Sicherheitstechnologien sind beispielsweise im Bereich der Hubarbeitsbühnen bereits etabliert – nicht zuletzt, da viele Vorgaben bereits seit Jahren in der Norm EN280 definiert sind. Denn hohe Sicherheitsansprüche werden im Bereich mobiler Maschinen insbesondere an solche Maschinen gestellt, die Personen befördern. Mobilkrane hingegen wurden bisher als \’Lastenträger\‘ gesehen, sodass hier andere Voraussetzungen und geringere Sicherheitsanforderungen bestanden. Aber auch im Bereich der Mobilkrane zielt die Weiterentwicklung der Maschinenrichtlinien mittlerweile immer mehr darauf ab, höhere Sicherheitslevels zu realisieren. Denn auch wenn keine Personen befördert werden, so besteht bei einem Kippen der Maschine doch eine erhebliche Personengefährdung. Deshalb wird es für Kranhersteller immer wichtiger werden, Sicherheitsstrukturen in ihren Maschinen zu realisieren. Dies betrifft insbesondere die Maschinensteuerung, über die alle Funktionen des Krans gesteuert und kontrolliert werden.
Ziel: Maximale Reichweite bei maximaler Last
Sinn und Zweck von Maschinensteuerungen im Bereich der Mobilkrane ist es, die maximale Reichweite des Krans in allen möglichen Positionen und bei höchstem Lastgewicht sicher nutzen zu können. Um dies zu erreichen, stellt die Abstützung der Maschine eines der entscheidenden Kriterien dar. Denn je besser ein Kran abgestützt ist, umso höher und weiter kann das Teleskop ausgefahren werden, ohne in eine kritische Situation zu geraten. Dafür ist es wichtig, den tatsächlichen Ist-Zustand der Stützen zu ermitteln, um dementsprechend die Reichweite berechnen zu können. Denn bisher wurde die Abstützung häufig komplett manuell eingegeben oder zumindest bestätigt. Anhand dieser Werte rechnete die LMB (Lastmomentbegrenzung) entsprechend das Lastmoment des Krans aus, also wie weit der Teleskoparm bei welcher Last in welcher Position ausgefahren werden darf. Eine zweite Möglichkeit ist die Nutzung von Endschaltern, die an jeder Stütze angebracht werden und automatisch erfassen, ob die Stützen ausgefahren sind. Diese Lösung ist für den Bediener komfortabler, da er die Werte nicht mehr händisch eingeben muss. Dabei kann aber nur ein komplettes Ausfahren der Stütze erfasst werden. Kann die Stütze beispielsweise auf begrenztem Raum nur halb ausgefahren werden, kann dies mit Endschaltern nicht erfasst werden. Das System berechnet dementsprechend das Lastmoment für eingefahrene Stützen, was wiederum bedeutet, dass nicht die tatsächliche maximale Ausfahrweite errechnet wird. Neuerdings werden vermehrt lineare Messsysteme eingesetzt, um die Ausfahrweite der Stützen zu erfassen. Dies kann ein Seilzugsensor sein. Erfüllt dieser die Anforderung an die funktionale Sicherheit, entfällt die entsprechende Bestätigung des Bedieners. Die Maschinenrichtlinien verweisen hier zumeist auf die EN13849 und fordern Performancelevel d.
Sicherheit durch Redundanz
PLd-Anforderungen können auch mit einer Struktur nach Kategorie 2 erfüllt werden. Vorteile bietet allerdings eine Kategorie-3-Struktur. Dabei sorgt eine gedoppelte, redundante Systemarchitektur für eine zuverlässige Fehlererkennung. Durch diese \’doppelte Überprüfung\‘ wird die Funktionsfähigkeit der Maschinensteuerung sichergestellt und ein sicherer Einsatz des Mobilkrans ermöglicht. In den ersten Jahren der Automatisierung mobiler Maschinen wurden dafür insbesondere analoge Systeme eingesetzt, die mit jeweils gedoppelten Komponenten, also beispielsweise zwei Neigungssensoren und zwei Controllern, zur Überwachung der Neigung arbeiteten. Dies erfüllte zwar die Anforderungen an die funktionale Sicherheit, der Aufwand war jedoch groß. Mit der digitalen Datenübertragung wurde der Aufwand verringert. Dabei erfolgt die Kommunikation über den CAN-Bus, sodass der Verkabelungsaufwand deutlich verringert wird und auch nachträglich weitere Komponenten hinzugefügt werden können. Vorteil dieser Struktur ist, dass CANopen störsicher, echtzeitfähig und bei Bedarf einfach erweiterbar ist. Behält man einen Kategorie-3-Aufbau der Steuerung bei, eröffnen sich flexiblere Möglichkeiten: So lassen sich CANopen -Safety-Sensoren und redundante Sensoren leicht gemeinsam integrieren. Beim Einsatz von CANopen-Safety-Sensoren (PLd), sowie bei der Verdopplung von CANopen-Sensoren genügt ein einziger CAN-Bus. Der Quervergleich der Sensorwerte, der in den redundanten Controllern durchgeführt wird, erfüllt die Anforderungen an die funktionale Sicherheit PLd. Beide Sensorkanäle hängen dabei an dem gleichen Bus, aber senden ihre Nachrichten mit zwei unterschiedlichen Node-IDs. Da so eine zuverlässige Fehlererkennung gewährleistet ist, gilt diese Struktur als PLd-konform. Außerdem lässt sich damit eine viel größere Freiheit in der Sensorauswahl erreichen. Denn sowohl zwei normale, einkanalige Sensoren oder redundante CANopen-Sensoren wie auch CANopen Safety-Sensoren können hier problemlos mit eingebunden und kombiniert werden. Solche redundanten Steuerungssysteme sind in der Automatisierung von Hubarbeitsbühnen in verschiedensten Ausführungen bereits häufig im Einsatz, um den entsprechenden Anforderungen an die funktionale Sicherheit gerecht zu werden und haben sich in der Praxis durch ihre Zuverlässigkeit bewährt.
Funktionale Sicherheit mit Moba
Moba bietet ein großes Produktprogramm, das die entsprechenden Anforderungen an die funktionale Sicherheit erfüllt. Redundante Controller und Neigungssensoren gehören dazu, aber auch spezialisierte Sensoren zur sicheren Lasterfassung und ein Ultraschallsystem mit Sender/Empfängerprinzip zur berührungsfreien Stützbreitenerfassung. Auch im Bereich Bedieneinheiten hat sich Moba einen Namen gemacht. Ein modulares, CAN-Bus-basierendes Bedienkonzept, das bereits mit dem Red Dot Design Award ausgezeichnet wurde, bietet die Möglichkeit, individuelle Bedieneinheiten je nach Anforderung zu gestalten. Hier kommt auch der neue, berührungslos arbeitende Joystick zum Einsatz, der vor eindringender Feuchtigkeit geschützt ist und sogar unter Wasser arbeitet.
