Sicherheits-SPS Logische Verknüpfung von Schutzbereichen erhöht Sicherheit des Anwenders

Die Zahoransky AG in Todtnau im Schwarzwald setzt seit 2004 in ihrer Bürstenproduktionsmaschine ZT 2002 E (Bild 1) bis zu 12 Türüberwachungssensoren Eden, mehrere Anpassungsgeräte Tina und zu deren Überwachung ein elektronisches Sicherheitsmodul Vital oder eine Sicherheits-SPS Pluto von Jokab Safety ein. Dabei erreicht man nicht nur durchgängig die höchste Sicherheitskategorie 4 nach EN 954-1, sondern reduziert auch den Verdrahtungsaufwand auf ein Minimum. Da Pluto und die übergeordnete SPS direkt über den maschineninternen CAN-Bus kommunizieren, erübrigt sich der Einsatz eines Gateways.

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Die flexible Zahnbürstenproduktionsmaschine mit der Bezeichnung ZT 2002 E besteht aus Bürstenkörperzuführer, Stopfautomat (Bild 1) und Endbearbeitungsmaschine, die im Verbund mit einer Blisterverpackungsmaschine Zahnbürsten produzieren. Die Bürstenkörper werden von Hand aus den Kartons entnommen und in den Körperzuführer eingelegt.

Dort werden die Körper vereinzelt und dem Stopfautomat lagerichtig zugeführt. Das Stopfwerkzeug presst die Borstenbündel in die vorgespritzten Löcher und befestigt dabei die Bündel mit einem Ankerdraht. Anschließend werden die Borsten in der Endbearbeitung auf Länge geschnitten und die Borstenenden dann mittels diamantbeschichteter Schleifscheiben rundgeschliffen und poliert.

Die fertigen Zahnbürsten werden je nach Kundenwunsch geprägt oder mit einer Decalfolie versehen und in Blisterverpackungen gepackt, die ihrerseits in Kartons oder Verkaufsständer gefüllt werden. Das Beherrschen des Stopfprozesses ist die eigentliche Kernfunktion der gesamten Anlage, in der bis zu 850 Bündel pro Minute aufbereitet und förmlich in den Bürstenkörper hineingeschossen werden. Dies entspricht einem Ausstoß von 40 Bürsten pro Minute.

Je nach Anforderung des Kunden lassen sich unterschiedlichste Bürstenköpfe fertigen. Außerdem stehen verschiedenste Verpackungssysteme zur Auswahl, um individuelle Kundenwünsche optimal realisieren zu können. So bekommt der Endkunde höchste Produktionsleistung und ein Höchstmaß an Freiheit bei der Produktgestaltung, bei gleichzeitig geringem Platzbedarf.

Absicherung der Schutzbereiche

Die Zahnbürstenmaschine umfasst bis zu fünf Schutzbereiche: Bürstenkörperzuführer, Stopfautomat, Endbearbeitung, Handling und Übergabe an die Blisterverpackungsmaschine. Mit Einrichtschaltern lassen sich verschiedene, auch übergreifende Schutzbereiche überbrücken, wobei die Sicherheits-SPS Pluto von Jokab Safety beliebige sicherheitstechnische Verknüpfungen ermöglicht. Bei einem Eingriff in einen Schutzbereich wird die Maschine in den sicheren Halt versetzt.

Beim Öffnen einer der acht bis zwölf mit Türsensoren Eden überwachten Türen während einer Kontrolle oder Wartung veranlasst die Sicherheits-SPS die sofortige Abschaltung der Anlage. Die auf dem Sicherheits-SPS-Netz verfügbaren Informationen werden direkt von der Maschinensteuerung zur Auswertung und Visualisierung des Maschinenzustands ausgelesen. Zwei Erweiterungsrelais E1T erhöhen die Anzahl der sicheren Ausgänge auf acht. Dadurch können mit einem einzigen Abschaltsignal bis zu acht gefährliche Maschinenbewegungen und Funktionen gestoppt werden.

An jeder der 2-flügeligen Wartungstüren ist ein berührungsloses Sicherheits-Sensorpaar „Eden“ (Bild 2) angebracht. Es besteht aus dem aktiven, elektrisch verdrahteten Teil namens „Adam“ und dem Betätiger „Eva“. Der Sensor ist nur bei geschlossener Tür aktiviert, wenn sich das Sicherheits-Sensorpaar genau gegenübersteht. Dabei gewährleistet die große Toleranz für Abstand und Versatz zwischen dem Sicherheits-Sensorpaar eine problemlose Montage. Der Sensor hat einen Schaltabstand von 0 bis 15 mm und arbeitet wartungs- und verschleißfrei.

Sicherheitsmodul überwacht bis zu 30 Sensoren

Dank des dynamischen Ein- und Ausgangssignals lassen sich bis zu 30 Sensoren mit einem Sicherheitsmodul Vital 1 oder bis zu 150 Sensoren mit einer Sicherheits-SPS Pluto einkanalig überwachen. Die Sicherheitskategorie 4 bleibt dabei gewahrt, und ein Informationssignal gibt Aufschluss über den Zustand jeder Tür.

Mit Hilfe der Anpassungsgeräte Tina 3A und 7A für die Not-Aus-Taster sowie die Einricht- und Betriebsartschalter wurde die Anzahl der Eingänge an der Sicherheits-SPS Pluto erheblich verringert. Dabei werden die statischen Kontakte der Taster und Schalter an die Anpassungsgeräte angeschlossen. Diese Geräte erzeugen ein dynamisches Ausgangssignal, das die Sicherheits-SPS nach Sicherheitskategorie 4 auswertet.

Sämtliche Sicherheitsfunktionen der Zahnbürstenmaschine werden von einer oder zwei Sicherheits-SPS Pluto A20, B20 oder S20 überwacht, die über einen sicheren Can-Bus miteinander kommunizieren und durchgängig für die höchste Sicherheitskategorie 4 sorgen können. Die Maschinenanforderungen wurden durch entsprechende Programmierung vor Ort schnell und mühelos erfüllt. Die früher erforderliche zeitaufwändige Relaisverdrahtung entfiel, und der Kunde erhielt die zugehörige Software kostenfrei.

Durch den verringerten Verdrahtungs-, Projektierungs- und Materialaufwand erzielt der Maschinenhersteller erhebliche Kosteneinsparungen. Zudem schaffen der Wegfall zahlreicher Sicherheitsrelais und die kleine Baugröße der Sicherheits-SPS Pluto (45 mm breit) im Schaltschrank viel Platz. Das neue Sicherheits-SPS-Konzept vereinfacht den Entwurf von Sicherheitssystemen und bietet hohe Flexibilität. Eines der Hauptmerkmale bei dem Sicherheits-SPS-Konzept besteht darin, dass es zwischen den an den Sicherheitsbus angeschlossenen Steuergeräten keine Master-Slave-Beziehung gibt.

Wenn dem Anwender kein maschineninterner Can-Bus zur Verfügung steht, so kann er die Informationen mit einem Protokollumsetzer von einem Sicherheits-SPS-Netzwerk an andere Bussysteme, wie Profibus, Canopen und Devicenet, übertragen und somit größere Systeme schaffen.

Elektronisches Sicherheitsmodul

Bei einfacheren Maschinen kommt statt der Sicherheits-SPS Pluto das nur 22,5 mm breite, elektronische Sicherheitsmodul Vital zum Einsatz. Es bildet das Kernstück eines neuen Konzepts, das es ermöglicht, viele unterschiedliche, an die gleiche Sicherheitsschaltung angeschlossene Unfallschutzgeräte zu installieren und trotzdem die Sicherheitskategorie 4 gemäß EN 954-1 zu erreichen.

Das Sicherheitsmodul überwacht dabei die angeschlossenen Unfallschutzgeräte dynamisch. Es verfügt auch über automatische oder manuelle Rückstellung, zweifache Schließer-Sicherheitsausgänge und einen Informationsausgang für Rückstellanzeige und Zustandsinformation für SPS.

Die Module haben eine LED-Anzeige für Spannung Ein, Anwesenheit von dynamischen Signalen sowie Ausgangszustand. Abnehmbare Klemmenleisten erleichtern Fehlersuche und Modulaustausch. Das Sicherheitsmodul kann bis zu 30 Sicherheits-Sensorpaare/Anpassungsgeräte überwachen. Die zwei Ausgänge haben ein Schaltvermögen von 6 A bei 250 VAC.

Weil sich die Sicherheits-SPS mit ihrer universellen Funktionalität einfach programmieren lässt und – ohne gateway – direkt mit dem internen Can-Bus komminiziert, konnte man beim Spezialbürsten-Maschinenhersteller Zahoransky Zeit und Kosten sparen. MM

Andreas Strangfeld ist Vertriebsleiter bei Jokab Safety Deutschland in D-78549 Spaichingen, Tel. (0 74 24) 9 58 5-0, Fax (0 74 24) 9 58 65-99, info@jokabsafety.de

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