackungsindustrie intelligente und effiziente Sicherheitskonzepte ermöglichen. Die Erfolgsgeschichte von Flexi Soft begann im Jahr 2008; die Einführung von Flexi Loop, Flexi Line und Drive Monitor im Jahr 2013 markiert den jüngsten Meilenstein der Entwicklung.
Schutztüren und Serviceklappen „an einem Strang“
Materialversorgung, Service- und Wartungsarbeiten sowie Fehlerbeseitigung sind die wichtigsten Gründe, weshalb Maschinen im Allgemeinen und Verpackungsmaschinen im Besonderen oft mit einer Vielzahl von Schutztüren, Serviceklappen oder Abdeckungen versehen sind. Hinzu kommen fast immer Not-Halt-Taster und manchmal auch Sicherheits-Laserscanner oder Sicherheits-Lichtschranken, wenn Maschinenöffnungen ohne mechanisch trennende Schutzeinrichtung betrieben werden. Flexi Loop sorgt hier für einen Paradigmenwechsel. Das dezentrale Integrationskonzept ermöglicht es, im Rahmen einer Flexi-Soft-Steuerungslösung bis zu acht Sensorkaskaden mit jeweils bis zu 32 zweikanaligen Sicherheitsschaltern und Sicherheitssensoren effizient zu kaskadieren.
Dabei kann die Versorgungs- und Kommunikationsstrecke zwischen den einzelnen Loop-Knoten bis zu 30 m betragen, sodass ein „Loop“ im Vollausbau insgesamt bis zu 960 m lang ist. Gerade für Verpackungsmaschinen ist diese Technologie wirtschaftlich und technisch interessant: Zum einen spart es die bisherigen Kosten für die Verdrahtung und für Safety-I/Os nahezu vollständig ein; zum anderen erkennt Flexi Loop – im Gegensatz zu konventioneller Reihenschaltung – wenn durch die Reihenschaltung Folgefehler „maskiert“ werden. Möglich ist dies, weil jeder einzelne Sensor von der Logik genau überwacht wird.
Dadurch erfüllt die Schalter- und Sensorkaskadierung mit Flexi Loop beim Einsatz geeigneter Geräte jederzeit die Anforderungen des PL e. Darüber hinaus verkürzt sich – im Gegensatz zur diskreten Verdrahtung – die Reaktionszeit des Gesamtsystems, weil die Reaktionszeit von Flexi Loop deutlich kürzer ist als die Addition der Ansprechzeiten der einzelnen Sensoren. Auf diese Weise macht das System die Sensorkaskadierung sicherer und Sicherheitsfunktionen z. B. an Endverpackern oder Palettierern schneller aktivierbar. Im Betrieb liefern die Flexi-Loop-Knoten zudem wichtige Diagnoseinformationen. Fehler können eindeutig identifiziert und zugeordnet werden; Welcher Schalter oder Sensor meldet eine Störung; welche Fehlerart liegt vor? Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten können dadurch schnell und gezielt durchgeführt werden. Die Dauer und die Kosten eines Maschinenstillstandes in einer Verpackungslinie werden so auf effiziente Weise minimiert.
Wenn aus Modulen Maschinenlinien werden
Die sicherheitsgerichtete Optimierung einzelner Maschinen ist jedoch nur so wirksam wie es gelingt, die Steuerungen der einzelnen Anlagenmodule miteinander zu verbinden und ihre Sicherheitsfunktionen durch die bidirektionale Kommunikation der Safety-Signale prozesslogisch zu vernetzen. Je nach Art und Ort einer auftretenden Störung kann es ausreichen, nur eine einzelne Maschine abzuschalten, oder aber – z. B. bei kontinuierlicher Materialzuführung – alle vorgelagerten Maschinenmodule stillzusetzen, um Beschädigungen oder Produktverlust zu vermeiden. Das sicherheitslogische Zusammenfügen von Maschinenmodulen und ihren Steuerungen am Bestimmungsort, z. B. bei der Inbetriebnahme beim Endkunden, wird mit dem Interface Flexi Line auf einfache wie effiziente Weise möglich. Unterstützt durch die Software Flexi Soft Designer werden hierzu die Hauptmodule der einzelnen Flexi-Soft-Stationen über die Flexi-Line-Schnittstelle miteinander verbunden. Über die Schnittstelle können – bei Bedarf step by step – Stationen sicher vernetzt und Sicherheitsfunktionen über mehrere Maschinen verkettet werden. Je nach den Fortschritten z. B. in der Fertigung oder bei der Inbetriebnahme können Anlagenmodule einzeln in Betrieb genommen oder auch Maschinenelemente nachträglich in den Gesamtverbund integriert werden. Das Entfernen oder Hinzufügen sowie die Änderungen der Reihenfolge von Flexi-Soft-Stationen erfolgt durch eine einfache Teach-Funktion.
Antriebsüberwachung beim Bedienen und Warten
Dank Flexi Line lassen sich Anlagenteile für Servicezwecke zudem sicherheits- und steuerungstechnisch aus dem Maschinenverbund herauslösen. Dadurch können Module in verketteten Verpackungslinien kostengünstig und effizient gewartet werden. Hierbei ist jedoch zu beachten, dass sich beim Arbeiten an oder in einer Maschine z. B. im Einricht- oder im Wartungsbetrieb, u. U. Personen in der Nähe gefahrbringender Maschinenbewegungen aufhalten können bzw. müssen. Entsprechendes gilt auch dann, wenn mechanische Abtrennungen wie Hauben oder Schutztüren zur Absicherung von Gefahrstellen eingesetzt werden, der Bediener aber häufig per Hand in den Prozess eingreifen muss. Für solche Szenarien, die eine sicherheitsgerichtete Überwachung von Bewegungen erfordern, verfügt die Flexi-Soft-2.0-Plattform über das Motion-Control-Modul Drive Monitor. Es ist nicht nur in der Lage, zahlreiche Funktionen der sicheren Antriebsüberwachung auszuführen, sondern ist auch migrationsfähig: Eine Erweiterung auf bis zu sechs Drive-Monitor-Module ist möglich – ideal für die Realisierung intelligenter Mehrachsanwendungen mit bis zu zwölf Antrieben.
Zukunftssicher verpacken
Mit der Kaskadierung von Sicherheitssensoren, der sicheren Vernetzung modularer Maschinen und der sicherheitsgerichteten Antriebsüberwachung bietet Sick für alle Phasen im Verpackungsprozess technisch wie auch wirtschaftlich effiziente Safety-Lösungen. Neben höchstmöglicher Maschinensicherheit ist die große Flexibilität der Flexi-Soft-Plattform gerade für Maschinen und Anlagen in der Verpackungsindustrie von großer Bedeutung. Die Vielseitigkeit der Lösungen unterstützt Unternehmen der Verpackungsbranche dabei, ihre Anlagenkonzepte und Wertschöpfungsketten ihrer Kunden ohne Restriktionen an die Bedürfnisse des Marktes anzupassen.
Die Flexi-Soft-Plattform wird sich auch künftig an aktuellen Markttrends und Kundenbedürfnissen orientieren. Auch der Easy-to-Use-Ansatz, den Sick bei der Entwicklung neuer Funktionalitäten konsequent verfolgt, wird das Sicherheits-Engineering weiter vereinfachen. Es werden also auch in Zukunft auf der Basis von Flexi Soft neue (ver-) packende Safetylösungen entstehen.
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Der Easy-to-use-Ansatz

Was war die Idee hinter dem Konzept und der Weiterentwicklung der Sicherheits-Steuerung Flexi Soft?
Baldauf: Klares Ziel der Weiterentwicklung war die Erfüllung von Kundenwünschen. Der Easy-to-use-Ansatz sollte stets berücksichtigt werden, um dem Kunden die Konzentration auf seine Kernkompetenzen zu ermöglichen und ihm das Sicherheits-Engineering zu vereinfachen. Bei großen Anlagen denkt der Kunde typischerweise in Modulen, er konzipiert einzelne Maschinenteile und will diese am Schluss auf einfachem Wege und zeitsparend zusammenbringen. Sicherheitssignale wie ein einzelner Not-Halt oder Reset werden hier vernetzt. Das bedeutet, dass in der Regel nur wenige sicherheitstechnische Signale übertragen werden müssen. Ein sicheres Feldbussystem wäre hier aufgrund des Aufwands zu aufwendig. Daher bieten wir den Easy-to-use-Ansatz; das Prozessabbild wird einmalig definiert, die Anlage zusammengestellt und per einfachem Teach konfiguriert. Bei einer Umkonfiguration und im Servicefall ist die An- und Auskopplung einzelner Maschinenteile möglich. Bei Flexi Loop geht es um den Wunsch der Absicherung von Türen, Klappen und anderen Öffnungen. In der Regel ist die Anzahl der Sensoren wesentlich höher als die der Aktoren. Um das Konzept weiter voran zu bringen, kam die sichere Antriebsüberwachung Drive Monitor hinzu.
Sie stellen Ihre Produkte immer unter den Fokus Easy-to-use…
Baldauf: Sicherheitstechnik muss immer Hand in Hand mit der Standard-Automatisierung einhergehen. Wir konzentrieren uns auf die sicherheitstechnische Lösung von Einzelmaschinen bis hin zu verketteten Anlagen. Über Gateways, Softwareschnittstellen und Diagnosekonzepte wird immer eine optimale Integration in die Standardsteuerung des Kunden sichergestellt. Mit dem Easy-to-use-Ansatz werden sämtliche Prozesse von der Integration eines einzelnen Sicherheitssensors bis hin zu dem abschließenden Sicherheitskonzept einer Anlage auf seine Usability geprüft. Einfaches Integrieren sowie eine einfache Inbetriebnahme beim Endkunden müssen realisiert werden. Die Konfigurationssoftware Flexi Soft Designer ist da ein Hilfsmittel für Easy-to-use.
Wie stellen Sie die Usability Ihrer Produkte sicher?
Baldauf: Zum einen haben wir das Thema bereits im Entwicklungsprozess fest verankert, d.h. zu jedem Meilenstein werden diese Aspekte beleuchtet. Zum anderen setzen wir unsere Produkte auch in unserer eigenen Produktion ein, sozusagen als Pilotkunde. Somit bekommen wir frühzeitig, noch vor der Markteinführung, ein Feedback.
Welche Erfahrungen haben Sie mit Ihren Produkten am Markt gesammelt?
Baldauf: Mit der Einführung von Flexi Line und Flexi Loop Ende 2013 machten wir den nächsten Schritt hin zur Lösung ganz grundsätzlicher Marktanforderungen: Maschinen werden nicht mehr im Einzelnen betrachtet, sondern als Gesamtkonzept und Sensoren können kostenoptimiert implementiert werden. Bereits die Einführung des Drive Monitors im Mai 2013 setzte den Fokus auf neue Anwendungsbereiche im Zusammenspiel mit Sensorik und Aktorik.
Ist die Technik kompatibel zu alten Maschinenkonzepten?
Baldauf: Generell sind wir mit unseren Produkten stets rückwärtskompatibel; die Technologien können miteinander genutzt werden. Flexi Line ermöglicht die Realisierung ganz neuer Konzepte. Das ist durch den einfachen Austausch des Hauptmoduls möglich. Darüber hinaus können durch die Herstellerunabhängigkeit von Flexi Loop bereits vorhandene Maschinenkonzepte umgestellt werden, ohne die Sicherheitssensoren tauschen zu müssen. Mit dem Drive Monitor können bestehende Motor-Feedback- und Encoder-Systeme integriert werden.
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