In Leverkusen befindet sich das Produktionswerk für Gummidichtungen der SFK Sealing Solutions. 22 Gummi-Spritzgießmaschinen mit zwischen 90 und 320t Schließkraft sorgen seit Jahrzehnten für die nötige Produktionsleistung. Nun war es an der Zeit, die Steuerungstechnik einer Verjüngungskur zu unterziehen, um in Bezug auf Handhabung und Verfügbarkeit die gewünschte Zukunftssicherheit zu gewährleisten. \“Dabei mussten wir im Sinne der aktuellen Maschinenrichtline die Sicherheitstechnik an die neuen Anforderungen anpassen\“, berichtet Jürgen Schwerdfeger aus der Fertigungsentwicklung. Zur Auswahl standen drei Möglichkeiten:
- fehlersichere Steuerung plus Kommunikation über Profisafe,
- modulares Sicherheitssystem mit ASIsafe-Kommunikation sowie
- modulares Sicherheitssystem mit klassischer Parallelverdrahtung und Profibus-Kommunikation zur Maschinensteuerung.
- ASIsafe ist einfach im Aufbau und über das CTT2-Protokoll gibt es die Möglichkeit, Diagnosedaten kostengünstig an die überlagerte Steuerung zu übertragen. \“Wir haben uns für die dritte Variante entschieden, weil der Gesamtaufbau mit Parallelverdrahtung für unseren Anwendungsfall besser passt und gleichermaßen erweiterte Steuerungs- sowie Diagnosefunktionen bietet.\“ Zentrale Komponente der neuen Sicherheitstechnik ist damit das modulare Sicherheitssystem Sirius 3RK3 von Siemens. An das Advanced-Basisgerät lassen sich rechts bis zu neun Erweiterungsmodule – fehlersicher oder Standard – anreihen. Für die Profibus-Kommunikation kann auf der linken Seite ein entsprechendes Zusatzmodul ergänzt werden. \“Dadurch erreichen wir für jede Maschine einen standardisierten Aufbau. Einerseits beschleunigt das die Umrüstung, andererseits profitiert die Instandhaltungsabteilung von der so gewonnenen Übersichtlichkeit\“, erklärt Schwerdfeger.
Hohe Schalthäufigkeit ist kein Problem
Entscheidend für das gewählte Umrüstkonzept war das Abwägen von Vor- und Nachteilen der drei Sicherheitslösungen. Vorausgegangen waren Tests, die die hohe Flexibilität und Leistungsfähigkeit der Variante bestätigten. Ein wesentlicher Aspekt war die Fähigkeit zur Systemdiagnose der Geräte. So werden beim modularen Sicherheitssystem Testimpulse nach einem bestimmten Algorithmus auf die Sensorik gegeben, um deren ordnungsgemäße Funktion zu bestätigen sowie einen eventuellen Querschluss bzw. Kurzschluss zu diagnostizieren. Schwerdfeger ergänzt: \“Nach den Vorgaben der Schalthäufigkeit normaler Sicherheitsschaltgeräte hätten wir diese vermutlich alle zwei bis drei Jahre austauschen müssen.\“ Denn die überwachten Schutztüren werden in der Gummidichtungsherstellung häufig geöffnet und geschlossen. \“Wir verwenden grundsätzlich nur elektronische Ausgänge, dann bekommen wir gemäß ISO13849-1 keine Probleme mit der Schalthäufigkeit der Sicherheitstechnik.\“ Die Nothalttaster und überwachten Türkontakte plus Verriegelung werden direkt auf das modulare Sicherheitssystem verdrahtet. Die Instandhaltung ist in der Lage, einfach und selbstständig ein Fehlerbild zu lokalisieren und wenn notwendig schnell zu beheben. Programmiert wird mithilfe der Software Safety ES von Siemens, wobei sich die Einstellungen über einen USB-Adapter oder per Profibus-Kommunikation auf das Gerät übertragen lassen. Das Sicherheitsprogramm wird auf einen steckbaren, wiederbeschreibbaren Speicherbaustein geladen. Im Servicefall lässt sich dieser einfach nach unten abziehen, in das neue Gerät einstecken und die Sicherheitstechnik arbeitet weiter.
Komplexe Sicherheitskreise in der Software
Es gibt zahlreiche Eingänge, die sich zweikanalig verdrahten lassen, um den Performance Level PLe gemäß ISO13849-1 zu erreichen. In der Software lassen sich die Ein- und Ausgänge komfortabel zu komplexen Abschalt- und Freigabekreisen verschalten. \“Mit reiner Hardwareverdrahtung wäre ein solcher Funktionsumfang nicht darstellbar gewesen\“, bekräftigt Schwerdfeger. In Bezug auf Platzbedarf, Kosten und Installationsaufwand bietet die moderne Lösung ebenfalls Vorteile gegenüber konventionellen Sicherheitssystemen, die viele unterschiedliche Einzelmodule erfordern. Das bedeutet mindestens einen Tag mehr Verdrahtungsaufwand und mehr Planungszeit. Ebenso wichtig war auch der um die Hälfte reduzierte Platzbedarf des Systems. Die gesamte Modernisierungslösung ist nämlich auf zwei Trägerplatten montiert, die sich über jeweils vier Schrauben schnell im Schaltschrank fixieren lassen. Auf Platte 1 befinden sich CPU plus Analogtechnik, auf Platte 2 ist die digitale Peripherie plus Sicherheitstechnik montiert. Geschützt wird die Lösung mithilfe der elektronischen Sicherung Sitop PSE 200U von Siemens für vier Verbraucherabzweige pro Modul. Diese Schutzgeräte für 24V-Abzweige lassen sich selektiv einstellen und reagieren zeitnah. Sie ersetzen damit Schmelzsicherungen und ermöglichen das zuverlässige Überwachen der Sicherheitsschaltgeräte bezüglich Überlast und Kurzschluss. Dabei lässt sich jeder Ausgang über Potentiometer zwischen 0,5 und 3A bzw. 3 und 10A fein einstellen. Ein Fern-Reset von zentraler Stelle aus ist damit ebenfalls möglich.
Einfacher Anschluss an eine Steuerung
Anwender können das modulare Sicherheitssystem über die Steuerung direkt anfahren. In dem standardisierten Aufbau für das Retrofit der Gummi-Spritzgießmaschinen kommt eine Simatic S7-1500 mit der CPU 1516-3 PN/DP zum Einsatz. Sie besitzt zwei Ethernet-Schnittstellen, eine für Profinet-Basisfunktionen und eine für die Profinet-I/O-Kommunikation. Über die zusätzliche Profibus-Schnittstelle erhält die Steuerung Diagnosemeldungen des Sicherheitssystems ohne zusätzlichen Programmieraufwand. Das Erstellen besonderer Funktionsbausteine ist dabei nicht nötig, die Daten lassen sich vom Anwender direkt aus dem Prozessabbild der Eingänge abgreifen. Aufgrund der 64Bit-Datenpakete in Sende- und Empfangsrichtung lassen sich auch Zusatzfunktionen im modularen System verarbeiten wie z.B. das Quittieren über das HMI oder das Schalten der Hydraulikpumpe in der Zentralhydraulik. Die hydraulische Druckerzeugung lässt sich ohne großen Aufwand mit in die Sicherheitstechnik integrieren: Beim Öffnen der Schutztür schaltet das Sicherheitsventil, das sich direkt hinter der verstellbaren Druckpumpe befindet, fehlersicher ab und entlastet die Hauptdruckleitung in den Tank. Die Schaltstellung des Ventils wird digital ins Sicherheitssystem zurückgeführt. Zusätzlich ist es möglich, die Pumpe direkt aus der Steuerung ein- bzw. auszuschalten.
