Rundtisch-Fertigungsanlage erfüllt hohe Sicherheitsanforderungen
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Bild 1. Probelauf des Rundtischs mit Einlegeteil aus Sperrholz. Thomas Volz, Elmar Winterhalter und Andreas Strangfeld überprüfen die Sicherheit der Polyurethan-Verarbeitungsanlage mit zehn Rundtischstationen.
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Bild 2. Der Sicherheitslichtvorhang Focus schützt vor unbefugtem manuellen Übergreifen in die Roboterstation
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Bild 3. Der berührungslos wirkende Sicherheitssensor Eden mit M12-Steckanschluss hat einen Schaltabstand von 0 mm bis 15 mm. Bei Bedarf durchdringt sein Wirkfeld nichtmetallische Werkstoffe
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Bild 4. Der Not-Halt-Taster Inca 1 Tina hat einen Einbaudurchmesser von 22,5 mm und eine LED, die den aktuellen Zustand anzeigt
Für den Personenschutz an einem Rundtisch zur Herstellung von Polyurethan-Formteilen wählte der badische Anlagenbauer Sysprotex eine Komplettlösung von Jokab Safety. Sämtliche Sicherheits-funktionen an dem 6 m großen Rundtisch werden von einer Sicherheits-SPS Pluto B20 und zwei Pluto B46 mit mehreren Erweiterungsrelais BT51 überwacht. Dabei wird durchgängig der Performance Level PL e gemäß DIN EN ISO 13849-1 und SIL 3 gemäß IEC 61508 erreicht.
Das Herzstück der SPS-gesteuerten Polyurethan-Verarbeitungsanlage mit elektrischen und pneumatischen Antrieben bei der Volz GmbH in Balingen bildet ein Rundtisch mit einem Durchmesser von 6 m. Seine zehn Stationen bestehen aus einer Roboterstation zum Besprühen der Formen, zwei manuellen Bearbeitungsstationen und sieben Aushärtestationen. Auf dem Rundtakttisch befinden sich zehn mitlaufende, selbständig agierende Einheiten. Jede Einheit besteht aus einem Antrieb und einer Form.
In der rundum abgeschlossenen Roboterstation werden die beiden offenen Formenhälften mit einem Trennmittel eingesprüht und anschließend nach dem In-Mould-Coating-Verfahren mit Lack beschichtet.
An der darauf folgenden Füllstation (Bild 1) werden bei Bedarf Einlegeteile in die Form gelegt. Dann wird sie geschlossen und mit dem noch flüssigen Polyurethan gefüllt. Nach dem Füllen schwenkt die Form vollautomatisch in die optimale Position, damit beim Aufschäumen die Luft am höchsten Punkt entweichen kann. Gleichzeitig dreht sich der Rundtisch um eine Station weiter.
In den folgenden Stationen wird die Form individuell je nach Prozessfortschritt und Ausführung des zu fertigenden Teils bis zum Aushärten weiter bewegt. Nach diesen sieben Aushärtestationen folgt die Entnahmestation, an der das Teil entnommen und die Form von Austriebsmaterial befreit und gereinigt wird. Die in zwei Schichten betriebene Anlage wurde vom TÜV Freiburg geprüft und ermöglicht einen Ausstoß von bis zu 60 Polyurethanteilen pro Stunde sowie die gleichzeitige Fertigung von bis zu zehn verschiedenen Formteilen.
Steuerung und Überwachung
Die gesamte Sicherheitstechnik wurde mit Komponenten von Jokab Safety realisiert. Dabei werden die zehn Drehpositionen des Rundtisches von zehn aktiven Sicherheitssensoren Adam sicher nach PL e erfasst. Diese werden von einem einzigen, als Betätiger wirkenden Sicherheitssensor Eva aktiviert. Adam und die ihm gegenüber stehende Eva bilden dabei ein mit Eden bezeichnetes Sensorpaar. Die sicher erfasste Position des Rundtakttisches wird im Pluto-Programm sicherheitstechnisch verknüpft. Dadurch konnte die Herausforderung, jeden einzelnen Antrieb auf dem Rundtakttisch abhängig von der Position und dem Zustand der Lichtvorhänge individuell freizugeben, einfach realisiert werden.
Die beiden Unfallschutz-Lichtvorhänge Focus mit einer Auflösung von 35 mm und einer Schutzfeldhöhe von 1 650 mm erfassen den Eingriff in und den Zutritt zu den Bearbeitungsstationen. Die Zutrittstür zur Roboterstation und der Zugang zum Innenbereich des Rundtischs werden jeweils von einem Sensorpaar Eden überwacht. Ein manuelles Übergreifen der beiden Schutzwände wird von zwei weiteren Unfallschutz-Lichtvorhängen mit 14 mm Auflösung und 300 mm Schutzfeldhöhe erfasst und löst eine sofortige Unterbrechung der gefahrbringenden Roboterbewegung aus.
Die Sicherheitsanforderungen der Anlage wurden durch entsprechende Programmierung der Sicherheits-SPS Pluto erfüllt. Dank des verringerten Verdrahtungs-, Projektierungs- und Materialaufwands sowie der hohen Flexibilität wurden Kosteneinsparungen erzielt. Durch den Wegfall mehrerer Sicherheitsrelais und die kleine Baugröße von Pluto ergeben sich ausreichende Platzreserven im Schaltschrank.
Gebaut wurde die Anlage von der Sysprotex GmbH, die im Bereich der Automation und Logistik tätig ist. Das Unternehmen hat sich auf den Bau und den Entwurf von Polyurethananlagen und -anwendungen spezialisiert. Auch schwierigere Anforderungen, wie die Befüllung von Mehrfachformen sowie die Konstruktion von Zusatzaggregaten für die Polyurethanfertigung, werden fachgerecht und kostengünstig erfüllt.
Unfallschutz durch Lichtvorhang
Die Lichtvorhänge Focus (Bild 2) haben einen Querschnitt von nur 35 mm × 45 mm und eine Auflösung von 14 mm bzw. 35 mm. Die senkrecht angeordneten Vorhänge lösen beim Eindringen in den Gefahrenbereich einen Abschaltbefehl aus. Die vom TÜV nach der Sicherheitsnorm DIN EN 61496-1(VDE 0113-201) und DIN CLC/TS 61496-2(VDE V 0113-202) zertifizierten Geräte vom Typ 4 lassen sich leicht konfigurieren und installieren. Eingänge zum teilweisen oder vollständigen Muten der Lichtstrahlen sind vorhanden.
Zu den Merkmalen zählen die Überwachung der Muting-Leuchte, ein optionales Floating oder Fixed Blanking, eine Pre-Reset-Funktion sowie die manuelle, überwachte oder automatische Rückstellung. Zur Ausstattung zählen weiterhin zwei überwachte PNP-Sicherheits-Ausgänge mit Querschlussüberwachung (OSSD) und M12-Anschlüssen. LED sorgen für einfache Ausrichtung und Anzeige von Verschmutzung, Betriebsspannung und Ausgangszustand. Die Schutzfeldhöhen betragen 150 mm bis 2400 mm, bei einer Auflösung von 14 mm, 35 mm oder 300/400/500 mm und Reichweiten von jeweils 6 m, 15 m oder 25/50 m.
Das berührungslos wirkende Sicherheits-Sensorpaar Eden (Bild 3) besteht aus dem aktiven, elektrisch verdrahteten Teil Adam und dem passiven, als Betätiger wirkenden Teil Eva. Ein kodiertes Signal wird von der Sicherheits-SPS Pluto über Adam an Eva übertragen, die das Signal verändert und wieder zurücksendet. Der Sensor ist nur dann aktiviert, wenn sich Adam und Eva gegenüber stehen. Dabei gewährleistet die große Toleranz für Abstand und Versatz zwischen dem Sensorpaar und die als Justierhilfe dienende Blinkfrequenz der LED eine unproblematische Montage. Der wartungsfreie Sensor hat einen Schaltabstand von 0 mm bis 15 mm und lässt sich unter einem Winkel von 0° bis 360° betätigen. Dank des speziellen dynamischen Ein- und Ausgangssignals kann man bis zu 390 Sensoren mit einer Sicherheits-SPS einkanalig überwachen. Dabei bleibt der höchste Performance Level PL e gemäß DIN EN ISO 13849-1 gewahrt.
Not-Halt-Taster und Erweiterungsrelais
Der Not-Halt-Taster Inca ist mit abnehmbaren Anschlussklemmen und einer LED ausgestattet, die den aktuellen Zustand des Tasters anzeigt. Leuchtet die LED grün, ist der Not-Halt-Taster nicht aktiviert. Ein rotes Licht weist darauf hin, dass der Taster betätigt wurde. Blinkt die LED rot/grün, wurde einer der vorgeschalteten Not-Halt-Taster aktiviert. So lässt sich schnell feststellen, welcher Taster aktiviert wurde. Inca ist in zwei verschiedenen Varianten erhältlich: für dynamische und für statische Schaltkreise. Inca 1 Tina (Bild 4) wird mithilfe einer Sicherheits-SPS Pluto an dynamische Sicherheitsschaltkreise angeschlossen und verfügt zusätzlich über einen elektronischen Infoausgang. Inca 1 ist stattdessen mit Kontakten versehen, die den Anschluss an statische Sicherheitsschaltkreise mit Sicherheitsrelais ermöglichen. Ein Sicherheitsschaltkreis mit Inca 1 Tina erreicht selbst dann den Performance Level e, wenn mehrere Not-Halt-Taster in Reihe geschaltet sind.
Die 22,5 mm breiten Sicherheitsrelais BT51 (Bild 5) sind für den Anschluss von Unfallschutzgeräten, wie Not-Halt-Tastern, und zum Erweitern der Anzahl von Ausgängen bestimmt. Sie bieten vier zweifache Schließer als Sicherheitsausgänge. Ein Testeingang dient zur Überwachung, dass Schütze oder Magnetventile abgefallen und wieder rückgesetzt sind, bevor ein Wiederanlauf zugelassen werden kann. Der Testeingang kann auch zum Starten und zur Überwachung der Starttaste verwendet werden.
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Bild 5. Die Sicherheits-SPS Pluto B20 unterstützt durchgängig den Performance Level PL e und SIL 3. Die Erweiterungsrelais BT51 bieten zusätzliche Kontakte, und das Gateway Gate P1 ermöglicht die Kommunikation mit Profibus DP
Sicherheits-SPS mit Busanschluss
Die 45 mm breite Sicherheits-SPS Pluto B20 (Bild 5) verfügt über einen Busanschluss. Die ebenfalls mit einem Busanschluss versehene Sicherheits-SPS Pluto B46 mit einer Breite von 90 mm wurde entwickelt, um der Nachfrage nach einer kompakten Sicherheits-SPS mit mehr Ein- und Ausgängen gerecht zu werden. Die B46 hat insgesamt 46 E/A, sechs davon sind unabhängige Sicherheitsausgänge. Die 40 Eingänge sind für Unfallschutzgeräte und sonstige sicherheitsgerichtete Sensoren bestimmt. Außerdem können 16 dieser Eingänge auch als nicht sichere Ausgänge benutzt werden.
Die Sicherheits-SPS vereinfacht den Entwurf von Sicherheitssystemen und entspricht dem Performance Level e nach EN ISO 13849-1 sowie SIL 3 nach IEC 61508. Das System wird mit dem Pluto-Manager programmiert, einem auf Windows basierenden Programmierwerkzeug, das sowohl die Nutzung TÜV-zertifizierter Sicherheitsfunktionsblöcke als auch die freie Programmierung ermöglicht. Somit eignet sich die Sicherheits-SPS sowohl zur Sicherheitsüberwachung als auch zur Steuerung kleinerer Maschinen.
Das Pluto-Gateway ist ein Protokollumsetzer, der die Kommunikation zwischen einer Sicherheits-SPS und anderen Feldbussen in beiden Richtungen ermöglicht. Zur Zeit sind vier verschiedene Typen lieferbar: Gate-P1 für Profibus DP (Bild 5), Gate-D1 für Devicenet, Gate-E1 für Ethernet und Gate-C1 für CANopen. Der Protokollumsetzer ist nur 22,5 mm breit (35 mm für Gate-E1). Er wird auf einer DIN-Schiene montiert und lässt sich überall an einem Pluto-Bus anschließen. Das Gerät hat eine gemeinsame Schnittstelle mit Pluto, das heißt, die gleiche Verkabelung, und das Pluto-Manager-Programm kann für Servicearbeiten und nötigenfalls zum Programmieren benutzt werden. Normalerweise erfolgt jedoch die Gateway-Konfiguration über DIP-Schalter am Gerät oder über Konfigurationsdaten von einem übergeordneten SPS-System. Beim Programmieren hat der Pluto-Manager Zugriff auf fertige Funktionsblöcke für die Kommunikation über das Gateway.
Zufriedene Anwender
Der bei Sysprotex mit der Projektierung betraute technische Leiter Elmar Winterhalter (Bild 1, Mitte) und sein Kunde, Geschäftsführer Thomas Volz (Bild 1, links), schätzen vor allem die hohe Anpassungsfähigkeit der Sicherheits-SPS Pluto sowie die leichte Ausrichtung und Schmutzunempfindlichkeit der zehn, für die sichere Positionsüberwachung montierten Sicherheitssensoren Eden. Zum Anschluss an die Sicherheits-SPS benötigt man pro Sensor nur einen Eingang im Gegensatz zu zwei Eingängen bei anderen Lösungen. Auch die Not-Halt-Taster Inca 1 Tina werden einkanalig angeschaltet. Dies vereinfacht die Verdrahtung und man spart Zeit.
Der technische Leiter lobt auch den übersichtlichen modularen Aufbau und die leichte Programmierbarkeit mit der kostenlosen Software Pluto-Manager sowie das durchgängige Erreichen des Performance Levels PL e. Mit Service, Beratung und den Kundenschulungen sowie dem problemlosen Verknüpfen der Bussignale, auch über den Schleifring auf dem drehenden Anlagenteil, ist er überaus zufrieden.
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Autor: Andreas Strangfeld ist Vertriebsleiter bei Jokab Safety in Spaichingen.
