B&R: Wie eine schützende Hülle - Safety für mobile Maschinen

Die Automatisierung mobiler Arbeits­maschinen bedingt, dass sich deren Hersteller verstärkt mit der europäischen Maschinen­richtlinie und dem Thema Sicherheitstechnik befassen müssen. Ein verlässlicher Technologie­­partner für Sicherheitstechnik hilft dabei, Entwicklungs­aufwand für eigene Sicherheitslösungen zu vermeiden.

Heutige Anforderungen des Marktes für mobile Maschinen lassen sich mit mechanischen Lösungen nicht mehr umsetzen. Automatisierungstechnik kommt in den Arbeitsmaschinen für die Agrar-, Bau- und Kommunalbranche immer mehr zum Einsatz. Dazu müssen nicht zuletzt Themen wie sicheres Fahren und Lenken und (teil-)autonome Prozesse umgesetzt werden. Stefan Taxer, Produktmanager Mobile Automation bei B&R, unterstreicht: „Der Automatisierungsgrad mobiler Arbeitsmaschinen ist in den vergangenen Jahren sprunghaft angestiegen.“

Eines von vielen Beispielen für automatisierte Prozesse sind Drive-by-Wire-Antriebssysteme. Bei diesen werden zum Beispiel Informationen des Gaspedals nicht mechanisch, sondern elektrisch übertragen. Solche Systeme bieten viele Vorteile, bergen aber auch Risiken: „Hat die Antriebsregelung während der Fahrt eine Fehlfunktion, kann das zu schwerwiegenden Unfällen führen“, sagt Taxer. Daher muss die Antriebsregelung sicher ausgeführt sein.  

Welches Sicherheits­niveau ist nötig?
Doch woher weiß der Hersteller einer mobilen Arbeitsmaschine, welche Anforderungen eine Sicherheitslösung erfüllen muss? Zuerst muss er prüfen, ob seine Anwendung unter die Bestimmungen der europäischen Maschinenrichtlinie fällt – die mittlerweile für nahezu jede mobile Arbeitsmaschine gilt. „Die Maschinenrichtlinie verpflichtet den Hersteller, anhand eines Risikographen eine Gefahrenanalyse und Risikobewertung durchzuführen, um das notwendige Level für die Sicherheitsfunktion zu bestimmen“, erklärt Taxer. Nach Taxers Erfahrung muss bei mobilen Arbeitsmaschinen in den meisten Fällen der Safety Integrity Level SIL2 beziehungsweise der Performance Level PLc erreicht werden.

Diese Sicherheits-niveaus lassen sich dem Experten für mobile Automatisierung nach mit programmierbarer Sicherheitstechnik einfach erreichen. „Dennoch schrecken viele Hersteller vor programmierbarer Sicherheitstechnik zurück, weil sie sie für zu komplex halten“, sagt Taxer. Das dies nicht der Fall sein muss, erläutert er am Beispiel des Produkt-Portfolios von B&R: „Es stehen für unterschiedlichste Safety-Funktionen vom TÜV vorzertifiziere Softwareblöcke zur Verfügung. Die eigentliche Safety-Programmierung reduziert sich so auf das einfache Konfigurieren und Verknüpfen der sicheren Softwareblöcke mittels Kontaktplan. Der Maschinenbauer muss dem TÜV gegenüber dann nur noch nachweisen, dass diese Arbeiten nach den Vorgaben für die sichere Entwicklung durchgeführt wurden.“ Das reduziert die Komplexität, den Arbeitsaufwand und die Zertifizierungszeit drastisch.

Große Skalierbarkeit
Die passende Hardware für die programmierbare Sicherheitstechnik von B&R ist das sichere Steuerungs- und I/O-System X90. Die Leistung der Steuerung ist über einen weiten Bereich skalierbar und lässt sich mit Funktionen, wie zusätzlichen I/Os, Interfaces oder vibrationsbasiertem Condition Monitoring, ergänzen. Das Gehäuse ist äußerst robust und in IP67K ausgeführt.

Für die Zukunft gerüstet
Als Technologie-Partner legt B&R großen Wert auf die Zukunftssicherheit seiner Plattformen. Sollten etwa in Zukunft für Funktionalitäten höhere Sicherheitsvorschriften gelten – SIL3 oder PLe – muss kein Redesign der Hardware für mobile Maschinen gemacht werden. Die Steuerung ist bereits für PLe vorbereitet. „Wir entwickeln in diesem Fall eine neue Optionsplatine mit den entsprechenden PLe-I/Os“, sagt Taxer. Diese Platine wird dann einfach in die X90-Steuerung integriert.

Zukunftssicher ist bei B&R auch das Zusammenspiel des nichtsicheren und sicheren Bereichs einer Maschinenapplikation. Die Safety-Lösung kann sich der Anwender wie eine sichere Hülle um die bestehende, nicht sichere Maschinenapplikation vorstellen. „Solange sich alle Parameter innerhalb ihrer Grenzen bewegen, ist alles gut. Kommt einer aber darüber hinaus, übernimmt die Sicherheitssteuerung das Ruder und führt die Maschine in den definierten sicheren Zustand“, erläutert Taxer das Prinzip. Der große Vorteil daran: Wird an der Maschinenapplikation etwas geändert oder ergänzt, muss die Sicherheitshülle nicht verändert werden. Taxer: „Es sind keine erneuten Validierungen oder Zertifizierungen notwendig.“

Auf Erfahrung kommt es an
Für Hersteller mobiler Maschinen wird die Maschinenrichtlinie aufgrund der zunehmenden Automatisierung immer wichtiger. Der Automatisierungsspezialist B&R hat auf dem Gebiet der funktionalen Sicherheit und beim Umsetzen der Richtlinien in der Industrie zehn Jahre Erfahrung, die sich auf die Agrar-,
Bau- und Kommunalbranche übertragen lässt. „Mit unserer umfangreichen Hard- sowie Softwareplattform und einfach zu konfigurierenden Engineering-Bausteinen sind wir der optimale Technologiepartner, um Sicherheitslösungen für mobile Arbeitsmaschinen zu entwickeln“, ist Taxer überzeugt.

Maschinenrichtlinie 2006/42/EG
Die Maschinenrichtlinie der EU regelt, welche sicherheitstechnischen Maßnahmen Hersteller von Maschinen treffen müssen, damit von den Maschinen keine Gefahr für den Bediener oder andere Menschen ausgeht. Die hierzu gelisteten und harmonisierten Normen sind im Wesentlichen die ISO 13849 zur Gestaltung der sicherheitsbezogenen Steuerung und die IEC 62061 für den Safety Integrity Level (SIL). Diese beiden Normen sind international anerkannt und gelten daher auch außerhalb des europäischen Wirtschaftsraumes. Produkte der B&R-Sicherheitstechnik erfüllen die Anforderungen beider Normen. Weitere harmonisierte Normen konkretisieren Anforderungen für den jeweiligen Maschinentyp, zum Beispiel ISO 25119/EN 16590 für Traktoren sowie Maschinen der Agrar- und Forstwirtschaft.