Dynamik und Sicherheit im Team

DER AUTOR Holger Goergen arbeitet im Technischen Büro Wuppertal der Pilz GmbH & Co KG in Ostfildern.

Das hohe Gefährdungspotenzial für den Bediener an Servopressen erfordert ein durchgängiges Sicherheitskonzept, um die hohe Flexibilität dieser Maschinen produktiv nutzen zu können. Pilz bietet dafür das Safe-Motion-System an – eine Kombination aus dem Servoverstärker PMCprotego D und der Sicherheitskarte PMCprotego S, mit der sich Sicherheitsfunktionen für mehrere Achsen realisieren lassen. Das System ist zudem offen für die Anbindung an gängige Bussysteme und marktübliche Steuerungen. Der flexible Verbund aus Antrieb und Sicherheit ist vor allem dann ideal, wenn neben Dynamik auch eine sichere Antriebsregelung für Standard-Feedback-Systeme bis PL e, Kategorie 4 gemäß ISO 13849-1 gefordert wird. Welche Sicherheitslösung letztendlich eingesetzt werden muss, ist vom Hersteller im Rahmen einer Risikobeurteilung für jede Anwendung im Vorfeld selbst festzulegen.

Zur sicheren Bedienung von Pressen gehören je nach Typ abschrankende (meist bei automatischer Zuführung) oder nicht-abschrankende Schutzmaßnahmen wie beispielsweise Lichtgitter. Die zweite Variante setzt meist eine zusätzliche sichere Bewegungsüberwachung voraus. Hier greift das Sicherheitskonzept von Pilz. Die im Servoregler PMCprotego D steckbare Sicherheitskarte der Safe-Motion-Lösung PMCprotego DS bietet insgesamt elf Sicherheitsfunktionen, die weit über die bereits im Servoverstärker integrierte Funktion ‚Sicher abgeschaltetes Moment‘ (STO) zur Unterbrechung der Energieversorgung hinausgehen.

Typische Funktionen, die den Einrichtbetrieb an Pressen betreffen, sind ‚Sicher begrenzte Geschwindigkeit‘ (SLS) und ‚Sicher begrenztes Schrittmaß‘ (SLI) zur Überwachung des Walzenvorschubs. Beide zusammen ermöglichen auch einen sicheren Tippbetrieb der Achsen beim Einrichten. Die ebenfalls integrierte Sicherheitsfunktion ‚Sichere Bewegungsrichtung‘ (SDI) gewährleistet, dass die Bewegung des Antriebs nur in eine Richtung erfolgt; eine wichtige Schutzfunktion während der Mutingphase der Lichtgitter, da sie für die Dauer des Materialtransports die Sicherheitsfunktion der Lichtgitter im Gefahrenbereich unterdrückt.

Funktionen, die sich eher auf den Eingriff in den Prozess beziehen, sind ‚Sicherer Betriebshalt‘ (SOS), ‚Sicherer Geschwindigkeitsbereich‘ (SSR) sowie allgemeine Maßnahmen wie ‚Sicherer Stopp 1 und 2‘ (SS1 und 2). Alle Funktionen erfüllen die Anforderungen der Maschinenrichtlinie nach IEC 61800-5-2 und sind ausgelegt bis PL e nach EN ISO 13849-1 beziehungsweise SIL CL 3 nach EN/IEC 62061.

Bei jeder Grenzwertverletzung wird der Antrieb soweit möglich sicher gestoppt und durch die Funktionen der Sicherheitskarte sicher abgeschaltet. Durch einen zweiten reglerinternen redundanten Kanal werden Safe-Motion-Funktionen mit einem nicht-zertifizierten Geber bis PL e erreicht. Insgesamt können über 20 verschiedene Feedbacksysteme angeschlossen werden. Diese hohe Flexibilität ist eine der herausragenden Eigenschaften des Servoverstärkers PMCprotego D. Er reduziert auf diese Weise Rüstzeiten, beschleunigt Taktzeiten und steigert damit die Produktivität der Fertigungsanlage.

Alle notwendigen Funktionen, um die üblicherweise verwendeten Torquemotoren von Servopressen aber auch bürstenlose Motoren in Synchron- und Asynchrontechnik sowie Servo/-Linearmotoren effizient zu betreiben, sind ebenfalls integriert. Gerade für Torquemotoren in Servopressen stehen nur wenige sichere Feedbacksysteme zur Verfügung. Zudem haben sie meist keine sicherheitstechnischen Kennzahlen oder erreichen maximal PL d. Mit Safe Motion ist das kein Problem: Die Motoren werden automatisch in das Sicherheitssystem integriert und ermöglichen mit nahezu jedem Standard Feedbacksystem den Level PL d – in den meisten Fällen sogar PL e. Dies ist für die verwendeten Torquemotoren ein erheblicher technischer und kostenseitiger Vorteil.

Zu einer sicheren Bewegungsüberwachung bei Servopressen gehören aber noch weitere Funktionen. Dies sind ‚Sicherer Bremsentest‘ (SBT) und ‚Sichere Bremsenansteuerung‘ (SBC) – genau wie bei den Anforderungen an Vertikalachsen mit hängenden Lasten. Sie sind vorgeschrieben, um bei einem Pressenstillstand manuelle Arbeiten wie Teilekontrolle bei automatisierten Pressen, Instandsetzung von Werkzeugen oder Reparaturen zwischen Tisch und Stößel vorzunehmen zu können. Denn der Stößel muss in diesen Fällen auch nach dem Abschalten des Servoantriebs oder Ausfall der kompletten Energieversorgung sicher gehalten werden. Die im Antriebsmotor integrierte Haltebremse bietet in der Regel keinen ausreichenden Schutz gegen ein unkontrolliertes Absinken.

Ein ‚Sicherer Bremsentest‘ (SBT) nach Kat. 2, EN ISO 13849-1 erfolgt je nach Risikobeurteilung entweder einmal in jedem Produktionszyklus oder bevor der Bediener einen zugangsgesicherten Bereich betritt. Diese Aufgabe übernimmt ebenfalls die Sicherheitskarte der Safe-Motion-Lösung, indem sie eine zusätzliche Belastung der Bremse initiiert und einen möglichen Positionsversatz ermittelt. Zudem wird der Verschleiß der Bremse überwacht. Die ‚Sichere Bremsenansteuerung‘ (SBC) beinhaltet einen Plausibilitätscheck der Ströme in der Ansteuerung der Motorbremse und ein sicheres Abschalten über zwei Kanäle.

Bei hohem Gefährdungsrisiko ist sowohl im Automatikbetrieb als auch beim Einrichten und Warten von Pressen eine redundante Absturzsicherung nach Kat 3, EN ISO 13849-1 erforderlich. Dazu wird eine zweite Bremse im System benötigt. Diese zweite Bremse kann bis zu einem Strom von 2 A ebenfalls über die PMCprotego-DS-Lösung realisiert werden. In vielen Fällen wird die Zusatzbremse als Betriebsbremse mit einer erhöhten Stromaufnahme ausgeführt. Eine effiziente Lösung bietet Pilz durch die Kombination von PMCprotego DS mit dem Stand-alone Sicherheitsrelais PNOZ s50 für die ‚Sichere Ansteuerung‘ von Bremsen (SBC). Das Besondere dieses Relais ist, dass es gleichzeitig zwei leistungsstarke Halte- und/oder Sicherheitsbremsen – auch unterschiedlicher Hersteller – ansteuern kann. PNOZ s50 kann sicherheitstechnisch relevante Kontakte wie eine Verschleißkontrolle oder einen Rückführkontakt direkt auswerten.

Die Safe-Motion-Lösung PMCprotego DS überwacht auf diese Weise nicht nur die im Antrieb integrierte Sicherheitsfunktion, sie steuert gleichzeitig auch eine externe mechanische Bremse, die direkt auf den Stößel wirkt. Damit erhalten die Anwender ein redundantes und ganzheitliches Sicherheitssystem für Pressen, das neben den Funktionen ‚Sicherer Bremsentest‘ (SBT) und ‚Sichere Ansteuerung‘ (SBC) optional eine zyklische Funktionskontrolle der geöffneten Stellung der Bremse beinhaltet. co