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Steuerungen von Maschinen EG-konform modernisieren

| Autor/ Redakteur: Pascal Staub-Lang und Jan van Bebber / Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Das Potenzial, das in Retrofit-Maßnahmen steckt, bleibt häufig ungenutzt, weil Unternehmen den Aufwand scheuen, der mit dem dafür vorgeschriebenen Bewertungsverfahren verbunden ist. Dabei gelingt die Optimierung von Steuerungen, auch ohne dass die CE-Konformität erneut nachgewiesen werden muss.

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Ob Regalbediengerät oder Werkzeugmaschine, manchmal kann durch Optimierungsmaßnahmen der Steuerung die Arbeitsweise verbessert werden. Doch muss dann die CE-Konformität neu nachgewiesen werden?
Ob Regalbediengerät oder Werkzeugmaschine, manchmal kann durch Optimierungsmaßnahmen der Steuerung die Arbeitsweise verbessert werden. Doch muss dann die CE-Konformität neu nachgewiesen werden?
(Bild: Stöcklin)

Elektronische und programmierbare elektronische Steuerungen spielen eine immer größere Rolle, bei Retrofit-Maßnahmen. Die Funktionen und die Effizienz von Maschinen und automatisierte Prozesse lassen sich häufig durch neue, bessere Komponenten optimieren. Nach Produktsicherheitsgesetz muss ein Betreiber das Bewertungsverfahren für die Maschine erneut durchführen, wenn die Anpassung der Steuerung eine „wesentliche Veränderung“ ist. Damit soll gewährleistet werden, dass Maschinen noch sicher betrieben werden können, nachdem sie gegenüber der Konstruktion des Herstellers wesentlich geändert wurden.

Das Konformitätsbewertungsverfahren ist die Voraussetzung für ein gültiges CE-Kennzeichen. Den organisatorischen, zeitlichen und finanziellen Aufwand sind viele Betreiber nicht bereit, auf sich zu nehmen. Möglicherweise weil sie fürchten, die Kosten dafür würden die Investitionen in neue Technik nicht rechtfertigen. Dabei lohnt sich in jedem Fall eine genauere Betrachtung der Steuerungstechnik und der Möglichkeiten zur Optimierung. Häufig lassen sich Verbesserungen auch so umsetzen, dass es sich dabei um keine wesentliche Veränderung handelt.

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Neue Gefährdungen kontrollieren

Die Änderung an einer Steuerungskonstellation ist dann eine wesentliche Veränderung, wenn insbesondere Sicherheitssignale beeinflusst werden und dadurch Risiken erhöht werden oder neue Gefahren entstehen, die zu einem Risiko führen. Diese Definition lässt umgekehrt Raum für unproblematische Änderungen. Grundsätzlich sind drei verschiedene Situationen denkbar:

  • Eine Änderung führt nicht zu neuen Gefährdungen oder einem höheren Risiko. Die Maschine gilt weiterhin als sicher.
  • Es entsteht eine neue Gefährdung oder ein höheres Risiko. Mit den vorhandenen Schutzmaßnahmen können diese aber ausreichend kontrolliert werden. Die Maschine kann als sicher angesehen werden.
  • Die Änderung erzeugt neue Gefährdungen oder erhöht ein vorhandenes Risiko, die bestehenden Schutzmaßnahmen reichen nicht aus, diese einzudämmen: Die Maschine gilt nicht mehr als sicher.

Für die Planung und Umsetzung von Änderungen ergeben sich daraus folgende Möglichkeiten für Betreiber (Bild 2):

  • Entweder ist die Maschine nach einer Änderung weiterhin sicher.
  • Oder die Gefährdungen oder Risiken, die durch die Änderung entstanden sind, lassen sich durch einfache Schutzmaßnahmen ausreichend reduzieren.
  • Ist beides nicht der Fall, handelt es sich um eine wesentliche Veränderung.

Ob der Eingriff in eine Steuerungskonstellation Einfluss auf sicherheitsrelevante Funktionen hat, ist indes nicht immer leicht zu beantworten und von der einzelnen Steuerungsarchitektur abhängig. Für Sicherheitsbauteile gibt es eindeutige Bedingungen zur sicheren Verwendung. Schwieriger wird es, wenn bei der Retrofit-Maßnahme Standardbauteile zum Einsatz kommen.

Gewissheit für Betreiber und Lieferanten

Die PSI Technics GmbH ist spezialisiert auf die Optimierung von Steuerungen im Intralogistikbereich. Das Unternehmen entwickelt Lösungen, mit denen etwa Regalbediengeräte (RBG) effizienter und dabei materialschonender betrieben werden können. Mit Systemanalysen vor Ort ermitteln die Experten den tatsächlichen Optimierungsbedarf. Häufig können Anlagen dann durch eine Erweiterung der SPS verbessert werden – ohne dass das eine wesentliche Veränderung an den Anlagen bedeutet.

Schema für die gängigsten Steuerungen

Ein Beispiel für eine technische Optimierungslösung einer Maschinensteuerung ist das Positioniersystem Aratec. Die Komponente verwertet Sensordaten. Dazu kann sie auch auf die speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) zugreifen und, je nach Art des Einbaus, Befehle an diese senden.

Durch den Abgleich der realen Leistungswerte mit dem technischen Potenzial des speziellen Gerätetyps können zum Beispiel Bremswege reduziert und Positionen exakter angesteuert werden. Schleichfahrten – zur Näherung an die Zielposition – werden verhindert.

Das Unternehmen wollte seinen Kunden und den eigenen Technikern Gewissheit bezüglich sicherer Anwendungsmöglichkeiten der Komponente verschaffen. Um einen verlässlichen Überblick über die Kriterien zu bekommen, die entscheidend sind für die wesentliche Veränderung, luden die Verantwortlichen einen TÜV-­Süd-Experten für funktionale Sicherheit ein.

Im Rahmen eines Workshops klärten der Sachverständige und die Techniker, wie die Nachrüstung einer Steuerung sicher gelingt. Die Experten sind von einer Steuerung ausgegangen, bei der die SPS Positions-, Geschwindigkeits- und Beschleunigungsbefehle an einen Servopositionsregler sendet, der im Frequenzumrichter integriert ist (Bild 3). Für die Analyse wird angenommen, dass der standardisierte Parametersatz zwar an die Maschine angepasst ist, jedoch nicht die besten Ergebnisse liefert. Unter diesen Bedingungen bieten sich drei Umbauvarianten an:

  • Das Aratec ersetzt den Positionsregler und wird dazu zwischen Steuerung und Frequenzumrichter geschaltet. Das System verarbeitet Positionsdaten der SPS und des Wegmesssystems. Sicherheitstechnische Signale werden nicht verarbeitet und Einstellungen zu Grenzwerten bleiben unberührt (Bild 4).
  • Der zu ersetzende Positionsregler ist in die Steuerung integriert. Das System verarbeitet auch in dem Fall nur Positionsdaten von Distanzsensoren (Bild 5a und 5b).
  • Das Aratec wird so in die Steuerung integriert, dass es neben den Positionsdaten auch sicherheitsgerichtete Signale aufnimmt, verarbeitet und ausgibt.

Mit schematischen Darstellungen konnte der TÜV-Süd-Experte aufzeigen, dass in den ersten beiden Fällen keine wesentliche Veränderung vorliegt. Bei keinem der beiden Änderungskonzepte entstehen neue Gefährdungen oder werden Risiken erhöht. Die Sicherheitsparameter der Steuerungen bleiben unberührt, weil das Aratec lediglich auf Positionsdaten zugreift, dabei jedoch keine sicherheitsgerichteten Steuersignale verarbeitet. In beiden Fällen würde also keine erneute Konformitätsbewertung nötig. Eine Gefährdungsbeurteilung der Änderung sollte dennoch vorgenommen und – wie auch die gesamte Maßnahme – dokumentiert werden.

Im dritten Fall kommt es nicht darauf an, wie die Komponente genau eingebaut wird. Sobald sicherheitsgerichtete Signale durch eine Änderung an der Steuerung beeinflusst werden, können neue Gefährdungen entstehen oder Risiken steigen. Weil das Aratec nicht als Sicherheitsbauteil zertifiziert ist, ist nicht gewährleistet, dass es in kritischen Betriebszuständen noch zuverlässig funktioniert. Auch in diesem Fall muss nicht zwangsläufig von einer wesentlichen Veränderung ausgegangen werden. Es kommt darauf an, ob die gestiegenen Risiken durch einfache Schutzeinrichtungen ausreichend gemindert werden können. Nur wenn das nicht der Fall ist, liegt eine wesentliche Veränderung vor.

EG-Konformität bleibt häufig erhalten

Betreiber können also grundsätzlich davon ausgehen, dass es sich bei einer Umbau- oder Modernisierungsmaßnahme nicht um eine wesentliche Veränderung handelt, wenn die Sicherheitsfunktionen und Schutzkreise nicht beeinflusst werden. Ob das der Fall ist, sollte grundsätzlich mit einer Gefährdungsbeurteilung oder Risikoanalyse festgestellt und belegt werden. Diese hilft auch bei der anstehenden Maßnahme selbst. Konstrukteure haben Gewissheit, dass die sicherheitsgerichteten Signale der Steuerung wieder sicher verarbeitet werden. Gleichzeitig legt die Gefährdungsbeurteilung offen, ob die Anlagendokumentation vollständig ist.

* Pascal Staub-Lang M. Sc. ist Leiter des Kompetenzzentrums Maschinensicherheit bei der TÜV Süd Industrie Service GmbH in 66386 St. Ingbert; Jan van Bebber M. Sc. ist Assistent der Geschäftsführung der PSI Technics GmbH in 56220 Urmitz

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