Sichere Maschinensteuerungen

Aufgrund der Technologieentwicklung in der Automatisierungs- und Fertigungstechnik sind die Anforderungen an moderne und zukunftsorientierte Steuerungen permanent gestiegen. Das setzt hohe Flexibilität und Leitungsfähigkeit der Maschinen- und Anlagensteuerung voraus und geeignete Sicherheitsfunktionen zur Minimierung des jeweiligen Gefährdungspotenzials. Meist realisieren programmierbare elektronische Systeme (PES) diese sicherheitsrelevanten Funktionen. Außerdem können mechanische, hydraulische oder pneumatische sicherheitsgerichtete Steuerungen zum Einsatz kommen.

In der gesamten Verarbeitungskette „Sensorik-Logik-Aktorik“ realisieren so genannte Sicherheits-SPS (Sicherheitsgerichtete Speicherprogrammierbare Steuerungen) oder Sicherheitsschaltgeräte die logische Signalverarbeitung. Außerdem kommen sicherheitsgerichtete Sensoren und Aktoren z.B. Antriebsregler zum Einsatz.

Neben der reinen Verknüpfung unterschiedlicher Hardware-Komponenten gewinnt die Umsetzung der Sicherheitsfunktion innerhalb der Software immer mehr an Bedeutung. Die Tatsache, dass für ein einzelnes Gerät die Konformität mit bestimmten Richtlinien oder Verordnungen unter der Anwendung bestimmter EN-Normen erklärt wird, ist noch keine Garantie für die Tauglichkeit im Systemverbund. Erst dann, wenn einzelnen Hardware- und Softwarekomponenten, richtig aufeinander abgestimmt, eingesetzt werden, entsteht aus einzelnen Elementen ein leistungsgerechtes und sicheres Gesamtsystem.

Für die Konstruktion sicherheitsgerichteter Steuerungen wurde mit der Veröffentlichung der Norm EN ISO 13849-1 der Begriff „Steuerungskategorie“ um den Begriff des Performance Level (PL) ergänzt. Sie ist medienübergreifend anwendbar und nicht auf eine spezifische Technologie beschränkt, da sie grundlegende Prinzipien für die Sicherheit von sicherheitsbezogenen Teilen von Maschinen festlegt. Ebenso kann eine Risikoreduzierung durch Anwendung der Norm EN 62061 erzielt werden. Das durch diese Norm erreichbare Sicherheitsniveau wird durch den Begriff „SIL“ (Safety Integrity Level) gekennzeichnet.

Der grundsätzliche Aufbau einer sicherheitsrelevanten Steuerung wird durch die Verarbeitungskette „Sensorik-Logik-Aktorik“ beschrieben.

Sensorik

Die Palette der Sensoren für die Realisierung von Sicherheitsfunktionen reicht von elektromechanischen Schaltern, sicherheitsgerichteten Näherungsschaltern über berührungslos wirksame Systeme wie Lichtschranken, Lichtgitter bis hin zu komplexen optoelektronischen Systemen wie Laserscannern oder Sicherheitskamerasystemen. Aber auch applikationsspezifische Teillösungen wie Drehzahlüberwachungssysteme, Stillstandswächter oder Lastmomentbegrenzer sind zu den Sensoren zu zählen, obwohl diese bereits auch steuerungstechnische Auswertungen enthalten können.

Logik

Für die Realisierung von „sicheren Steuerungen“ müssen bestimmte Schaltungskonzepte und -prinzipien verwendet werden, um Fehlermöglichkeiten ausschließen oder beherrschen zu können. Eine Kombination auf Hardware-Ebene, so genannter Fail-Safe Systeme, wird nur dann zu einer sicheren Gesamtlösung führen, wenn auch die Software entsprechend ausgerichtet ist. Eine sicherheitsgerichtete Steuerung wird in den meisten Fällen über Sicherheits-SPS realisiert, obwohl auch zahlreiche Lösungen ohne die Anwendung derartiger Steuerungen möglich sind.

Aktorik

Das Abschalten gefahrbringender Bewegungen steht im Vordergrund, wenn Sicherheitsfunktionen umgesetzt werden sollen. Mit steigendem Automatisierungsgrad nehmen jedoch die Anforderungen an komplexe Funktionen zu. Um diese sicherheitsbezogene Aufgabe ausführen kommen einerseits Aktoren wie z.B. Schütze oder Ventile, zum Einsatz, aber anderseits auch vermehrt komplexere Aktoren, z.B. elektronische Antriebsregler für moderne/innovative Antriebssysteme. Dies ermöglicht eine große Zahl unterschiedlicher Sicherheitsreaktionen wie zum Beispiel in den Bereichen: Betriebshalt, begrenzte Geschwindigkeit, Drehzahlüberwachung oder begrenztes Schrittmaß.