Maschinen- und Anlagensicherheit: Konfigurierbares Sicherheitsmodul für Rollenschneidmaschinen

A B Graphic International ist ein führender Hersteller von Maschinen für die Etiketten- und Verpackungsbranche. Das im englischen Middleton on the Wolds ansässige Unternehmen legt Wert auf die Nutzung aktueller Technologien. Jetzt hat das Unternehmen eine neues Sicherheits-Konzept für seine Rollenschneidmaschinen eingeführt - dabei setzt es u.a. das konfigurierbare Sicherheitsmodul PSR-Trisafe von Phoenix Contact ein. Ein Bericht von Simon Davis, Manager im Produktmarketing Safety, Phoenix Contact Electronics.

Der 1954 unter dem Namen Burton Engineering gegründete Maschinenbauer hat sich zu einem Global Player im Bereich Etikettierung und Verpackung entwickelt. Weltweit sind derzeit mehrere Tausend Maschinen des Herstellers im Einsatz. Der Fertigungsprozess umfasst mehrere Schritte, für die einige Maschinen benötigt werden: Rollenschneider, Stanz- und Bedruckungsgeräte, Prüfsysteme, Laminiergeräte und Abrollstationen. Das Portfolio des Herstellers beinhaltet deshalb sowohl Maschinen für die einzelnen Herstellungsschritte als auch ein modulares Komplettsystem, das den gesamten Produktionsprozess abdeckt.

Wichtigster Bestandteil des Prozesses ist der Rollenschneider. Hochgeschwindigkeits-Rollenschneidmaschinen können Rollen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 300 Metern pro Minute schneiden und aufrollen. Doch nur bei passender Aufrollspannung weisen die gleichmäßig aufgewickelten Rollen eine hohe Qualität auf.

Große Bedeutung kommt auch der Produktivität und dem schnellen Rollenwechsel der Rollenschneider zu. Das zügige Spleißen und Austauschen der Spindeln für die verschiedenen Rollengrößen sind also ebenfalls entscheidend. Zudem können die Rollenschneidmaschinen mit Kameraprüfsystemen ausgestattet werden, die mit Hilfe von Zeilensensoren Mängel an den bedruckten Etiketten wie Kratzer, Textabweichungen sowie Farbflecken und -abweichungen oder Deckungsfehler erkennen. Bei der automatischen Wicklung von kleinen Rollen bis 350 Millimeter Durchmesser und 510 Millimeter Breite erweisen sich Wendewickler als optimale Lösung, da sie lediglich eine kleine Standfläche erfordern. Darüber hinaus ermöglichen die Maschinen einen ununterbrochenen Fertigungszyklus, was zu einem effizienten Etikettierprozess und entsprechend hohen Produktionsraten führt.

Ein- und Ausgänge im kompakten ­Gehäuse
A B Graphic International legt großen Wert auf einen innovativen Maschinenaufbau und deren Konformität mit der europäischen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. In der Vergangenheit setzten die Mitarbeiter die Sicherheitsschaltungen der Maschinen über Sicherheitsrelais um, die Kernelement der Safety-Strategie waren. Jedem Relais war dabei eine bestimmte Sicherheitsfunktion zugeordnet, beispielsweise die Sicherheitsabdeckungen über dem Messerbereich, optische Sensoren wie Lichtvorhänge oder der Fingerschutz im Rollenbereich. Neben diesen Schutzvorrichtungen verfügen die Rollenschneider über Notaus-Schalter am Schneidtisch und direkt am Steuerpult. Mark Norman, der bei A B Graphic International für die Steuersysteme verantwortlich zeichnet, erläutert: „Als bewährte Technologie werden Sicherheitsrelais standardmäßig in vielen Maschinen eingesetzt. Bei unseren modularen Systemen zeigt sich dieser Ansatz jedoch als unflexibel und zeitaufwendig, wenn wir die Maschinen an die unterschiedlichen Anwender-Anforderungen anpassen müssen. Deshalb haben wir nach einer besser geeigneten Sicherheitslösung gesucht".

Nach einer ausführlichen Beratung durch die Mitarbeiter von Phoenix Contact entschieden sich Norman und seine Kollegen für PSR-Trisafe. Denn das konfigurierbare Sicherheitsmodul lässt sich flexibel einrichten, um die Sicherheitsfunktionen für die meisten Schutzvorrichtungen an Maschinen zur Verfügung zu stellen. Dazu gehört die Überwachung von Sicherheitsabdeckungen und -klappen, Sicherheitssperren, Lichtvorhängen mit und ohne Durchlass-Funktion sowie Laserabtastern und Notaus-Schaltern. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Sicherheitsrelais mit nur einer festen Funktion handelt es sich bei den Safety-Funktionen des PSR-Trisafe um eine Kombination aus TÜV-geprüfter Hardware und Software-Funktionsblöcken. Letztere werden mit Hilfe von Anwender-Software konfiguriert und über ein USB-Kabel auf das Sicherheitsmodul übertragen. Bei einer Breite von drei Sicherheitsrelais bietet PSR-Trisafe 20 sichere Eingänge und vier sichere Ausgänge, die zehn Sicherheitsfunktionen mit je zwei Kanälen unterstützen. Sind weitere Funktionen erforderlich, lässt sich das Basisgerät um Module ergänzen, die acht zusätzliche sichere Eingänge und vier sichere Ausgänge bereitstellen. Außerdem umfasst das Portfolio der bis PL e gemäß DIN EN ISO 13849-1 zugelassenen Produktfamilie PSR-Trisafe Ausgänge zur Erzeugung von Taktsignalen für die Querschluss-Erkennung von Sicherheitsschaltern sowie Masseschaltausgänge zur sicheren Trennung von Lasten.

Vollständiger Test vor Inbetriebnahme
Bei der Integration eines neuen Sicherheitsmoduls in ein bestehendes Safety-Kontrollsystem sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen. Erstens werden die vorhandenen, auf Sicherheitsrelais beruhenden Sicherheitsschaltungen verändert. Das stellt eine erhebliche Abwandlung der Safety-Lösung dar, die sich aus der ursprünglichen Risikobewertung der Maschine ergeben hat. Daher sollten der notwendige Performance Level (PL r) des sicherheitsrelevanten Steuersystems und die Implementierung jeder Funktion mit dem neuen Modul sorgfältig geprüft werden. Hier spielt das konfigurierbare Sicherheitsmodul PSR-Trisafe seine Stärken aus. Wegen seiner zahlreichen Eingänge können beispielsweise die Schalter der Sicherheitstüren einzeln angeschlossen und überwacht werden. Damit liegt die erforderliche Diagnoseabdeckung (Diagnostic Coverage, DC) vor, um die Sicherheitskategorie PL e gemäß DIN EN ISO 13849-1 zu erreichen.

Die Ausgänge des Sicherheitsmoduls sind redundant ausgelegt und verfügen über eine integrierte Diagnosefunktion, sodass die Anforderungen an eine PL-e-Struktur auch in diesem Bereich erfüllt werden. Im Vergleich zu einem herkömmlichen Sicherheitsrelais lässt sich bei der Verkabelung der Ausgänge zudem die Anzahl der Schaltkontakte verringern, die zur Abschaltung der Last notwendig sind. Für die Berechnung des Performance Levels jeder Funktion müssen Daten zur Ausfallwahrscheinlichkeit aller in der Sicherheitsschleife verwendeten Komponenten vorhanden sein. Diese Informationen findet der Anwender bei PSR-Trisafe und Sicherheitsschaltern im Datenblatt des Herstellers oder einer Komponenten-Bibliothek für das Software-Paket Sistema. Entsprechende Daten der Schütze sind jedoch nicht ohne weiteres erhältlich und deshalb selbst zu berechnen.
Wenn die Hardware-Struktur eingerichtet ist, können die Software-Funktionen von PSR-Trisafe über die Konfigurations-Software Safeconf implementiert werden. Gemäß DIN EN ISO 13849-1 sind die Sicherheitsfunktionen zur Vermeidung systematischer Ausfälle in einem Dokument zu beschreiben und im Rahmen des Sicherheitsprojekts klar zu definieren. Zwecks Optimierung der Inbetriebnahme lassen sie sich beim Einsatz von PSR-Trisafe vollständig in der Software Safeconf testen, bevor die Sicherheitsfunktionen dann auf das Hardware-Modul übertragen werden. Nach Abschluss dieser Schritte wird das System fest angeschlossen und die Maschinenfunktionen werden validiert, damit die korrekte Implementierung aller Safety-Funktionen sichergestellt ist.

Fazit
Mark Norman erklärt abschließend: „Aufgrund der kompetenten Beratung und umfassenden Unterstützung durch die Mitarbeiter von Phoenix Contact hat sich der anfängliche Aufwand bei der Übertragung der Sicherheitsfunktionen in Grenzen gehalten. Mittlerweile sind die ersten Maschinen-Projekte mit PSR-Trisafe abgeschlossen, welche die funktionalen und ökonomischen Vorteile der neuen Safety-Lösung unterstreichen. Außerdem fügt sich das konfigurierbare Sicherheitsmodul bestens in unser flexibles Maschinenkonzept ein, das die Investitionen der Anwender schützt, da es einfach an zukünftige Anforderungen angepasst werden kann".