Die Komplexität automatisierter Maschinen und Anlagen steigt stetig. (Quelle: Schmersal)
Seit einigen Jahren zeichnet sich im industriellen Umfeld der Trend zu einer umfassenderen Automatisierung von Maschinen und Anlagen ab. Dabei sollen Stillstandzeiten durch Wartung oder Rüstvorgänge trotz steigender Komplexität der Anlagen minimiert werden, um deren höchstmögliche Produktivität und Effizienz zu erreichen. Das bedingt eine enge Interaktion zwischen Maschinen und Wartungs- bzw. Bedienpersonal. Entsprechend hoch sind die Anforderungen zur Gewährleistung der Maschinensicherheit entsprechend der Richtlinie 2006/42/EG (Maschinenrichtlinie). In der Folge werden meist immer zahlreichere und komplexere Sicherheitsfunktionen integriert, um eine sichere Mensch-Maschinen-Kooperation zu ermöglichen, und somit häufig eine größere Zahl Komponenten installiert – mit entsprechend hohem Aufwand für deren Installation und Inbetriebnahme.
Die Bedeutung vernetzter Sicherheitstechnik
Unter vernetzter Sicherheit wird in diesem Fall zumeist die informationstechnische Vernetzung der Sicherheitstechnik mit der Steuerungsebene verstanden. Dabei werden Informationen der Sensoren und der Sicherheitslogik an die übergeordnete Leitebene übermittelt. Dort dienen sie zur Prozessvisualisierung und zur Unterstützung des Bedienpersonals.
Im Folgenden geht es allerdings um die Vernetzung der Sensorik im Feld. Ziel ist es, den Verdrahtungsaufwand, die Fehleranfälligkeit und damit letztlich die Kosten gegenüber einer klassischen (Parallel-)Verdrahtung zu reduzieren.
Die Vorteile lassen sich besonders gut an Verpackungsmaschinen aufzeigen. So findet man bei diesen häufig eine Vielzahl von Türen, die eine einfache Zugänglichkeit der komplexen Technik für Wartung und Fehlerbehebung erlauben. Die Sicherheitsfunktion ist hier im einfachsten Fall für alle Zugänge identisch, die Verhinderung des Anlaufs der gefahrbringenden Bewegung.
Bei einer klassischen Parallel-Verdrahtung würden die Sensoren zur Stellungsüberwachung der Zugangstüren einzeln auf die Logik verdrahtet, hier logisch verUNDet und dann gemeinsam auf die Aktorik, beispielsweise einen Antrieb, wirken. Da alle Zugänge die gleiche Sicherheitsfunktion aktivieren, kann diese VerUNDung in die Verdrahtungsebene – und damit aus der Auswertelogik heraus – verlagert werden. Die Sensoren können dann in einer Reihenschaltung (auch als „Daisy Chain“ bekannt) verdrahtet werden. Auf diese Weise lassen sich die sicheren Ausgänge der Sensoren auf entsprechende sichere Eingänge des jeweils benachbarten Sensors verdrahten. Nur wenn alle Sensoren im sicheren Zustand sind, zeigt auch das resultierende Signal – welches in der Sicherheitslogik ausgewertet wird – ebenfalls diesen Zustand. Jeder geöffnete Schalter unterbricht diese Kette und ändert damit den Schaltzustand der Gesamtkette.
Die Vorteile der Reihenschaltung
Welche Vorteile bringt eine solche Reihenschaltung nun für den Anwender? In erster Linie Kosteneinsparungen – auch wenn ein Blick auf die benötigten Komponenten im ersten Moment vielleicht zweifeln lässt. Zur Verdeutlichung: Im Vergleich zu einer parallelen Verdrahtung werden beispielsweise in der Auswertelogik weniger sichere Eingänge benötigt. Somit kann diese in kompakterer Form und damit im Allgemeinen auch kostengünstiger gewählt werden. Zudem bieten die Hersteller meist für ihre Reihenschaltung entsprechende Verdrahtungskonzepte. Diese erlauben die Verwendung von vorkonfektionierten Verbindungsleitungen mit kodierten Steckverbindern. Das reduziert den Verdrahtungsaufwand und die benötigte Leitungslänge. Zudem sind die Fehlerpotenziale bei dieser Verdrahtung geringer, da das Risiko, sich zu „verklemmen“, reduziert ist. Der (teure) Faktor Mensch wird also möglichst effizient genutzt.
Ein wichtiger Punkt dabei: Aktuelle elektronische Sicherheitssensoren überwachen ihre Funktion und Integrität in der Regel selbst und können so ohne Verlust im Performance Level in Reihe geschaltet werden.