Integrierte Sicherheit...

Bei Stanzen und Pressen hat die Arbeitssicherheit höchste Priorität. Die Integration der Sicherheitsfunktionen in die allgemeine Netzwerkarchitektur ermöglicht es, Ver­zögerungszeiten im System im Fall eines Not-Aus auf ein Minimum zu reduzieren und so potentielle Gefahren von Mensch und Maschine abzuhalten. Besonders angenehm für den Maschinenhersteller: Das Engineering wird durch die Integration deutlich einfacher, und die Gesamtkosten für das Sicherheitspaket reduzieren sich.

Schnell laufende Präzisions-Stanzautomaten, die mit 1.000 Hüben pro Minute arbeiten, bergen aufgrund der bewegten Masse und der hohen Arbeitsgeschwindigkeit eine nicht unerhebliche Gefahr für Leib und Leben des Bedieners. Die auftretenden hohen Kräfte können bei Fehlfunktionen im Verarbeitungsprozess aber auch erhebliche Schäden am verwendeten Stanzwerkzeug hervorrufen. Auch wenn der Personenschutz bei allen Sicherheitsüberlegungen stets im Vordergrund steht, ist daher auch der Werkzeugschutz für den Maschinenbetreiber ein zentrales Gebot - zumal die mit hohen Folgekosten behafteten Werkzeugschäden in der Praxis wesentlich häufiger vorkommen als Unfälle mit Personenschäden.
Wichtigstes aktives Sicherheitselement einer Presse bzw. Stanze ist das Sicherheitsventil, das bei einem Fehler verriegelt und damit den (Haupt-)Antrieb auskuppelt. Beim traditionellen Sicherheitskonzept wird das Ventil durch eine Sicherheitssteuerung bzw. einen Sicherheitskreis ausgelöst. Den eigentlichen Fertigungsprozess steuert hingegen die Standard-SPS.

Die mit modernen Sicherheitssteuerungen erreichbaren Zykluszeiten von etwa 10 ms sind für die Gewährleistung der Personensicherheit in der Regel auch völlig ausreichend. Der Grund hierfür: Die Konzeption der Maschine sowie die physikalischen Randbedingungen tragen dazu bei, dass der Bediener nicht in den gefährlichen Bereich der Maschine gelangen kann, bevor sie stillsteht.

Kurze Zykluszeiten gefragt
Im Bereich der Werkzeugsicherheit stellt sich die Situation hingegen anders dar. „Um Maschine und Werkzeug optimal schützen zu können, sind kürzere Zykluszeiten erforderlich, da ein Problem im Verarbeitungsprozess schlimmstenfalls in­nerhalb nur eines Hubs zur Zerstörung des ­Werkzeugs führt", erklärt Dipl.-Ing. (FH) Stefan Egenolf, der die Elektroabteilung der mabu-pressen AG leitet. „Mit der traditionellen Sicherheitstechnik sind einem hier aber Grenzen gesetzt. Mögliche Hilfskonstruktionen sind mit erheblichem Aufwand verbunden und haben zusätzliche Verzögerungszeiten im System zur Folge."

Als innovatives Unternehmen war mabu, renommierter Hersteller einer großen Bandbreite an schnell laufenden Präzisions-Stanzautomaten, daher seit Längerem auf der Suche nach einer Lösung, die sowohl optimalen Personenschutz als auch optimalen Werkzeugschutz ermöglicht.
Als den Unternehmensverantwortlichen die integrierte Sicherheitstechnik von B&R präsentiert wurde, ergriffen sie die Gelegenheit beim Schopf, als Beta-Anwender mithilfe von B&R-Produkten und -Sicherheitstechnik eine vollständig neue Steuerungsarchitektur zu entwickeln. Sie wird unter der Bezeichnung mPC400 im Laufe des Jahres 2009 schrittweise bei mabu eingeführt.
Das Herzstück der mPC400 bildet ein B&R Industrie-PC APC620 embedded, an den via SDL-Schnittstelle ein 15-Zoll-Touch-Display aus der ­Power-Panel-Familie von B&R angeschlossen ist. Als dezentrales I/O-System haben die mabu-Experten das X20-System von B&R gewählt. Die Sicherheitstechnik, wie das Pressensicherheitsventil, ist über sichere X20-Module, die über Powerlink­safety kommunizieren, in das System eingebunden.

Verbesserter Personen- und Werkzeugschutz durch integrierte Sicherheit
„Durch die Integration der Sicherheitsfunktion in die Standardsteuerung profitieren wir von den wesentlich schnelleren Schaltzeiten der Standardsteuerung und der deutlich niedrigeren Zy­kluszeit von Powerlink", betont Stefan Egenolf. „Dies bedeutet, dass wir nicht nur den Schutz des Bedieners gewährleisten können, sondern auch die Maschine schneller anhalten können, wenn Messeinrichtungen Probleme im Prozess beobachten. Damit ist der Werkzeugschutz noch effektiver." Dank Powerlinksafety und den sicheren I/O-Modulen des X20-Systems hat sich die Zahl der benötigten Leitungen zwischen der Maschine und dem separaten Schaltschrank, in dem die Steuerung untergebracht ist, zudem deutlich reduziert. „Der verringerte Material- und der damit einhergehende niedrigere Arbeitsaufwand ist sicherlich ein weiterer Pluspunkt der integrierten Sicherheitstechnik von B&R", urteilt der Leiter der mabu-Elektroabteilung. „Den größten Vorteil aus Kostensicht sehe ich aber in dem erheblich reduzierten Programmieraufwand durch den in die Engineering-Umgebung Automation Studio von B&R integrierten SafeDesigner."

Übersichtlicher Aufbau
Die Programmierung kann wesentlich schneller vorangetrieben werden, weil die Kommunikation zwischen der Sicherheitsdomäne und der Standarddomäne direkt über in beiden Domänen bekannte Variablen erfolgt, die zeitlich über den Powerlink-Zyklus gekoppelt sind. Damit entfällt die bei der traditionellen Sicherheitslösung erforder­liche umständliche Kommunikation, die die Grenzen unterschiedlicher Bus-Systeme und Hardware-Komponenten überwinden muss. Die Sicherheitsfunktionen inklusive der Eingänge und Stati sind bei der integrierten Sicherheitstechnik von B&R auch in der Standardprogrammierung direkt und unmittelbar verfügbar bzw. sichtbar. „Daraus ergibt sich ein einfacherer und übersichtlicherer Aufbau des Programmcodes, was sich äußerst positiv auf die Softwarequalität auswirkt. Auch die Suche und Behebung eventueller Fehler ist so schneller erledigt", berichtet Stefan Egenolf.

Bestandteil der Maschinensteuerung mPC400 ist auch eine neue Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI). Schon auf den ersten Blick fällt der Unterschied zur Vorgängerversion auf: mabu hat auf die Folientastatur verzichtet und stattdessen eine reine Touch-Screen-Bedienung verwirklicht. „Diese Technik ist für den harten Industrieeinsatz geeignet und wird von den Anwendern an der Maschine mittlerweile auch bestens akzeptiert. Zudem erlaubt sie es uns, die Standardisierung der HMIs unserer Maschinen voranzutreiben, ohne auf Flexibilität verzichten zu müssen", erklärt Stefan Egenolf.
Die moderne Visualisierungs- und Bedienungsoberfläche mit 3-D-Effekten haben die Ingenieure mit der Visualisierungssoftware Visual Components erstellt, die integraler Bestandteil von Automation Studio ist. Stefan Egenolf begründet die Entscheidung: „Eine auf die Softwareentwicklung ausgerichtete Programmierumgebung bietet dem versierten Programmierer sicherlich fast unbegrenzte Möglichkeiten. Wir haben uns trotzdem gegen die Nutzung einer solchen Programmierumgebung entschieden, weil Visual Components all die Elemente bereithält, die für eine Automatisierungsanwendung erforderlich sind, sodass wir diese nicht mühsam selbst kreieren müssen. Auch die Erstellung einer Schnittstelle zwischen der Visualisierung und der Steuerung hat uns B&R durch die Integration von Visual Components in Automation Studio bereits abgenommen. Somit müssen wir auch hier keinen Aufwand für die Pflege der Schnittstelle treiben."

Ähnlich wie im Falle der Sicherheitstechnik stehen dem Programmierer alle Variablen der Steuerung direkt in der Visualisierung zur Verfügung. Die Anpassung einer Visualisierung an neue Optionen der Steuerung ist so mit nur geringem Arbeitseinsatz verbunden.
„Auf Grundlage bewährter und innovativer B&R-Technik haben wir eine leistungsfähige und bedienerfreundliche Steuerungsgeneration entwickelt, die noch sicherer und zugleich anpassungsfähiger ist. Sie bietet die erforderliche Performance und Flexibilität, um heutige und zukünftige Anforderungen unserer Anwender zu erfüllen", ist das Resümee des Managers von mabu.