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Sicherheit für Roboterzellen

: Lenze


Wer die Gefahr hinter Gitter packt, braucht sich um die eigene Sicherheit keine Gedanken mehr zu machen – das mag vielleicht für den Zuschauer gelten, der das Ganze aus sicherer Entfernung beobachtet. Nicht jedoch für diejenigen, die sich regelmäßig in den Käfig wagen. Weil Industrieroboter in der Fertigungsindustrie als effiziente Produktionskraft überaus beliebt sind, dürfen die damit verbundenen Risiken für das Personal durch Fehlfunktionen nicht unterschätzt werden. Folglich lässt sich die Sicherheitstechnik beim Aufbau von Roboterzellen nicht wegdenken. Lenze hat vor diesem Hintergrund seine Safety-Portfolio erweitert – und bietet mit dem neuen Safety-Controller c250-S eine Lösung, die komplette Antriebs-, Steuerungs- und Sicherheitstechnik aus einem Guss zu projektieren.

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Safety-Lösung von Lenze.

Safety-Lösung von Lenze.

Sortieren, stapeln, verpacken, montieren: Roboter spielen in modernen Fertigungsanlagen aufgrund ihrer hohen Dynamik und Kraft eine zunehmend wichtigere Rolle und sind wesentliches Element der fortschreitenden Automatisierung. Dieser nachhaltige Trend wird u. a. beim Blick in die Statistik „World Robotics 2016“ des internationalen Robotik-Verbandes IFR deutlich: 254.000 verkaufte Industrieroboter im Jahr 2015 weltweit, eine Zunahme von 15 % gegenüber dem Vorjahr. Davon gingen knapp 56 % nach China, Korea und Japan. Nach aktuellen Schätzungen des Verbandes wird der Roboterabsatz bis 2019 um durchschnittlich 13 % pro Jahr wachsen und dann 41.4000 Roboter betragen. Bei der Roboterdichte nimmt Deutschland (2015) weltweit den vierten Platz mit 301 Robotern pro 10.000 Beschäftigte

ein, nach Korea und Singapur und fast gleichauf mit Japan.

Lenze begleitet den anhaltenden Boom mit standardisierten Softwaremodulen, die es möglich machen, Portalroboter einfach und ohne spezielles Robotikwissen zu realisieren. Das Software-Modul Pick’n Place aus der Application Software Toolbox Lenze FAST integriert dafür einen leistungsfähigen Robotik-Kern, der in dieser Form wirklich neuartig ist. Er stellt höchste Freiheitsgrade bei der Bahnplanung durch PLCopen Part 4 sicher und macht es zugleich möglich, Pick & Place-Bewegungen nur durch Parametrierung einfach und ohne Robotik-Kenntnisse auszuführen. Folglich können proprietäre Systeme sowie die aufwendige Schnittstellenprogrammierung entfallen. Parallel zur Motion Control sind bei der Projektierung von Robotern die Aspekte der funktionalen Sicherheit zu berücksichtigen – unter anderem mit Fokus auf die sicheren
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Topologie der Safety-Lösung.

Topologie der Safety-Lösung.

Funktionen des Antriebs, weil von ihnen die gefahrbringende Bewegung ausgeht.

Vom Antrieb zum System

Bei komplexeren Sicherheitsfunktionen kommt es auf das Zusammenspiel zweier wesentlicher Elemente an. Erstens überwacht und meldet die sichere Sensorik den Zutritt von Personen, wenn z. B. eine Schutztür geöffnet wird. Der zweite Bereich betrifft die Sicherheit der Antriebe selbst. Um beide Bereiche zu verbinden, ist es erforderlich, die Sicherheit in der Steuerungsebene zu integrieren – bei Lenze als Controller-based Safety bezeichnet.

Die Basis dafür bildet der neue Lenze-Safety-Controller c250-S – eine redundant aufgebaute Hardware, die über Ethercat mit den anderen Komponenten des Systems kommuniziert. Der c250-S, der gemäß DIN EN 13849-1 den höchsten Performance Level PL e erfüllt, steuert die sicheren Teilnehmer am Ethercat-Bus und verwendet dafür das FSoE-Protokoll (Fail Safe over Ethercat).

Programmieren lässt sich die neue Steuerung in den Sprachen der IEC 61131-3 auf Grundlage von Codesys Safety und mit PLCOpen, TC 5 definierten Standard- Funktionsblöcken. Der besondere Vorteil dieser Vorgehensweise zeigt sich beim Engineering, da sich die gesamte Maschine mit nur einem Werkzeug programmieren und parametrieren lässt. Der Anwender kann ohne Systembruch sowohl auf die sicherheitsrelevanten als auch alle anderen Daten des Gesamtsystems zugreifen. Mittels vorbereiteter Applikationslösungen aus Lenze FAST können z. B. entsprechende Bausteine die Reduzierung der Geschwindigkeit einer Maschine im
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Lenze begleitet die steigende Nachfrage nach Industrierobotern mit standardisierten Softwaremodulen, die es z. B. möglich machen, Portalroboter einfach und ohne spezielles Robotikwissen zu realisieren.

Lenze begleitet die steigende Nachfrage nach Industrierobotern mit standardisierten...

Handbetrieb steuern, während die Safety parallel die sichere Maximalgeschwindigkeit der Achsen überwacht, um eine Gefährdung des Bedieners auszuschließen.

Die sichere Kommunikation verläuft über Failsafe over Ethercat. Das FSoE Protokoll ermöglicht die sicherheitsgerichtete Übertragung von digitalen Informationen sowie Positions- und Geschwindigkeitsdaten. Die Aktivierung der antriebsbezogenen Sicherheitsfunktionen erfolgt über FSoE. Ebenso kann auch auf die im Inverter gebildeten sicheren Positions- und Antriebswerte als 16- bzw. 32-Bit Werte zugegriffen werden. Dies bringt neue Möglichkeiten für die Realisierung sicherer Maschinenfunktionen – beispielsweise wenn Bewegungen von Maschinenteilen so abgesichert werden müssen, dass Bediener auf engstem Raum mit der Maschine interagieren können.

Zeit und Geld sparen

Von der antriebsbasierten Sicherheitstechnik zum Fokus auf das gesamte Automationssystem: Bis dato konzentrierte sich Lenze als Spezialist für Motion Centric Automation auf die antriebsnahen Sicherheitsfunktionen. Nun ist die Safety komplett im System integriert: Die Ausweitung des Lenze-Portfolios bringt für den Maschinen- und Anlagenbauer eine neue Einfachheit. Diese spiegelt sich u. a. in einem spürbar sinkenden Verdrahtungsaufwand wieder.

Über die Installationskosten hinaus, bringt das Motion-Safety-System den Vorteil mit sich, dass Projekte schneller umsetzbar sind, weil es bei den Softwaretools keine Unterschiede mehr gibt zwischen Antriebstechnik und Safety. Dies kommt speziell bei der
Realisierung von Projekten zum Tragen, bei denen Maschinenbediener in den Gefahrenbereich einer Maschine eingreifen müssen. Und deshalb gehören Schnittstellenprobleme wie zeitfressende Einarbeitungszeiten in die Tools unterschiedlicher Hersteller der Vergangenheit an.

„Versorgungsspannung zu gering“ statt der schlichten Meldung „Fehler": Die Durchgängigkeit macht es über Ethercat ferner möglich, Diagnosemeldungen wesentlich detaillierter anzuzeigen als in der Vergangenheit. Weil so mehr Informationen vorliegen, lässt sich während der Inbetriebnahme oder im Service wertvolle Zeit sparen.

Fazit

Mit dem neuen Safety-Controller c250-S macht Lenze den Weg frei, die komplette Antriebs-, Steuerungs- und Sicherheitstechnik aus einem Guss zu projektieren. Die gesamte Maschinensicherheit lässt sich mit nur einem Engineeringwerkzeug, basierend auf PLCOpen-Standards, programmieren – unabhängig davon, ob es sich um "graue" oder "gelbe" Steuerungstechnik handelt. Die tiefe Integration der funktionalen Sicherheit in das Automatisierungssystem erleichtert das Engineering, verbessert die Diagnosemöglichkeiten und verringert die Anzahl der Schnittstellen und Komponenten. Das spart Zeit und Geld und erhöht letztendlich die Verfügbarkeit und Flexibilität der Maschine.

Safety-Lösung von Lenze.
Topologie der Safety-Lösung.
Lenze begleitet die steigende Nachfrage nach Industrierobotern mit standardisierten Softwaremodulen, die es z. B. möglich machen, Portalroboter einfach und ohne spezielles Robotikwissen zu realisieren.
Safety im System vereinfacht das Engineering und erhöht die Maschinensicherheit.


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Bericht in folgenden Kategorien:
Sicherheitssteuerungen , Sicherheitstechnik, Robotik

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