Optimierte Fertigungslinie

Kaeser Kompressoren in Coburg automatisierte 2007 ­gemeinsam mit Fibro-GSA Automation eine 30 m lange Fertigungslinie, deren Sicherheit von einer Sicherheits-SPS Pluto AS-i und mehreren Türüberwachungs­sensoren Eden von Jokab Safety überwacht wird.

Es ist eine innovative Lösung, die das Projektieren spürbar vereinfacht. Sie bietet mehr Übersicht sowie beachtliche Kosteneinsparungen bei Verdrahtung, Wartung und Lagerhaltung. Ein über 70m langer Schutzzaun Quick-Guard E verhindert das unbefugte Betreten des Gefahrenbereichs. Die Flexibilität des Gelenkarm-Portalroboters GL60 ermöglichte es, bereits vorhandene Werkzeugmaschinen sowohl von oben als auch durch die Fronttür zu beladen.
Eine komplette Losgröße an Werkstücken wird im Werkstückträger-Stapel in die Fertigungslinie eingebracht. Der Gelenkarm-Portalroboter entnimmt Werkstücke aus dem Rohteilstapel und belädt die Werkzeugmaschinen. Die fertig bearbeiteten Werkstücke werden dann im Fertigteilstapel abgelegt. Dieser wird nach dem Leerfahren der Anlage entnommen und ein neuer Werkstücktyp mit neuer Losgröße eingebracht. Dabei gewährleistet die neue Lösung von Jokab Safety durchgängige Maschinensicherheit gemäß Kategorie 4 nach EN 954-1.

Gelenkarm-Portalroboter erhöht ­Flexibilität und Produktivität

Die Gelenkarm-Portalroboter GL30 und GL60 (Abb.1) von Fibro-GSA Automation transportieren Nutzlasten bis 60kg inklusive Greifer in einem 6-dimensionalen Arbeitsbereich und vereinen die Vorteile von Arbeitsraum erweiternden Lineareinheiten mit modernster 6-Achs-Robotik für maximale Bewegungsmöglichkeiten bei kompakter Baugröße. Je nach geforderter Ausrichtung des Arbeitsbereiches kann der Anbau des Roboters seitlich oder unter dem Portal hängend erfolgen. Dieses Konzept wurde erstmals bei der Firma Kaeser Kompressoren eingesetzt, wo man die durchgehende Fertigungsautomatisierung hochpräziser Werkstücke realisierte. Das Kernstück bildet dabei ein Gelenkarm-Portal­roboter vom Typ GL60 in seitlicher Anbaulage an einem Linearportal mit einem 24m langen Verfahrweg und einer maximalen Auslage von über 2m. Da die Bewegungsmöglichkeiten des ­Gelenkarm-Portalroboters eine Maschinenbe­ladung durch schmale Frontluken erlauben, konnten in der Anlage auch Werkzeugmaschinen verwendet werden, die für die Beladung von oben durch herkömmliche Portalsysteme ungeeignet wären.

Klar abgegrenzte Schutzbereiche

Die Werkzeugmaschinen werden anforderungsgesteuert und prioritätsgestaffelt be- und entladen, wodurch eine maximale Ausbringung auch bei typenspezifisch stark abweichenden Maschinenlaufzeiten erreicht wird. Auch das zusätzliche Ein- und Ausschleusen von Werkstücken über ­einen Inspektionsplatz ist möglich, ohne dass Teilestaus entstehen, da die Anlagensteuerung Stausituationen erkennt und gezielt beseitigt. Die Gesamtanlage gliedert sich in mehrere durch Schutzeinrichtungen abgegrenzte Bereiche, die während des laufenden Betriebs vom Bediener aus der Verkettung genommen, betreten und wieder eingebunden werden können. So lassen sich Maschinenstörungen beheben, ohne den Automatikablauf unterbrechen zu müssen. Die Zugangsanforderung erfolgt über Tastengehäuse an den Schutztüren, die über AS-i Safety at Work direkt mit der Sicherheitssteuerung verbunden sind. Hat der Roboter den angeforderten Bereich verlassen, wird dieser durch einen pneumatisch ausgefahrenen Sperrbolzen mechanisch gegen ein erneutes Einfahren des Roboters geschützt und der Türschalter durch die Sicherheits-SPS Pluto freigegeben.

Sensoren mit AS-i-Safety-at-Work-Schnittstelle

Sowohl die Türschalterstellung als auch die Endlagenüberwachung des Sperrbolzens und die Roboterposition werden über sichere Sensoren mit AS-i-Safety-at-Work-Schnittstelle direkt an die Sicherheits-SPS übertragen. Diese Art der Zugangssteuerung bietet zudem den Vorteil, dass man die Anlage während des Leer- bzw. Vollfahrens fließend auf einen neuen ­Teiletyp umrüsten kann und somit den Anlagenstillstand durch Rüstzeiten minimiert. Die hierfür normalerweise notwendige Hardware wird durch den Einsatz der Sicherheits-SPS Pluto von Jokab Safe­ty drastisch reduziert und bietet zusätzlich maximale Flexibilität und Leistungsreserven für spätere Anpassungen. Die berührungslosen Sensorpaare Eden bestehen aus dem aktiven, elek­trisch verdrahteten Teil Adam und dem als Betätiger wirkenden Teil Eva. Der Sensor ist nur dann aktiviert, wenn Adam und Eva sich gegenüberstehen. Dabei gewährleistet die große Toleranz für Abstand und Versatz zwischen Adam und Eva eine völlig unpro­blematische Montage. Der Sensor hat einen Schaltabstand von 0-15mm und arbeitet wartungs- und verschleißfrei. Dank des einzigartigen dynamischen Ein- und Ausgangssignals lassen sich bis zu 150 Sensoren mit einer Sicherheits-SPS Pluto einkanalig überwachen.

Leicht demontierbare Schutzumhausungen

Da die Produktionsanlagen gelegentlich erweitert oder innerhalb des Betriebs verlagert werden, kommt der leichten Demontierbarkeit des Schutzzauns eine große Bedeutung zu. Das Unternehmen hat ein weiterentwickeltes Aluminium-Zaunsystem mit der Bezeichnung Quick-­Guard E (Economy) auf den Markt gebracht. Es hat eine patentierte Gitter-Verriegelung, ein neues Wellengitter und neue U-Profile. Mit der neuen Gitter-Verriegelung ist es sehr einfach, das Wellengitter mit dem Zaunpfosten zu ­befestigen. Horizontale Zwischenprofile zum ­Stabilisieren des Wellengitters sind nicht erforderlich. Mithilfe des Auto-CAD-Programms ­Safe-CAD kann das Unternehmen innerhalb kürzester Zeit 3-D-Systemlösungen entwickeln. 3-D-Zeichnungen, Schnittlisten, Stücklisten usw. werden von Safe-CAD ausgegeben. Die Zeichnungen dienen gleichzeitig als Montageinformation. Eine Software in Excel ermöglicht es, die benötigten Komponenten schnell zu berechnen und ein aus Abschnitten zusammengebautes Zaunsystem zu visualisieren.

AS-i Sicherheit im Pluto-System enthalten

Das Pluto AS-i-Modul von Jokab Safety vereint die Funktionen des herkömmlichen AS-i-Masters und AS-i-Sicherheitsmonitors in einem einzigen Modul. Die Sicherheits-SPS Pluto AS-i (Abb.2) kann Sicherheitsknoten sowie Steuerausgänge überwachen, insgesamt bis zu 31 sichere/nicht-sichere Knoten. Es ist auch möglich, das neue Modul einzusetzen, um ein System auf herkömmliche Weise mit einem separaten AS-i-Master zu überwachen. Über den Pluto CAN-Bus lassen sich bis zu 32 AS-i-Plutos oder andere Pluto-Ausführungen vernetzen.

Das Pluto AS-i-Modul kann Informationen von den anderen Pluto-Modulen und den an ihnen angeschlossenen Unfallschutzgeräten am Bus sicher auslesen. Das gesamte Sicherheitssystem kann mit dem Programmierwerkzeug „Pluto Manager" mit vorgegebenen Sicherheitsfunktionsblöcken aus der Bibliothek programmiert werden. Das Pluto AS-i-Modul hat auch 13 reguläre E/A. Vier davon können als sichere Analogeingänge arbeiten. Das Verdrahten und Anschließen von Sensoren an das Sicherheitssystem ist durch den Einsatz des AS-i-Busses und der Knoten sehr leicht geworden. Mit einem Gateway (Abb.2, links) lassen sich die Informationen von einem Pluto-Netzwerk an andere Bussysteme, wie Profibus DP, Canopen, Devicenet und Ethernet, übertragen und somit größere Systeme schaffen.

Schlanke Erweiterungsrelais

Die nur 22,5mm breiten Sicherheitsrelais BT50 und BT51T (Abb.2, rechts) sind für den Anschluss von Unfallschutzgeräten, wie Not-Halt-Tastern, und zum Erweitern der Anzahl von ­Ausgängen bestimmt. Mit vier zweifachen Schließern als Sicherheitsausgänge, Testeingang, vollständiger interner Überwachung und durch Verdrahtung wählbaren Verzögerungszeiten von 0 bis 1,5Sekunden ist das BT51T wirklich einzigartig. Die vier Sicherheitsausgänge lassen sich durch Beschaltung der Anschlüsse verzögern. Verzögerte Ausgänge benutzt man, wenn die Maschine über die Software-Steuerung der ­Maschine sanft gestoppt werden soll. Die Aufgabe der verzögerten Sicherheitsausgänge ist es dann sicherzustellen, dass die Maschine nach der Verzögerungszeit sicher in den Stillstand versetzt wird.

Positive Erfahrungen

David Wilder, Fertigungsingenieur bei Kaeser Kompressoren, und Peter Hülsebusch, Software­ingenieur bei Fibro-GSA Automation, schätzen bei der modularen Sicherheitslösung des schwedischen Herstellers die Einfachheit der Projektierung und Programmierung mit der kostenlosen Software Pluto Manager. Die Sicherheits-SPS Pluto mit AS-i-Schnittstelle bietet hohe Flexibilität und sichere Kommunikation und sorgt durchgängig für die höchste Sicherheitskategorie4. Die beiden Automatisierungs-Spezialisten loben auch die kompetente Beratung, die leichte Erweiterbarkeit und die Diagnosefunktion. Dank der AS-i-Schnittstellen verringert sich der Verkabelungsaufwand, und flexible Sicherheitskonzepte lassen sich schnell und ohne größeren Hardware-Aufwand realisieren. Außerdem ist der Platzbedarf im Schaltschrank äußerst gering, und das Zaunsystem Quick Guard E lässt sich schnell und mühelos demontieren. Vorteilhaft sind auch die Zulassungen in Europa, Nordamerika und Asien.