Sicherheitsüberwachung von der Maschinensteuerung trennen

Der Maschinenbetreiber muss auch dem Personenschutz Rechnung tragen. Dazu müssen sicherheitsrelevante Signale erfasst, dann zur Verarbeitungseinheit geführt und dort unter Sicherheitsaspekten...

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Der Maschinenbetreiber muss auch dem Personenschutz Rechnung tragen. Dazu müssen sicherheitsrelevante Signale erfasst, dann zur Verarbeitungseinheit geführt und dort unter Sicherheitsaspekten verarbeitet werden. Anschließend muss die Maschine im Fehlerfall in den sicheren Zustand gesteuert werden. Dabei erweist sich meist eine Trennung von Steuerung und Überwachung der Maschine als sinnvoll.Unter dem Begriff Sicherheitstechnik finden sich die unterschiedlichsten Produktgruppen wieder (Bild 1). Für den Bereich des Anlagen- und Maschinenbaus gelten dabei hauptsächlich die IEC/EN 60 204 und EN292. Dabei erfasst die Maschinensteuerung Signale, verarbeitet diese anwender- und maschinenspezifisch und steuert mit den Aktoren die Maschine. Darüber hinaus muss auch dem Personenschutz Rechnung getragen werden. Sicherheitsrelevante Signale werden erfasst, dann sicher zur Verarbeitungseinheit geführt, dort unter Sicherheitsaspekten verarbeitet und steuern dann die Maschine im Fehlerfall in den sicheren Zustand. Dieser Zustand einer Maschine wird dann gewichtet zur Verfügbarkeit der Maschine. Ein Optimum zwischen Sicherheit und Wirtschaftlichkeit muss gefunden werden. Als eines der wichtigsten Bauteile im Bereich der Sicherheitselemente zur Erfassung ist der Notaus-Taster zu nennen. Dabei ist der Trend zu beobachten, dass diese zusätzlich zu ihrer eigenen Funktion noch weitere mit übernehmen. Mit dem Befehls- und Meldegeräteprogramm RMQ-Titan wurde beispielsweise die Notaus-Taste bei Moeller weiter entwickelt und mit zusätzlichen Funktionen ausgestattet. Eine mechanische Überlistsicherheit ist selbstverständlich. Mit dem neuen Adapter sind die Funktionselemente in Schraubtechnik oder auch die der Federklemmtechnik einsetzbar. Für Anwendungen mit starken Schock-, Rüttel- und/oder Vibrationsbeanspruchungen bietet die Federklemmtechnik eine sichere Verbindung. Es sind Standard-Öffner, Standard-Schließer und auch die neuen LED-Beleuchtungselemente einsetzbar. Die Notaus-Taste verrastet in der Stellung ,,Ausgelöst" und muss bewusst mit der Hand entriegelt werden. Sind mehrere Notaus-Taster an einer Maschine oder Anlage verteilt, stellt sich die Frage: Welcher Notaus-Taster wurde betätigt? Der Anwender hat den Wunsch nach einer eindeutigen, klaren und weit sichtbaren Schaltstellungsanzeige. In der Norm ist der gelbe Ring, der nur in der Stellung ,,Nichtausgelöst" sichtbar ist, vorgeschrieben. Über die Norm hinaus bietet das RMQ-Titan-Programm neben Standard-Notaus-Taster, den beleuchteten Notaus-Taster an. Die neue LED-Beleuchtung hat nicht nur eine maschinenlange Lebensdauer, sondern hält auch den Schockbeanspruchungen der Notaus-Taste stand. Ob die LED im ausgelösten oder nicht ausgelösten Zustand leuchtet, kann der Anwender selbst entscheiden. In der Regel wird die LED im Zustand ,,Ausgelöst" leuchten, um eine schnelle Fehlerbehebung zu gewährleisten. Eine Notaus-Taste kann in dieser Stellung mit der Schließfunktion gesichert werden. Dazu gibt es die Notaus-Taste mit Schließung. Der zu überwachende Stromkreis wird stromlos geschaltet und die Notaus-Taste abgeschlossen. Der Schlüssel wird abgezogen und der Anwender kann sicher an den nachgeschalteten Geräten im stromlosen Zustand seine Arbeiten ausführen. Nach Beheben des Fehlers wird der Notaus-Taster wieder in Funktion genommen.Sicherheitsanforderungen gelten auch für MeldegeräteMit der Betätigung der Notaus-Taste wird über ein Sicherheitsrelais der Notaus-Stromkreis in den sicheren Zustand geschaltet. In diesem Fall bedeutet der sichere Zustand, dass der gesamte Notausstromkreis stromlos geschaltet wurde. Die Energiezufuhr eines Motors wird unterbrochen. Der Schaltschrank wird stromlos, sodass Geräte ausgetauscht werden können, ohne dass eine Gefahr für Leib und Leben besteht. Die Verfügbarkeit der Maschine ist nicht mehr gegeben. Wird die Maschine in Betrieb genommen, ist hierzu Energie erforderlich. Der Notaus-Stromkreis gibt diese Energie frei. Die Maschinenparameter werden eingestellt. Die Antriebe der Maschine werden überprüft und mit den Maschinenparametern optimiert. Die Eingabe dieser Parameter erfolgt in den meisten Anwendungen heute mit interaktiven Bediengeräten wie zum Beispiel mit berührungssensitiven Bildschirmen. Die berührungssensitiven Bildbereiche, die so genannten Softkeys, werden über Software gesteuert. Diese Software kann dem gleichen Bildbereich die unterschiedlichsten Funktionen zuweisen. Mit der Software gesteuerten Menüstruktur werden die Softkeys eindeutig. Es kann trotzdem leicht zu Verwechslungen kommen: Eine einfache Berührung des interaktiven Bediengerätes bewirkt eine Farbanpassung des Bildschirms oder der Antrieb der Maschine wird gestartet. Unfälle mit Personenschaden können somit die Folge sein. Bei der Auswahl entsprechender Befehls- und Meldegeräte muss deshalb auch darauf geachtet werden, dass diese die Sicherheitsanforderungen erfüllen. Die vorgestellte Baureihe RMQ-Titan beispielsweise erfüllt die Anforderungen.Mit einem Schlüsselschalter, der die Produktnorm IEC 60947-5 erfüllt, wird die Energiezufuhr für die Test- und Inbetriebnahme freigegeben. Dieser Schlüsselschalter erfüllt alle elektrischen Anforderungen, die auch der Notaus-Schalter aus dem RMQ-Titanprogramm nach der Produktnorm IEC 60947-5-5 erfüllt. Die Energiezufuhr für die Test- und Inbetriebnahme wird sicher freigeschaltet. Zusätzlich kann nur der Schlüsselinhaber, mit der notwendigen Ausbildung und/- oder Berechtigung, diesen Schalter betätigen. Einstellung der Parameter erfolgt per SoftkeyDie Einstellung der Maschinenparameter erfolgt per Softkey des dazu entwickelten interaktiven Bediengerätes. Der Startbefehl für den Antrieb der Maschine muss sicher erfolgen. Die Standardtaster und Schalter im RMQ-Titan-Programm erfüllen ebenfalls die Produktnorm IEC 60947-5. Sie erfüllen alle elektrischen Anforderungen, die auch der Notaus-Taster erfüllt. Der Antrieb der Maschine wird eindeutig und sicher eingeschaltet. Das sichere Einschalten des Maschinenantriebs oder aller Maschinenteile, die eine Personengefährdung beinhalten, ist auch im normalen Betrieb der Maschine notwendig.Eine eindeutige maschinenspezifische Beschriftung rundet die Sicherheitsbetrachtungen ab. Internet, E-Mail und die Lasertechnik verändern die Welt der Beschriftungstechnik.Verbindet man die Technik des Internets mit der Lasertechnologie des RMQ-Titan-Programms, so sind alle Fragen der Beschriftungstechnik beantwortet. Die Laserbeschriftung wird alle anderen Beschriftungstechniken ablösen. Das Drucken, das Gravieren und die Technik des 2-Masse-Spritzens gehören der Vergangenheit an. Zur Erklärung noch ein Satz zum 2-Masse-Verfahren. Die Tastenplatte wird mit einer weißen Grundmasse bespritzt. Die zweite schwarze Farbe wird anschließend um die weiße Grundfarbe gespritzt, bis auf die Stellen des Schriftzuges oder des Symbols. Gilt es die verschiedenen Beschriftungsverfahren zu bewerten, so sind die Kriterien schnell gefunden:cWelche Kosten entstehen?cWie lesbar ist die Schrift?cWie abriebfest ist die Schrift?cWie lange ist die Lieferzeit?cWelche Möglichkeiten gibt es, verschiedene Schriften und Symbole zu erzeugen?c Gibt es eine Mindeststückzahl?cWie steht es um die Logistik?Der Testsieger, um es gleich vorweg zu nehmen, ist die Laserbeschriftung in allen Punkten. Denn der Preis wird im Wesentlichen bestimmt durch die Beschriftungszeit. Der Laser liegt hier deutlich vorne.Laser erzeugt schwarze und weiße SchriftenDie Lesbarkeit der Laserbeschriftung konnte durch eine aufwändige Materialforschung und Materialauswahl auf ein vergleichbares Niveau gehoben werden. Der Laser ist in der Lage sowohl schwarze als auch weiße Schriften und Symbole zu erstellen. Die Abriebfestigkeit der Laserbeschriftung ist einzigartig gut. Der Laser härtet das Material im Laservorgang aus. Auch nach 100 000-maligem Betätigen ist die Lesbarkeit noch gegeben. Die Lieferzeit in Deutschland wird mit drei Werktagen angegeben. Die Frage nach den verschiedenen Schriften, Sprachen, Symbolen und Zeichen ist ebenso einfach zu beantworten: All das, was von der Größe auf eine Tastenplatte oder auf ein Beschriftungsschild passt und von einem PC-Programm erzeugbar ist, kann mit dem Laser beschriftet werden. Die Daten können vom Hersteller angenommen und auf den Laservorgang hin optimiert werden. Das fertige Zeichen oder Symbol wird dann Bestandteil der Bibliothek. Mit der Titanselekt-Software werden dem Anwender im ersten Schritt 6oo Symbole angeboten. Die wachsende Bibliothek kann später jederzeit über das Internet aktualisiert werden. Die Logistik wird mit dem Internet neu geschrieben: Weltweit kann beim RMQ-Titan-Programm per Laser professionell beschriftet werden.Ein weiteres Element der sicheren Erfassung von Signalen ist der Grenztaster zur sicheren Überwachung. Weitere Geräte zur Erfassung sicherer Signale sind noch Lichtgitter, Trittmatten und Raumscanner, um die Wichtigsten zu nennen. Hilfsschützschaltungen werden noch immer verwendetDie Sicherheitssteuerungen wurden und werden auch teilweise heute noch durch Hilfsschützschaltungen aufgebaut. Der nächste konsequente Schritt sind die Sicherheitsrelais zur Steuerung von sicherheitsrelevanten Maschinen, wie sie in der Maschinenrichtlinie EN 60204 beschrieben sind. Reicht die Funktion der Sicherheitsrelais nicht mehr aus, so werden seit 1994 Sicherheits-SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) angeboten. Dieser Schritt zur Sicherheits-SPS ist für den Maschinenbauer mit einem gewaltigen Wissensaufbau verbunden. Für eine Vielzahl von Maschinen ist diese Investition nicht notwendig. Unabhängig von der Maschinensteuerung übernehmen die verschiedenen Sicherheitsrelaistypen die sichere Verarbeitung von sicher erfassten Signalen. Die wichtigsten sicherheitsrelevanten Funktionen einer Maschine sind:cStillsetzen im Notfall (Notaus-Abschaltung), im Hautstromkreis, im Steuerstromkreis, bei elektronisch geregelten Antrieben, bei speicherprogrammierbaren Steuerungen.cWiederanlauf verhindern mit Unterspannungsauslöser oder mit Schützen.cUnerwarteten Anlauf verhindern.cSicherung bei Reparatur und Wartung.cBewegliche Schutzeinrichtungen überwachen (mit und ohne Zuhaltung).cOffenen Gefahrenbereich überwachen (Schutzgitter).cEinrichten ermöglichen.cSicheres Bedienen (Zweihandbedienung, Pressensicherheitssteuerungen).Weitere Informationen und Anwendungsbeispiele sind im Sicherheitshandbuch (Sicherheit an Maschinen und Anlagen nach IEC 60204) beschrieben.Diese beschriebenen Funktionen können beispielsweise mit den Sicherheitsrelais ESR4 von Moeller realisiert werden. Der Anwender muss für seine Maschine das Risiko nach EN 954-1 einschätzen und die Sicherheitskategorie 1 bis 4 festlegen. Entsprechend dieser Sicherheitskategorien müssen die Sicherheitsrelais ausgewählt und eingesetzt werden. Die Sicherheitsrelais ESR4 sind von der Berufsgenossenschaft zugelassen für die Sicherheitskategorie 3 oder 4. Speziell für das Notaus-Sicherheitsrelais ist die Stopp-Kategorie von Bedeutung. Nach IEC 60204-1 gibt es beim Stillsetzen im Notfall zwei Stopp-Kategorien:cStopp-Kategorie 0: Stillsetzen durch sofortiges Abschalten der Energie zu den entsprechenden Maschinenantriebselementen.cStopp-Kategorie 1: Gesteuertes Stillsetzen und Abschalten der Energie, wenn der Stillstand erreicht ist.Die unverzögerten Sicherheitsrelais ESR4 genügen der Stopp-Kategorie 0, die verzögerten Kontakterweiterungen genügen der Stopp-Kategorie 1.Entscheidend für die Funktionalität der Sicherheitsrelais sind die internen redundanten Relais mit zwangsgeführten Kontakten für die Freigabe- und Meldefunktion. Der Signalfluss einer Maschine beginnt mit dem Erfassen von Signalen vor Ort. Die physikalischen Größen werden von Sensoren in elektrische Größen gewandelt. Die elektrischen Größen werden direkt bis zur verarbeitenden Einheit geführt oder die elektrischen Größen werden zusätzlich kodiert. Die entstehenden Daten werden dann über Feldbussysteme übertragen. Die Entscheidung ob Feldbussysteme sinnvoll sind, ist von der Anwendung abhängig. Mit der verarbeitenden Einheit wird die Logik der Maschinensteuerung realisiert. Von der einfachen Hilfsschützsteuerung bis zur Multitasking-SPS reicht das Spektrum der Maschinensteuerungen. Zur Leistungssteuerung der Maschine sind Aktoren notwendig. Auch hier reicht das Spektrum vom Schütz, Motorstarter bis hin zu den verschiedenen Antrieben. Die Anbindung an die logische Maschinensteuerung ist wie bei den Sensoren entweder direkt über elektrische Größen oder mit Hilfe von Feldbussystemen. Mit dieser Maschinensteuerung erfüllt die Maschine ihre wirtschaftliche Funktion und kann produzieren. Die Verfügbarkeit der Maschine wird ausschließlich durch die beschriebenen Komponenten beeinflusst. In den IEC-Normen wird der Personenschutz zusätzlich zur Maschinensteuerung zwingend vorgeschrieben. Die Sicherheitsüberwachung wird der Maschinensteuerung hinzugefügt. Beschreibt man jetzt den Signalfluss der Sicherheitsüberwachung, so unterscheidet sich dieser nicht vom Signalfluss der Maschinensteuerung bis auf das Wort ,,sicher". Die sicherheitsrelevanten Maschinensignale werden mit sicheren Sensoren überwacht. Diese elektrischen Größen werden sicher übertragen. Die Verarbeitung wird nach sicheren Aspekten durchgeführt und auch der Aktuator muss sicher sein. Die Frage, die sich jetzt dem Maschinenanwender stellt lautet: Verbindet man die Maschinensteuerung und Maschinenüberwachung zu einem System oder bleibt die Maschinenüberwachung unabhängig vor der Maschinensteuerung? Die Antwort kann mit Hilfe folgender Kriterien beurteilt werden:cWie hoch ist die Verfügbarkeit der Maschine?cWie hoch sind die Kosten?cWie leicht lässt sich bei Maschinenerweiterungen die Maschinensteuerung verändern?cWie lange sind Test- und Inbetriebnahmezeit und wie hoch die entstehenden Kosten?cWie komplex ist die Lösung?cWie kompliziert sind Beschreibung und Dokumentation?cWelche Abnahmekosten entstehen und wie lange dauert es?Bei der deutlichen Mehrheit der Maschinensteuerungen und -überwachungen ist die Antwort eindeutig: Die Maschinenüberwachung ist getrennt von der Maschinensteuerung zu realisieren wie aus Bild 2 zu ersehen ist.