Maschinen- und Anlagensicherheit: Berührungslose Schutztürschalter von Omron. Der Spagat eines Maschinenbauers besteht darin, die Maschine mit einem Höchstmaß an Sicherheit zu konstruieren und dennoch kostenoptimiert, produktiv und hochverfügbar zu bleiben.

Gerade wenn es um Verpackungsmaschinen geht, werden die Innovationszyklen immer kürzer und die Ansprüche der Endkunden, wie z.B. die großen Lebensmitteldiscounter, immer höher. So sollte nach Möglichkeit die Maschinenauslastung 24 Stunden pro Tag an 365 Tagen im Jahr betragen und das ohne Stillstandszeiten aufgrund ausgefallener mechanischer oder elektrischer Komponenten.

Die Maschinen des Herstellers aus Norddeutschland (Abb. 1) versiegeln Schalen, die mit Lebensmitteln, wie z.B. Gemüse, Fisch, Fleisch, Fleischwaren, Käse, Menü-Komponenten, Nüsse, Südfrüchte, Salate, Snacks, Suppen, Süßwaren oder Wurstwaren gefüllt sind (Abb. 2), unter Erzeugung eines Vakuums mit bis zu 18 Takten pro Min. (ca. 1.000 Schalen / Stunde). Dabei wird das Unterwerkzeug mit hohem Druck gegen ein feststehendes Oberwerkzeug gedrückt. Gleichzeitig wird die Luft aus der Verpackung gesaugt und somit das Lebensmittel konserviert. Die nach der zur Zeit noch gültigen und ab 29. Dezember 2009 abgelösten Maschinenrichtlinie 98/37/EG vorgeschriebene Gefahrenanalyse ergab die Steuerungskategorie 4 nach EN 954-1, so dass alle im Sicherheitskreis zu verwendenden Komponenten den Anforderungen entsprechen müssen.

Das Maschinenkonzept muss kundenspezifische Änderungen ermöglichen, ohne dabei Einbußen an Performance und aufwendigen Umgestaltungen des Steuerungs- und Sicherheitskonzepts in Kauf zu nehmen. Dabei darf gerade die Sicherheitstechnik nicht zu gewichtig die Kosten in die Höhe treiben, sondern soll sich nahtlos in das Standardsteuerungssystem integrieren. Wie kann eine Verpackungsmaschine den Spagat zwischen Kosten und Verfügbarkeit meistern?

Sicherheitsnetzwerk Controller

Bisher wurde der Teil Sicherheitsstromkreis stets getrennt betrachtet und somit auch mittels konventioneller Technik, d.h. Sicherheitsrelais und deren Schaltungen realisiert. Dabei kam es nicht selten zu komplexen Schaltungen, die zu hohem Verdrahtungs- und Hardwareaufwand führten. Bei der neusten Generation der Schalenversiegelungsmaschinen kommen nun der Sicherheitsnetzwerk Controller (Abb. 3) und die Berührungslosen Sicherheitstürschalter von Omron zum Einsatz. Beide Komponenten sind zertifizierte Bauteile im SIL3 nach IEC 61508 bzw. Kategorie 4 nach EN954-1. Der Controller wird mithilfe abgenommener vordefinierter Funktionsbausteine grafisch programmiert und verwaltet die sicheren Eingänge, wie Not-Aus-Taster und Türschalter, sowie die sicheren Ausgänge. Er transferiert über die Busschnittstelle sämtliche Zustände und Fehler- bzw. Wartungsinformationen an die Standard-SPS, die so über den gegenwärtigen Zustand des Sicherheitskreises im Bilde ist und eventuell notwendige Meldungen an den Bediener oder auch an übergeordnete Netzwerke generieren kann.

Berührungslose Schutztürschalter

Die eingesetzten Berührungslosen Schutztürschalter bestechen aufgrund des Funktionsprinzips durch ihre äußerst große Betriebstoleranz und wegen fehlender Mechanik hohe Lebensdauer. Diese Art der Überwachung von Schutztüren, -klappen oder -hauben, die nicht zugehalten werden müssen, findet immer größere Verbreitung. Sie sind auch nach sehr häufigem Öffnen und Schließen der Tür immer noch funktionstüchtig, verzeihen eine Fehlstellung, können verdeckt sogar hinter Edelstahl eingebaut werden und sind designtechnisch den Sicherheitsschaltern mit getrenntem Betätiger überlegen. Dabei sind sie für den Anschluss an das DeviceNet Safety System zugelassen und erreichen die Steuerungskategorie 4 nach EN 954-1.

Präventive Wartungsfunktionen und Integrität erhöhen Verfügbarkeit

Die integrierte vorbeugende Wartung ermöglicht die Überwachung der Ein- und Ausgänge hinsichtlich Betriebszeit, Einschaltdauer oder Einschalthäufigkeit. Es können im Vorfeld Alarmwerte festgelegt werden, die auf einen baldigen Austausch des angeschlossenen Geräts hinweisen und so einen unkontrollierten Ausfall während der Produktionsphase vermeiden. Eine hohe Integrität des elektrischen Steuerungssystems, bei dem möglichst alle Komponenten nahtlos vernetzt sind, bietet somit größtmögliche Transparenz über den Betriebszustand.

So können die "Smart Platform"-Geräte im System lokal, über Netzwerke oder über eine Modemverbindung von einem einzigen Verbindungspunkt aus programmiert oder parametriert werden. Der Fernzugriff oder eine Fernwartung des gesamten Systems wird somit zum Kinderspiel. Das Smart Platform Konzept von Omron bezieht auch den sicherheitsbezogen Teil der Steuerung mit ein.

Kosten im Griff behalten

Der programmierte Sicherheitskreis erspart enorm an Verdrahtung und bleibt dennoch flexibel; d.h. er ist anpass- oder erweiterbar. Das vorhandene Programm kann stets als Grundlage für gleichartige oder ähnliche Maschinen verwendet werden und reduziert so Investitionen für Engineering um ein Vielfaches gegenüber der konventionellen Technik. Die Software ist passwortgeschützt und ist damit manipulationssicher. Bei der kleinsten Veränderung der peripheren Verdrahtung geht das System in eine Störung und sicheren Zustand über.

KONTAKT

Bernd Markowski
Omron Electronics GmbH, Langenfeld
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