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Ausgewählte Ausgabe: 09-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Elektronische Schüsselsysteme für die sichere Betriebsartenwahl

Ein Betriebsartenwahlschalter ist an fast allen Maschinen vorhanden – meist in Form eines Schlüsselschalters. Künftig wird vermehrt eine sicherheitstechnische Bewertung der Betriebsartenwahl gefordert werden. Einige Normen, beispielsweise für Dreh- und Schleifmaschinen, verlangen diese Bewertung bereits heute. Zur Erfüllung dieser Anforderungen bietet Euchner eine unkomplizierte Lösung.


Die Forderung nach einer sicherheitstechnischen Bewertung der Betriebs-artenwahl ist dadurch begründet, dass bei der Umschaltung von einer Betriebsart in eine andere verschiedene sicherheitstechnische Einrichtungen an der Maschine zu- und abgeschaltet werden.
Ein sehr einfaches Beispiel einer Maschine mit nur zwei Betriebsarten (Automatik- und Einrichtbetrieb) zeigt, warum das so ist: An der Maschine ist im Automatikbetrieb als sicherheitstechnische Einrichtung eine Schutztür im Einsatz. Die Schutztür ist mit einem Sicherheitsschalter abge- sichert. Wird die Tür geöffnet, schaltet die Maschine ab und geht in einen sicheren Zustand über. Für die Inbetriebnahme im Einrichtbetrieb ist es jedoch erforderlich, dass die Maschine auch bei offener Schutztür eingeschaltet bleibt – jedoch nicht mit allen Funktionen des Automatikbetriebs. Dazu wird die Betriebsart der Maschine auf Einrichten umgeschaltet. In dieser Betriebsart wird der Sicherheitsschalter an der Schutztür überbrückt, damit die Maschine in Betrieb genommen werden kann. Gleichzeitig wird als sicherheitstechnische Einrichtung ein Zustimmtaster verwendet und steuerungstechnisch auf eine sicher reduzierte Geschwindigkeit umgeschaltet. Zudem sind nicht mehr alle Achsen und Funktionen in Betrieb.
In diesem Beispiel wird – bedingt durch das Umschalten der Betriebsart von Automatik- in den Einrichtbetrieb – die Sicherheitseinrichtung „Schutztür“ unwirksam. Gleichzeitig über-nehmen zwei andere Sicherheitsfunktionen den Schutz des Mitarbeiters: der Zustimmtaster und die reduzierte Geschwindigkeit. Bild 1 soll das verdeutlichen.

Bild 1 Abstrakte Darstellung der Betriebsartenwahl

Bild 1
Abstrakte Darstellung der Betriebsartenwahl


Eine Betriebsart kann unterschied- liche Funktionen umfassen. Ein Einzelschritt der Maschine kann sowohl im Automatikbetrieb als auch im Einrichtbetrieb sinnvoll sein: im Automatik- betrieb mit geschlossener Schutztür und im Einrichtbetrieb mit gedrücktem Zustimmtaster und reduzierter Geschwindigkeit.
Das Umschalten zwischen unterschiedlichen Sicherheitseinrichtungen muss einen Performance Level (PL) nach EN ISO 13849–1 erfüllen. Nur dann ist sichergestellt, dass richtig umgeschaltet wird. Sowohl die C-Norm für Drehmaschinen (EN ISO 23125) als auch die für Schleifmaschinen (EN ISO 16089) fordert für die Umschaltung einen PL c. Auch die demnächst neu erscheinende Norm für Fräs- maschinen (EN ISO 16090) wird einen PL c fordern

Normative Beurteilung eines Betriebsartenwahlschalters

Um einen Betriebsartenwahlschalter normativ beurteilen zu können, müssen dessen Bestandteile betrachtet werden. Bei einem Schlüsselschalter ist dies zunächst der Schlüssel selbst. Er ist kein sicherheitsrelevantes Teil – oder doch? Hier macht uns die deutsche Sprache ein wenig Schwierigkeiten, denn der Begriff Sicherheit wird unterschiedlich genutzt. Grundsätzlich ist ein Schlüssel ein sicherheitsrelevantes Teil. Jedoch nicht im Sinne der EN ISO 13849–1. Für die Norm bedeutet „Sicherheit“, den Schutz des Menschen vor der Maschine bzw. vor einem Unfall mit der Maschine. Im Englischen wird für diese Art Sicherheit der Begriff Safety oder Functional Safety verwendet. Ein Schlüssel verhindert den unberechtigten Zugriff von außen auf die Maschine und dient zum Umschalten von einer Betriebsart in die andere. Für diese Art Sicherheitstechnik gibt es derzeit in der Welt der Maschinen keinen eigenen Begriff und keine Norm. Auch C-Normen erheben hier keine Forderungen. Allerdings werden zukünftige Normen für diese Art der Sicherheitstechnik den englischen Begriff Security verwenden. Für die Beurteilung der Security ist die EN ISO 13849–1 jedoch nicht zuständig.
Der Schlüssel selbst muss demnach nicht nach der Norm bewertet werden. Trotzdem sollte auch hier ein gewisses Sicherheitsniveau eingehalten werden. Dies ergibt sich aus der Maschinenrichtlinie, also aus dem Gesetz. Im Anhang I der Maschinenrichtlinie wird gefordert, dass entweder ein Schlüsselschalter verwendet oder auf andere Weise der Zugang zur Betriebsartenwahl auf einen bestimmten Personenkreis beschränkt wird. Daraus ergibt sich ein sehr praktisches Problem: An den meisten Maschinen steckt der Schlüssel zur Betriebsartenwahl ständig. Auf diese Weise kann jeder beliebige Mitarbeiter die Betriebsart umschalten und damit auch Arbeiten an einer Maschine durchführen; selbst solche, für die er nicht ausgebildet wurde. Das ist bei einem Unfall für den Maschinenbetreiber und den Maschinenhersteller eine Gefahr: für den Betreiber, weil der Schlüssel immer steckt und für den Hersteller, weil ihm dieser Umstand bekannt ist und eigentlich nicht ignoriert werden darf. Denn es existieren bereits seit vielen Jahren bessere Zugangsbeschränkungen. Es gibt allerdings auch noch schlechtere. Dazu zählt beispielsweise der Zugangsschutz per Passwort. Das kennt irgendwann jeder und es ändert sich nie. Häufig findet man es sogar auf einem Zettel direkt an der Maschine oder im Schaltschrank. Somit ist ein echter Schutz vor unbefugtem Zugriff auf die Maschine ausgeschlossen.

Die elektronische Zugangsbeschränkung

Die bessere, weil sicherere Alternative ist eine elektronische Zugangsbeschränkung. Euchner bietet hierfür beispielsweise das Electronic-Key-System EKS an. Das EKS ist ein auf der Transpondertechnologie basierendes System und besteht aus einer Schreib-Lesestation sowie einem oder mehreren Schlüsseln mit programmierbarem Speicher. Es dient der elektronischen Zugriffsverwaltung bzw. Zugriffskontrolle und bietet darüber hinaus die Möglichkeit, weitere Informationen und Daten wie z. B. Prozessparameter oder Funktionen auf dem Schlüssel zu speichern und an die Steuerung zu übermitteln. Das EKS erfüllt alle normativen- und gesetzlichen Anforderungen für ein Zugangssystem zur Betriebsartenwahl. In der Ausführung FSA (For Safety Application) kann mit dem System auch ein Touchpanel als eine sichere Betriebsartenwahl realisiert werden – sogar mit PL e.
Die sicherheitstechnische Betrachtung eines Betriebsartenwahlschalters in Form eines Schlüsselschalters ist einfach: Es werden ein oder auch zwei Schaltelemente verwendet, die auf ein sicheres Auswertegerät geschaltet sind, und damit immer PL c oder höher erfüllen. Das sicherheitstechnische Blockschaltbild ist in Bild 2 gezeigt.

Bild 2 Sicherheitstechnische Beurteilung eines Betriebsartenwahlschalters

Bild 2
Sicherheitstechnische Beurteilung eines Betriebsartenwahlschalters

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Elektronisches Schlüsselsystem...

... EKS

Das elektronische Schlüsselsystem EKS von Euchner für die elektronische Zugriffsverwaltung über PCs und Steuerungen besteht aus einer Lesestation, der Schlüsselaufnahme, und mindestens einem elektronischen Schlüssel mit beschreibbarem RFID-Transponder. Jeder Schlüssel kann personalisiert und mit individuellen Berechtigungen versehen werden. Auf diese Weise lassen sich Verantwortlichkeiten sichtbar machen. Zudem bietet das EKS neben einem hohen Kopierschutz Zusatzfunktionen wie das Regeln des Zugangs zu Parametern, von Personen, anderen Anlagen etc.
Das elektronischen Schlüsselsystem ist typischerweise in prozessorientierten Anwendungen der Automobil-, Lebensmittel-, Pharmazie- und Chemieindustrie weit verbreitet, in denen die Absicherung von Zugriffen auf kritische Prozesse ein elementares Thema ist.
Die Schlüsselaufnahmen mit USB-, Ethernet TCP/IP-, Profibus- und Profinet-Schnittstelle sind alternativ in der Ausführung FSA (For Safety Applications) erhältlich. Durch die Erweiterung des EKS für sicherheitstechnische Anwendungen in Zusammenhang mit der Betriebsartenwahl wird das weit verbreitete Problem der Manipulation von Schutzeinrichtungen gelöst. Dabei erhält ausgebildetes Personal die eindeutige Legitimation, kritische Einricht- und Wartungsarbeiten in einer gefährlichen Sonderbetriebsart durchzuführen.
Das elektronische Schlüsselsystem EKS ist auch in einer Ausführung verfügbar, bei der die Auswertung des Schlüssels bereits im EKS selbst vorgenommen wird. Das Ergebnis wird an 5 Ausgängen an die Steuerung weitergeleitet. Dieses Gerät lässt sich an beliebigen Steuerungseingängen oder auch an sicheren Steuerungseingängen betreiben. Die Schlüsselstruktur ist festgelegt und ein Programm zum Beschreiben der Schlüssel ist verfügbar. Insbesondere als Nachrüstlösung oder aber, wenn nur die Betriebsart gewählt werden soll, ist das „EKS Light“ eine ideale Lösung.

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