Maskinsikkerhed er ikke længere statisk!

Tidligere blev emnet maskinsikkerhed ligestillet med funktionen nødstop. Forbindelsen mellem det normativt mulige, nye teknologiske løsninger til sikkerhedsopgaver og den kombinerede applikationsviden gør det muligt i stigende grad også at opfylde kravene til maskinernes produktivitet og et lavere antal stilstandsperioder. Først i den komplette kombination af sensorteknologi, styring og aktuatorteknologi opstår der fleksibel, dynamisk sikkerhed.

Overalt hvor mennesker og maskiner samarbejder, er der risiko for, at maskinerne udfører farlige bevægelser. Sikkerhed var og er overvejende præget af binære hændelser som f.eks. aktivering af en nødstopanordning, åbning af en beskyttelsesdør eller afbrydelse af et lystæppe. Selv i dag er mange maskiners og anlægs sikkerhedskoncept udformet således, at strømmen til alle drev eller til hele anlægget afbrydes, når et beskyttelsesområde betrædes. Med den tiltagende automatisering og sammenkædning af maskiner, anlæg og processer øges især de funktionelle krav til sikkerhedsteknikken.

Af hensyn til en konstant stigende produktivitet skal det alligevel være muligt at udføre arbejde i definerede beskyttelsesområder, uden at hele produktionsprocessen standses. Årsag: En hård frakobling medfører oftest yderligere ulemper. Det kan være produktivitetsforringelser, øgede stilstandsperioder på grund af mere omfattende procedurer for genoptagelse af driften eller en begrænsning i maskinens betjenings- og vedligeholdelseskoncept.

Sikkerhed skal ikke betragtes isoleret

Produktionsindustrien er kendetegnet ved en stigende grad af automatisering samt sammenkædede anlæg og processer. Sikkerhed kan således ikke betragtes isoleret og omfatter yderst sjældent kun enkeltområder eller enkeltkomponenter i et anlæg. Tværtimod: Sikkerhed er blevet en vigtig del af et anlægs samlede funktion og betragtningen af et anlægs totale omkostninger. Stilstands- og reparationsperioder spiller en vigtigere og vigtigere rolle for vurderingen af maskinernes samlede livscyklus.

Ud af alle disse krav opstår ønsket om dynamisk sikkerhed, dvs. en mere fleksibel tilpasning af sikkerhedsfunktionerne til de skiftende krav om beskyttelse. Dermed ændres synet på sikkerheden som sådan også. Den bliver i mindre grad betragtet som et produkt, men derimod som en funktion, der omfatter flere enheder.

Standarder og direktiver danner rammerne

Rammerne for sikkerhedstekniske løsninger fastlægges i de gældende love og standarder. I EU er maskindirektivet den målestok, som maskiners og anlægs funktionelle sikkerhed skal rette sig efter. Størst betydning i maskindirektivet har standarderne EN 62061 (Maskinsikkerhed – Funktionssikkerhed i sikkerhedsrelaterede elektriske, elektroniske og programmerbare elektroniske styresystemer) samt EN ISO 13849-1 (Maskinsikkerhed – Sikkerhedsrelaterede dele af styresystemer). Sammenlignet med den foregående standard EN 954-1 er denne mere rettet mod implementeringen af sikkerhed og er dermed en vigtig forudsætning for dynamisk sikkerhed.

Et eksempel er driftstypen "Drift med åbnet beskyttelsesdør", som ikke var defineret i forbindelse med EN 954-1. Tidligere blev den hertil nødvendige driftstypevælger konfigureret som separat nøgleafbryder – ofte uden nogen form for sikkerhedsfunktion. De tilhørende krav til en sikker funktion af et driftstypevalg findes nu i C-standarderne, der refererer til maskindirektivet 2006/42/EF, EN ISO 12100-2 ("Maskinsikkerhed - Grundlæggende begreber og generelle principper for projektering, konstruktion og udformning") og EN 60204-1 ("Maskinsikkerhed – Elektrisk udstyr på maskiner – Del 1: Generelle krav"). De definitioner, som findes heri, muliggør flere typer – som f.eks. "Sikker reduceret hastighed med åbnet beskyttelsesdør". I driftstypen "Klargøringsdrift" anvendes den sikre overvågning af hastigheden nu til at undgå unødvendige perioder med stilstand og genoptagelse af driften.

Målestokken for sikkerhedstekniske behov

Nøjagtig viden om, hvad der er juridisk tilladt og teknisk muligt, er forudsætningen for en udformning af sikkerhedsteknikken, som giver det størst mulige potentiale for produktiv drift af maskiner. De rammer, der fastlægges af de nye standarder EN 13849-1 og IEC 62061, forudsætter, at sikkerhedstekniske løsninger gennem hele proceskæden med sensorteknologi over styring til aktuatorteknologi betragtes med deres individuelle parametre og vurderes matematisk. Dette kræver af og til højst forskellige tilstande eller resultater af komplekse beregninger, som sikkerheden skal reagere på i passende omfang. Derfor kan automatiseringsopgaver i dag i mindre og mindre grad løses med klassiske metoder.

Sensorer med perspektiv

Mange sikkerhedssensorer arbejder efter en strengt binær model: En beskyttelsesdør åbnes, sensoren registrerer det og genererer et frakoblingssignal til den sikre maskinstyring. Ved dynamiske sikkerhedskoncepter skal sensorer være i stand til en væsentligt mere nuanceret betragtning af hændelser. De skal f.eks. kunne skelne mellem, om der opholder sig en person i en farebringende bevægelses potentielle aktivitetsområde (advarselszone), eller om en person allerede har betrådt en zone med øgede sikkerhedskrav (beskyttelsesområde). Disse områder skal kunne tilpasses dynamisk og f.eks. følge maskinens eller en robots bevægelser.

Nye, kamerabaserede metoder er i stand til sikkert at overvåge beskyttelseszoner og -områder tredimensionelt. Det gælder f.eks. det sikre kamerasystem SafetyEYE til områdeovervågning eller det kamerabaserede, medkørende beskyttelsessystem PSENvip til kantpresser. Disse sensorsystemer interagerer med analysefunktionen via sikre kommunikationskanaler og sørger for, at anlæggets produktivitet er optimal.

Ved hjælp af en samlet betragtning af alle sikkerhedsfunktioner i forbindelse med maskinen "kantpresse" kan sikre positionsdata f.eks. også anvendes til målrettet at tilpasse sensorens beskyttelsesområder til operatørens eller værktøjets aktuelle beskyttelsesbehov eller til positionsinformationer. Denne funktion muliggør først "dynamisk muting" ved hjælp af kombinationen i netværk og sørger på denne måde for, at maskinen får en større produktivitet.

Aktuelle elektroniske sensorsystemer er væsentligt mere ydedygtige og stiller klart flere informationer til rådighed end et rent binært omskiftningssignal. Informationsmængden og -kvaliteten er en nødvendig forudsætning for overhovedet at kunne udforme sikkerhedsfunktioner dynamisk. F.eks. i forbindelse med SafetyEYE foreligger områdeinformationerne allerede i dag i form af sikre tredimensionelle områder – men de reduceres ved anvendelsen til standardiserede, binære interfacesignaler. I fremtiden skal disse områdeinformationer kunne analyseres direkte af den sikre drevteknik. Drevnetværket kan på denne måde sættes i stand til nærmest at reagere forudseende på flerdimensionelle områdeinformationer med de passende bevægelser.

Styring til standard og sikkerhed

Aktuelt anvendes der sikkerhedsstyringer, hvis funktion kan konfigureres ved hjælp af software. De giver betydeligt større fleksibilitet sammenlignet med sikkerhedsrelæer med fast funktionsomfang. For at sikre at programmerne forbliver overskuelige og forståelige, er antallet af kommandoer og editorer til de fleste systemer begrænset. Dette var og er ikke noget problem, så længe maskiner og anlæg kun skal overtage enkle sikkerhedsopgaver.

Sikkerhedsteknik kræver imidlertid i stigende grad omfattende forbindelser til de enkelte elementer i hele proceskæden. Derfor skal sikkerhedsstyringer kunne registrere, bearbejde og udlæse mere og mere komplekse måleværdier som f.eks. fastlagte omdrejningstal på en sikker måde. Dette gælder ikke kun det anvendte sensor-/aktuatorinterface, men stiller især nye krav til de bearbejdende logiske funktioner.

Den sikre styringsteknik har ændret automatiseringsverdenen grundlæggende. Den er i dag en vigtig forudsætning for, at maskiner ikke kun er sikre, men også har få stilstandsperioder og høj produktivitet. Mens PLC'er og programmerbare sikkerhedsstyringer tidsmæssigt udviklede sig efter hinanden, er markedstendensen i dag at forene de to områder – standard og sikkerhed – i en fælles styringsløsning. Med automatiseringssystemet PSS 4000 fra Pilz kan man opbygge automatiseringsløsninger, der både løser standard- og sikkerhedsopgaver og er enkle at håndtere for brugeren. Blandt de nyeste videreudviklinger i systemet er programeditoren til STL (Structured Text Language). Med PAS STL som endnu et medlem af serien af IEC 61131-3-editorer skaber Pilz mulighed for, at sikkerheds- og standardfunktioner kan programmeres ens og komplet på samme, standardiserede grundlag. For første gang er det med STL-editoren muligt at løse sikkerhedsopgaver indtil SIL3.

Aktuatorteknologi: Bliv elektrisk – på en sikker måde

For at forhindre farebringende bevægelser er det nærliggende at knytte sikkerhedsteknikken tæt sammen med aktuatorteknologien. Tidligere fik man en sikker bevægelsesstyring ved at kombinere en sikker bevægelsesovervågning, en sikker afbrydelse af motoren fra energitilførslen og en usikker frembringelse af bevægelser. Af både tekniske og økonomiske årsager er drevelektronikken – servoforstærkere og frekvensomformere – forblevet en usikker komponent i automatiseringen. Indtil nu har andre sikre komponenter sørget for sikkerheden. Disse komponenter omskifter i tilfælde af fejl drevet til energifri, sikker tilstand eller overvåger den tilsluttede motors bevægelse sikkert. Nu er det muligt at integrere disse andre, sikre komponenter i drevet. Således kan MotionControl-systemet PMCprimo DriveP udvides med sikkerhedskortet PMCprotego S. Dermed stiller vi en komplet løsning til rådighed til drift, styring og sikkerhed.

En sikker, dynamisk applikation kan f.eks. se ud på følgende måde: Når en beskyttelsesdør åbnes, bremses motoren sikkert over en defineret kurve og forbliver stående i stilstand, mens reguleringen er aktiveret. Når der foreligger en passende autorisation, og der aktiveres en sikker driftstype for klargøringsdriften, bevæger motoren sig i rykvis drift med en sikker, reduceret hastighed. Når denne driftstype afsluttes, og beskyttelsesdøren lukkes, aktiveres sikkerhedsfunktionen igen for alle maskinoperatører. Med andre ord: Efter overtrædelse af en statisk overvågning af et beskyttet område følger fortsættelsen af produktionen med reduceret takttal og sikkert overvågede bevægelser.

Dynamiske sikkerhedskoncepter, der er tilpasset hinanden, muliggør fleksible systemreaktioner: De starter med den sikkert reducerede hastighed, går over sikker koordinering af systemer med flere akser og fortsætter til en belastnings- og drejningsmomentafhængig sikkerhedsrelateret drevstyring. En højtydende og sikker sammenkobling af disse elementer sikrer, at drivakser allerede reagerer på advarselssignalerne fra en områdeoverskridelse med en sikker reduktion af hastigheden, en sikker positionsregulering eller en sikker begrænsning af drejningsmomentet.

En ensartet betragtningsmåde giver fordele

Ved at samle viden om standarder, produkter og applikationer opstår der systemløsninger til sikker automatisering, hvor funktionerne er tilpasset hinanden på en sådan måde, at de enkelte delfunktioner interagerer. Automatiseringssystemet PSS 4000 er et eksempel på, at grænserne mellem sikkerheds- og styringsfunktionen bliver mere og mere flydende. Brugerne kræver sjældent en klar adskillelse, men lægger stor vægt på reaktionsfrihed og en klar opdeling af ansvarsområderne.

Sikkerhed er i stigende grad en integreret del af maskiners og anlægs samlede funktion og skal derfor tages med i betragtning fra starten. Sikker styringsteknik betyder nemlig ikke andet end at gøre styringsfunktionen sikker i sig selv.

Hvilke konsekvenser har dette for udviklingen inden for sikkerhedsteknik? Det står klart, at det er nødvendigt at tænke endnu mere i systemer. Hvis delfunktioner skal interagere optimalt, kan man ikke bare tilføje funktioner efterhånden. Udfordringen består i sidste ende i at integrere funktionerne i det samlede system.

Resumé

Der er ved at ske en strukturel ændring af kravene til sikkerhedsteknik: Processerne bliver mere og mere dynamiske, behovet for kontrollerede indgreb i processen og kravene til produktiviteten stiger og ændrer som følge heraf også sikkerhedsteknikken. Den hidtidige strategi med sikker frakobling ved krav om sikkerhed eller i tilfælde af fejl vil i fremtiden være en mindre acceptabel løsning. I sidste ende muliggør den sikre kombination af sensorteknologi, styring og aktuatorteknologi en større grad af frihed ved planlægningen af dynamiske procesforløb og af arbejdsområder, hvor menneske og maskine interagerer, og sørger altid – i enhver driftstype – for maskinoperatørens sikkerhed gennem hele maskinens livscyklus.

Forfatter: Armin Glaser, leder af produktmanagement hos Pilz GmbH & Co. KG

www.pilz.dk

Følg Pilz på Twitter, Facebook og YouTube !

Twitter: http://twitter.com/pilzdk
YouTube: http://www.youtube.com/pilzdk
Facebook: http://www.facebook.com/pilzdk