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Einmal programmiert, immer sicher

Eine Serienmaschine in Losgröße 1 zu fertigen, klingt paradox. Ist es aber nicht. Ein modularer Aufbau macht's möglich. So erhält jeder Maschinenbetreiber exakt auf seine Bedürfnisse zugeschnittene Maschinen zu einem wirtschaftlichen Preis. Modulare Konzepte stoßen jedoch schnell an ihre Grenzen, wenn Sicherheitstechnik ins Spiel kommt. Das soll sich nun ändern.

Individual configurations

Individualität liegt im Trend. Im Automobilbau etwa konfigurieren die Käufer aus einem Baukasten heraus, welche Features sie gerne möchten. Auch die Lebensmittelindustrie und Sportartikel-Hersteller bieten erste individuelle Produkte an. Um diese zu produzieren, müssen die Hersteller ihre Maschinen und Produktionsprozesse entsprechend flexibel gestalten. Das stellt hohe Anforderungen an den Maschinenbau, die Maschinensoftware und die Sicherheitstechnik.

Modularität macht’s möglich

Für jeden individuellen Kundenwunsch eine eigene Maschine zu bauen, ist nicht wirtschaftlich. Maschinenbauer statten ihre Serienmaschinen daher mit individuellen Optionen aus, um die Kundenanforderungen erfüllen zu können. Möglich machen dies modular aufgebaute Maschinen, bei denen nicht nur die Hardware, sondern auch die Software modular ist.

Jede Maschinenvariante ist jedoch sicherheitstechnisch betrachtet eine individuelle Einzelmaschine und muss einzeln getestet, gewartet und zertifiziert werden. Das kostet Zeit und Geld. Hinzu kommt, dass mit jeder Automatisierung eines Prozesswechsels die Anzahl an Achsen und I/O-Modulen einer Maschine wächst. „Dadurch wird die Sicherheitsanwendung immer komplexer“, sagt Franz Kaufleitner, Produktmanager Integrated Safety Technology bei B&R und unterstreicht: „Hinter jeder Maschinenfunktion steckt eine Sicherheitsfunktion.“ Für den wirtschaftlichen Erfolg eines Maschinen- oder Anlagenbauers sei es deshalb ganz entscheidend, dass die Sicherheit kein Hemmschuh für die Produktivität werde.

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Das modulare X20-System von B&R erleichtert die Produktion von Serienmaschinen mit zahleichen Optionen und Varianten.
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    Franz Kaufleitner
    Produktmanager Integrated Safety, B&R
    „Sicherheitstechnik darf kein Hemmschuh für die Produktivität einer Maschine oder Anlage sein.“

Nur einmal prüfen

Damit dies nicht der Fall ist, müssen Sicherheitsapplikationen ebenso modular aufgebaut sein wie die funktionelle Applikation. B&R hat hierfür eine Lösung entwickelt, die auf einem Set an zertifizierten, sicheren Funktionen aufbaut. Dazu gehören Templates für die Visualisierung, Bibliotheken und Services. Aus diesem Set wird in der B&R-Automatisierungssoftware Automation Studio einmal die sicherheitstechnische Maximalkonfiguration programmiert. In der Planungsphase des Sicherheitskonzepts werden dazu alle Maschinenoptionen der Serie berücksichtigt. „Das können 100 Safety-Knoten sein, auch wenn in einer einzelnen Maschine selten mehr als 30 sichere Achsen und I/O-Module vorhanden sind“, erklärt Kaufleitner.

Die Sicherheitsapplikation der maximalen Ausbaustufe der Maschine wird dann nur einmal getestet und geprüft. „Damit decken wir alle erdenklichen Konfigurationen ab“, hebt Kaufleitner den entscheidenden Vorteil gegenüber konventionellen Sicherheitskonzepten hervor und führt weiter aus: „Bei herkömmlichen Ansätzen muss der Maschinenbauer jede einzelne Konfiguration aufs Neue prüfen und testen.“ Das hat nicht zuletzt auch massive Auswirkungen auf die Instandhaltung, da sehr viele Sicherheitsapplikationen gewartet werden müssen. „Bei der heutigen Varianz an Maschinenoptionen steigt der Wartungsaufwand schnell ins Unermessliche“, sagt Kaufleitner. Nicht so mit der Lösung von B&R. Denn mit ihr wird nur eine Sicherheitsapplikation für die ganze Maschinenserie gewartet.

Safe machines
Mit dem einmaligen Test der Sicherheitsapplikation sind alle Varianten der Maschine abgedeckt.

Maschinenoptionen leicht ab- oder anwählen

Auch die Anwendung der modular aufgebauten Sicherheitsapplikation ist für den Maschinenbauer einfach. Maschinenoptionen mit Sicherheitsfunktionen wie Lichtgitter oder sichere Antriebe lassen sich über eine Konfigurationsdatei, die aus der maximalen Konfiguration erstellt wurde, ganz leicht ab- oder anwählen. Das kann der Maschinenbauer bereits bei der Auslieferung berücksichtigen oder der Servicetechniker wählt bei der Inbetriebnahme die Konfiguration am Maschinenpanel aus.

„Einige unserer Kunden haben die Erstellung der XML-Datei in ihr Auftragssystem integriert“, erklärt Kaufleitner. Die Konfigurationsdatei wird dann auf die Sicherheitssteuerung gespielt und das System weiß sofort, welche Maschinenkonfiguration vorliegt, sprich welche Optionen vorhanden sind. Der Servicetechniker vor Ort muss nur noch über die Visualisierung bestätigen, dass die beschriebene Konfiguration mit der tatsächlichen Maschine übereinstimmt. „Er benötigt dazu kein sicheres Programmiertool mehr. Das ist einzigartig in der Branche“, sagt der B&R-Sicherheitsexperte.

Entscheidend bei diesem Konzept ist ein Sicherheitsprotokoll, das den modularen Maschinen-Aufbau unterstützt. „Daher setzen wir für die sichere Kommunikation auf das Sicherheitsprotokoll openSAFETY, welches über das Echtzeitnetzwerk POWERLINK transportiert wird“, erklärt Kaufleitner. Soll zum Beispiel eine Verpackungsmaschine um einen Palettierroboter ergänzt werden, reicht ein einziges Netzwerkkabel, um den Roboter sicher mit der Maschine zu verbinden. Das Sicherheitslevel reicht bis SIL3 / PLe / Kat. 4.

Sichere Kommunikation mit openSAFETY

Auch das Sicherheitsprotokoll muss den modularen Maschinen-Aufbau unterstützen. B&R setzt deshalb für die sichere Kommunikation auf das Sicherheitsprotokoll openSAFETY, das über das Echtzeitnetzwerk POWERLINK transportiert wird.

Global nachrüsten

Auf diese Art und Weise können Maschinenoptionen inklusive Sicherheitsanwendungen im Feld nachgerüstet werden – und das weltweit. Die Sicherheitsfunktionen von B&R sind durch international anerkannte Prüfinstitute wie TÜV Süd, Underwriter Laboratories (UL) und Germanischer Loyd (GL) zertifiziert. Das macht die Maschinen nicht nur flexibel und global einsetzbar, sondern reduziert auch die Inbetriebnahme- und Umrüstzeiten.

So kann ein Service-Techniker die nachzurüstende mechanische Komponente vor Ort installieren und die Option über das Maschinenpanel konfigurieren. Alternativ erstellt der Maschinenbauer eine neue Konfigurationsdatei, die die gewünschte Option berücksichtigt. Er kann die Datei zum Beispiel einfach auf einem USB-Stick gemeinsam mit den notwendigen mechanischen Teilen zu seinem Kunden schicken. Dieser montiert die Komponente und macht das Software-Update. „Ohne einen Techniker hinzuschicken, kann zum Beispiel ein Maschinenbauer aus Deutschland eine Funktion inklusive Sicherheitstechnik in Indien installieren“, sagt Kaufleitner. „Damit erleichtert die Sicherheitstechnik von B&R Maschinenbauern und -betreibern in vielen Fällen die Arbeit.“

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