Sicherheit

Maschinensicherheit wird integriert  

VDI nachrichten, Düsseldorf, 21. 11. 08, ciu – Neben mechanischen Schutzeinrichtungen sorgen zunehmend elektrische und elektronische Schutzfunktionen für die Sicherheit von Maschinen- und Anlagenbedienern. Insbesondere durch den zunehmenden Einsatz von Kommunikationstechnik in der Automatisierung erscheint die Maschinensicherheit oder auch „Safety“ in einem neuen Kontext. Auch die neue Maschinenrichtlinie erfordert ein Umdenken bei Herstellern und Konstrukteuren.

Parallel zum Trend der Vernetzung von Automatisierungslösungen mittels Ethernet wächst auch die Nachfrage nach der unterlagerten Sicherheitstechnik. So soll laut Marktuntersuchungen der US-Firma VDC Research der Weltmarkt für „Distributed Remote I/O“ von 4,3 Mrd. $ in 2008 auf 6,3 Mrd. $ im Jahr 2013 steigen, der Anteil von Ethernet wachse entsprechend von 25 % auf 29 %. „Modbus TCP und Ethernet/IP gehören laut unserer Studie zu den führenden Ethernet-Varianten, am stärksten wächst zukünftig Ethernet/IP einschließlich dem Safety-Sektor. Geringere Zuwächse erwarten wir für Ethercat, Powerlink sowie Profinet mit Safety“, erläuterte kürzlich Analyst James K. Taylor.

Europäische Maschinenhersteller sind gezwungen etwas zu tun. Denn: Maschinen müssen in Europa den Sicherheits- und Gesundheitsanforderungen der EG-Maschinenrichtlinie entsprechen. Die bisherige Regelung wird dabei ab dem 29. Dezember 2009 ohne Übergangsfrist durch die neue Richtlinie 2006/42/EG ersetzt.

Prof. Dietmar Reinert, Leiter Sicherheitstechnik am Institut für Arbeitsschutz der deutschen gesetzlichen Unfallversicherung (BGIA), stellte zum aktuellen Stand der Technik fest: „Mit Einführung der sicheren speicherprogrammierbaren Steuerung gibt es eine standardisierte Hardware.“ Die Sicherheitsfunktionen werden im Wesentlichen in Software realisiert. „Heute liegen für die wesentlichen sicherheitsrelevanten Funktionen fertige Funktionsbausteine vor, die aber richtig parametriert und sinnvoll eingesetzt werden müssen“, so Reinert. Die Qualität der Software spiele daher eine immer größere Rolle. Hier helfe die Norm IEC 61508-3 mit ihren zahlreichen Verfahren Fehler zu vermeiden.

Die Sicherheitseinrichtungen schützen Menschen vor Verletzungen durch Maschinen oder in der Prozessindustrie vor Schäden durch Austreten gefährlicher Stoffe und sie schützen Maschinen und Güter vor Beschädigungen. Wurden elektrische Sicherheitsfunktionen zunächst mit eigenen Relais-Steuerungen realisiert, so erweiterte die digitale Technik mit speziellen Bussystemen die Funktionalität. Heute sind integrierte Safety-Lösungen mit Standard-Bussystemen Stand der Technik. Das Spektrum der einsetzbaren Geräte reicht von sicheren Ein-/Ausgabe-Modulen der Remote I/O über Lichtvorhänge, Laserscanner und Transmitter bis hin zu Antrieben mit integrierter Sicherheitsfunktion und Robotern. Laut ARC ist in der Anlagenkommunikation der Einsatz zweier paralleler Bussysteme für sicherheitsgerichtete und Standard-Aufgaben im Rahmen einer modernen Automatisierungsphilosophie nicht mehr angemessen. Dank der etwa 100-mal größeren Bandbreite des Ethernet gegenüber herkömmlichen Feldbussen ist ein gemeinsamer Betrieb der verschiedenen Dienste nun auch technologisch sinnvoll.

Beim Profibus erfolgte der Einstieg in die Sicherheitstechnik z. B. im September 1998 mit dem Start von „Profisafe“, bei dem sichere zusammen mit konventionellen Daten über ein gemeinsames Buskabel übertragen werden. Das Protokoll Profisafe für Ethernet bzw. Profinet wurde im Jahr 2005 veröffentlicht und seit April 2007 gibt es eine Spezifikation auch für drahtlose Vernetzungen mit WLAN oder Bluetooth.

Eine Schlüsselrolle in der Sicherheitstechnik spielen Motoren und Antriebe. Profisafe erlaubt hier sowohl die sichere Trennung der Energieversorgung zum Motor als auch die sichere Überwachung von Motorbewegungen. Damit können sichere Halt-Funktionen nach den Stopp-Kategorien 0, 1 und 2 realisiert werden, also das sicher abgeschaltete Moment, der sichere Stopp oder der sichere Betriebshalt. Auch die klassischen Prozessinstrumente mit analoger Schnittstelle (4 mA bis 20 mA) oder Hart-Kommunikation können über sichere Remote I/O in Profisafe-Anwendungen integriert werden.

Auf der Messe SPS/IPC/Drives zeigt die Profibus-Nutzerorganisation (PNO) zusammen mit namhaften Herstellern neben einer Gerätepräsentation eine Live-Demo, in der die Stufen von Produktionsanlagen mit der zugehörigen Kommunikation symbolisiert werden. Außer Anwendungen in der Fertigungsautomatisierung wird auch der Einsatz von Profisafe in der Prozessautomatisierung mit einer fehlersicheren Steuerung demonstriert.

Als Weiterentwicklung der bekannten Feldbusse ist Safetynet p als sogenanntes Publisher-Subscriber-Netz ausgelegt und kommt daher ohne zentrale Steuerung aus. Das ermöglicht modulare Systemarchitekturen und individuell gestaltbare Teilnetze. Safety Network International mit seinen Mitgliedsunternehmen veranstaltet auf der Messe das Forum Maschinensicherheit. In den Vorträgen wird unter anderem der neue Anwendungsbereich der Maschinenrichtlinie und deren Kernänderung erläutert, ebenso Ursachen und Ansätze zur Vermeidung von Manipulation an Schutzeinrichtungen sowie die Beurteilung von mechanischen Systemen im Umfeld der IEC 61508. Als ergänzender Themenbereich werden die Anforderungen an sichere Antriebslösungen aufgezeigt und ihre Bedeutung als wesentlicher Baustein für sichere Maschinen beschrieben.

Das Volumen der Sicherheitsbusse erreicht laut VDC gerade mal 5 % der genannten Marktzahlen, das sind rund 205 Mio. $ in 2008. Mit einem Anteil von 21,6 % dominiert „ASi Safety at Work“ derzeit unter den Sicherheitsbussen, gefolgt von DeviceNet Safety mit 19,8 %, Profisafe mit 19,2 %, Ethernet/IP Safety mit 18,1 % und Profinet Safety mit 14,6 %. Für 2013 prognostiziert VDC einen Zuwachs auf 568 Mio. $, von heute 363 Mio. $. Taylor erwartet, dass Ethernet/IP Safety mit einem Zuwachs von 6 % in diesem Zeitraum die Marktführerschaft übernimmt und Profinet Safety mit einem Plus von 2,2 % auf den dritten Platz kommt. ACHIM SCHARF

Hohe Bandbreiten erlauben Dienste im Parallelbetrieb

Von Achim Scharf

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