Sicherheit für fahrerlose Transportmittel

Vollautomatisiert, autonom, effizient und sicher: Im Material Handling trägt Automatisierung seit Jahrzehnten zur Prozessverbesserung bei. Ob in Häfen und Flughäfen, in Logistikzentren und auf Baustellen oder im Bergbau – mobile Plattformen, fahrerlose Transportsysteme (FTS) und kollaborative Roboter nehmen Menschen anstrengende Arbeiten ab und erfüllen dabei hohe Sicherheitsstandards.

Zu den branchenübergreifenden Vorreitern in diesem Bereich gehören Hafenbetreiber: Sie haben schon lange erkannt, dass die Vollautomatisierung der Be- und Entladeprozesse von Containerschiffen nicht nur Mitarbeitende entlastet, sondern auch Effizienz- und Sicherheitsvorteile bringt. Auch in anderen Branchen kommen schon heute Systeme zum Einsatz, die vollautomatisiert und autonom agieren und so die Logistik vereinfachen.

Smarte Sicherheitssensorik

Ob FTS, Roboter oder Hafenkran: Für einen sicheren Betrieb, der weder den Mitarbeitenden noch den transportierten Gütern oder der Infrastruktur schaden kann, müssen Transportsysteme in ihrer Umgebung künftig noch dynamischer, aber auch weiterhin funktional sicher reagieren können. Dafür kommen bislang Sicherheitssensoren wie Laserscanner zum Einsatz, die Kollisionen vermeiden sollen.

Vollautomatisierte Transportsysteme sind schon heute untereinander und mit einer zentralen Leitwarte vernetzt. Meist fehlt es aber noch an dynamischer Sicherheit. Über in die Infrastruktur eingebettete RFID-Sensoren und GPS-Lokalisierung wissen sie genau, an welchem Ort im Raum sie sich befinden. Mit dieser Information ausgestattet, sollen FTS künftig auf Hindernisse und mögliche Fehler in drahtloser Kommunikation flexibler reagieren können, ohne unnötig direkt in Sicherheitsstopps zu gehen. Beim Auftreten kleinster Hürden müssen sie deshalb nicht sofort sicherheitsgerichtet die Notbremse ziehen. Stattdessen entscheiden sie fallweise, ob ein Sicherheitsstopp angemessen ist oder der Betrieb mit einer reduzierten Geschwindigkeit fortgesetzt werden kann.

Balance von Produktivität und Sicherheit

Sicherheitsgerichtete Produkte von ABB sollen FTS in Zukunft zu genau diesen Fähigkeiten verhelfen. Schon heute umfasst das Portfolio sämtliche Assets, die ein sicheres, intelligentes Material Handling unterstützen können:

• Steuerung (AC500-S Safety SPS)
• Offener Feldbusstandard (Profinet/Profisafe) mit funktional sicherer Fließkommaberechnung und Strukturiertem Text (ST) mit trigonometrischen Funktionen
• HMIs, Bedienfelder für sichere Aktionen
• Antriebe mit integrierter funktionaler Sicherheit
• Sicherheitsrelais und Schütze
• Roboter mit integrierter Sicherheit
• Sicherheitssensorik

Die Produkte von ABB für funktionale Sicherheit können für einfache Aufgaben ebenso zum Einsatz kommen wie in Umgebungen, die strenge und komplexe Anforderungen stellen. Da das Unternehmen alle Assets aus einer Hand bietet, können sich für Anwender mehrere Vorteile ergeben: Durch die Erfüllung sehr hoher Anforderungen an die Maschinensicherheit (bis SIL3/PLe) sollen Sicherheit und Konformität gewährleistet sein. Durch sicher begrenzte Geschwindigkeit von Maschinen anstatt eines Sicherheitsstopps sollen sich reduzierte Ausfallzeiten und erhöhte Produktivität ergeben. Ein integriertes Sicherheitspaket soll die Komponentenkosten, das Engineering und den Platzbedarf senken und zu niedrigen Gesamtkosten führen. Einfache Tools mit grafischer Benutzeroberfläche und die offene Kommunikation über Profinet/Profisafe sollen zudem hohe Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit bieten.

Ob im Hafen, im Tagebau oder auf der Baustelle: Prozesse werden immer dynamischer – mit entsprechenden Anforderungen an die Flexibilität der Anlagen. Smart Safety von ABB soll auch Betreiber unterstützen, die häufige Änderungen an ihrer Infrastruktur vornehmen müssen, indem es schnelle Anpassungen an neue Produktionsbedingungen ermöglicht, etwa Änderungen der Anzahl mobiler Maschinen.

Verbessertes Material Handling

Im Hafen werden FTS immer häufiger für den Transport von Containern eingesetzt. Diese Lösung bietet gegenüber der bisher manuellen Bedienung von Transportmaschinen erhebliche betriebliche Vorteile: So ist der Arbeitsbereich eines smarten FTS durch RFID-Responder und lokale GPS funktional sicher abgegrenzt – Kollisionen mit anderen Fahrzeugen, Containern oder gar Menschen können so sicher vermieden werden. Mit einer zusätzlichen GPS-basierten Positionierung der Fahrzeuge sorgen zwei Signalquellen (RFID-Responder und lokale GPS) redundant für die funktional sichere Positionierung. Auch fahrerlose Hafenkräne und Straddle-Carrier bieten im vollautomatischen Betrieb weiteres Potenzial für reduzierte Kosten. Nur in Ausnahmesituationen greift ein Operator zentral von einer Leitwarte aus ein.

Auch auf unbemannten Ölplattformen müssen Kräne autonom arbeiten und Remote-Zugriff ermöglichen. Mit Smart Safety soll nicht nur Predictive Maintenance einfach möglich sein, sondern auch die funktional sichere Vibrationsüberwachung etwa von Getrieben und Bremsen. Die fehlersichere Vibrationsüberwachung soll die Anwendungssicherheit verbessern, Unfälle vermeiden und so auch zu Kostenersparnissen führen, etwa durch geringere Versicherungsbeiträge.

Selbst auf der Baustelle kommen aufgrund von Personalmangel und wachsender Sicherheitsanforderungen vermehrt Roboter zum Einsatz, etwa für das Errichten von Rohbauten. Mauerroboter können Ziegel schneller und genauer verlegen als menschliche Mitarbeiter. Um die funktionale Sicherheit der Maschinen zu gewährleisten, müssen ihnen jedoch enge Grenzen auferlegt werden, etwa in Form von Sicherheitszonen. Smart Safety soll auch hier helfen können, die Prozesse zu verbessern: Wenn Baustellenroboter Seite an Seite mit dem Personal arbeiten können, steigt das Potenzial zur Kollaboration und sowohl automatisierte als auch händische Vorgänge laufen schneller ab.

Die Zukunft des Material Handling

In kritischen Umgebungen hat die Sicherheit der Prozesse oberste Priorität. Smart-Safety-Lösungen von ABB zeigen, dass Betreiber auch bei hohen Anforderungen an die funktionale Sicherheit keine Kompromisse in der Produktivität eingehen müssen: Ausgestattet mit smarter Sensorik kann eine sichere Umsetzung von Antriebs- und SPS-Funktionen die Effizienz erhöhen. Durch flexible Hardware und Software sind Anwender auch auf dynamische Betriebsentwicklungen vorbereitet und können ihre Assets an alle Anforderungen anpassen.

Neben der Produktivitätssteigerung durch variabel sicher begrenzte Geschwindigkeiten, sichere Positionsüberwachung und Kollisionsvermeidung profitiert auch die Kollaboration zwischen Mensch und Maschine und von Maschinen untereinander von offener, drahtloser (5G, WLAN, usw.) und sicherheitsgerichteter und von der sicheren Fernbedienung per HMI. Smart Safety soll das Dilemma von Betreibern lösen, zwischen Sicherheit und Effizienz abwägen zu müssen – indem sie beides zu einem leistungsfähigen System vereint.

• Umfassende sichere Kommunikation über Profinet/Profisafe, etwa zu Antrieben, Drehgebern, Remote I/Os einschließlich mehrere Controller-Controller-Verbindungen
• Indoor- und Outdoor-Betrieb auch in rauen Umgebungen: Temperaturbereiche von -40 bis +70°C, hohe Schock- und Vibrationsresistenz
• Sichere, effiziente Mensch/Roboter-Kollaboration mit SafeMove2 und sicheren I/Os
• Failover-Safety vermeidet Kommunikationsfehler und überbrückt Ausfälle in der drahtlosen Kommunikation
• Fehlersichere Zustandsüberwachung wie sicherheitsgerichtete Vibrationsüberwachung ermöglicht Predictive Maintenance und den sicheren Zustand der Maschine
• Sicherheitsgeber und -module erhöhen die Sicherheit im Antrieb durch sicher begrenzte Geschwindigkeit, sicher begrenzte Position und weitere Sicherheitsfunktionen
• Touchpanels und andere HMIs für sichere Bedienaktionen
• Zuverlässige Abschätzung der Geschwindigkeit mit Sicherheitsoptionsmodulen im Antrieb

Umfassende sichere Kommunikation über Profinet/Profisafe, etwa zu Antrieben, Drehgebern, Remote E/As einschließlich mehrere Controller-Controller-Verbindungen

Indoor- und Outdoor-Betrieb auch in rauen Umgebungen: Temperaturbereiche von -40 bis +70 Grad Celsius, hohe Schock- und Vibrationsresistenz

Sichere, effiziente Mensch/Roboter-Kollaboration mit SafeMove2 und sicheren E/As

Failover-Safety vermeidet Kommunikationsfehler und überbrückt Ausfälle in der drahtlosen Kommunikation

Fehlersichere Zustandsüberwachung wie sicherheitsgerichtete Vibrationsüberwachung ermöglicht Predictive Maintenance und den sicheren Zustand der Maschine

Sicherheitsgeber und -module erhöhen die Sicherheit im Antrieb durch sicher begrenzte Geschwindigkeit, sicher begrenzte Position und weitere Sicherheitsfunktionen

Touchpanels und andere HMIs für sichere Bedienaktionen

Zuverlässige Abschätzung der Geschwindigkeit mit Sicherheitsoptionsmodulen im Antrieb