Opto-Elektronik

Opto-Elektronik

Vielfältige Sicherheitslösungen für Industrieroboter

Wie sichert man die Gefahrenbereiche von Industrierobotern am besten ab? Auf diese Frage gibt es viele Antworten – und zahlreiche Baureihen von Sicherheitsschaltgeräten und -steuerungen, die exakt für diesen Anwendungsfall entwickelt bzw. angepasst wurden.

1. Optoelektronische Schutzeinrichtungen erlauben den Verzicht auf Schutztüren. (Quelle: Schmersal)
2. Der Not-Aus-Taster aus dem Bedienfeld-Programm BDF lässt sich einfach am Zutritt zum Gefahrenbereich montieren.   (Quelle: Schmersal)
3. Zweihandbedienpulte unterstützen den Bediener beim Einrichtbetrieb von Industrierobotern. (Quelle: Schmersal)

Es ist ein gewohntes Bild in der industriellen Produktion: Ein Roboterarbeitsplatz oder eine komplette, robotergestützte Fertigungslinie sind von einem Schutzzaun umgeben. Schutztüren innerhalb der Umzäunung ermöglichen den Zugang in den Gefahrenbereich für Service- und Reinigungszwecke. Zur Absicherung der Schutztür werden Sicherheitsschalter oder, häufiger noch, Sicherheitszuhaltungen verwendet.

Diese Art der Absicherung von Roboterarbeitsplätzen hat sich bewährt, und sie erfüllt die einschlägigen Richtlinien und Normen – aber ist sie in jedem Anwendungsfall auch die beste Lösung? Es gibt auch Alternativen. Deshalb sollte der Konstrukteur, zu dessen Aufgaben die Auswahl von Schutzeinrichtungen gehört diese Frage in jedem Einzelfall prüfen.

Freie Sicht dank Optoelektronik

Wenn nur der Zutritt des Bedieners in den Gefahrenbereich verhindert werden soll, kann zum Beispiel eine opto-elektronische Schutzeinrichtung die Funktion des Schutzzauns übernehmen. Sicherheitsvorhänge und Sicherheitslichtgitter schaffen die Voraussetzung für freie Sicht auf den Prozess und auch für höhere Flexibilität zum Beispiel bei der Teilezuführung.

Wenn in solchen Fällen – je nach Ergebnis der Risikoanalyse – ein Not-Aus-Taster am Gefahrenbereich angebracht werden muss, empfiehlt sich ein Gerät aus der BDF-Baureihe im Schmersal-Programm. Der BDF 100 lässt sich einfach an den gängigen Profilen von Umhausungen und Schutzzäunen installieren.

Beim Einsatz von opto-elektronischen Schutzeinrichtungen kann der Konstrukteur eine Unterscheidung von Mensch und Material realisieren und damit die Flexiblität der Fertigungszelle steigern. Möglich wird das durch Funktionen wie Muting, Blanking und Floating Blanking: Wenn ein Bediener dann in den Gefahrenbereich hineingreift, veranlasst die Schutzeinrichtungen den sofortigen Stopp der gefahrbringenden Bewegung. Zu bearbeitende Bauteile hingegen können in den Gefahrenbereich hinein bzw. aus ihm heraus gefördert werden, ohne dass der Roboter gestoppt wird.

Seilzugnotschalter für Roboterzellen

Wenn sich Bediener zeitweise in einer Roboterzelle aufhalten, ist der Einsatz von Sicherheitsschaltmatten zur Bereichsabsicherung sinnvoll. Solange der Bediener auf der Schaltmatte steht und sich somit im Gefahrenbereich befindet, wird ein Start des Roboters verhindert.

Bei der Absicherung von großen Schutztüren an Roboterzellen und Produktionslinien kann ein Seilzugnotschalter die Funktion eines „umlaufenden“ und damit immer schnell erreichbaren Not-Aus-Tasters übernehmen.

Für das Einrichten von Maschinen und Anlagen gibt es besondere Sicherheitsvorschriften, weil hier oft mit geöffneter Schutztür (und, zum Beispiel, verringerter Geschwindigkeit der gefahrbringenden Bewegungen) gearbeitet wird. Bei dieser Aufgabe kann der Einsatz von Zweihandbedienpulten sinnvoll sein – obwohl sie ursprünglich für die Bedienung von Pressen und anderen Anlagen der Umformtechnik entwickelt wurden. Mit ihrer Hilfe lassen sich die Sicherheitsfunktionen, die beispielsweise einen Roboterbetrieb bei geöffneter Schutztür verhindern, gezielt und sicherheitsgerichtet überbrücken.

Diverse Optionen für den Schutzzaun

Wenn der Schutzzaun mit Schutztür die Schutzeinrichtung der Wahl ist, weil zum Beispiel der Bediener vor Teilen geschützt werden muss, die der Robotergreifer beim Handling loslässt, gibt es wiederum diverse Optionen. Sinnvoll ist beispielsweise eine Kombination von Sicherheitsschaltgerät und Bedienfeld an der Schutztür. Die Komponenten lassen sich leicht montieren und an die individuellen Anforderungen anpassen, und die Bedienelemente sind genau dort, wo sie ergonomisch und mit Blick auf den Prozess bedienen lassen. Außer dem Not-Aus-Taster kann zum Beispiel eine Reset-Taste für den Wiederanlauf, ein Betriebsartenwahlschalter und/ oder ein Leuchtmelder ins Bedienfeld integriert werden.

Ergonomisch und bedienerfreundlich

Die Schutztüren sind in der Regel durch Sicherheitszuhaltungen abgesichert, die den Bediener auch vor gefährlichen Nachlaufbewegungen schützen. Hier stehen verschiedene ergonomische und montagefreundliche Baureihen zur Verfügung, die sich gut in die Umgebungskonstruktion integrieren lassen. Neben den bewährten elektromechanischen Systemen können berührungslos wirkende Sicherheitszuhaltungen zum Einsatz kommen, bei denen die nötige Zuhaltekraft elektromagnetisch erzeugt wird. Bei dieser und auch anderen aktuellen Baureihen kommunizieren der Schalter und der zugehörige Betätiger per RFID miteinander. Das erlaubt zum Beispiel die Übertragung von service-relevanten Signale und auch die frühzeitige Meldung von Schutztürversatz. Bei der Signalauswertung hat der Konstrukteur ebenfalls große Auswahl. Das Spektrum reicht von Sicherheitsrelaisbausteinen über parametrierbare Sicherheitskompaktsteuerungen mit vorkonfigurierten Funktionsmodulen bis zu voll ausgebauten Sicherheitssteuerungen. Mit der Auswahl einher geht die Frage, wie die sicherheitsgerichteten und betriebsmäßigen Signale weitergeleitet werden. Hier gibt es diverse Konzepte und Protokolle, Stichworte sind „Safety integrated/Safety separated“, Sicherheitsfeldboxen, Sicherheitsbussysteme und OPC UA. Alles ist möglich – der Konstrukteur entscheidet. Und sollte dabei nicht nur die normenkonforme Sicherheit, sondern auch die bestmögliche Integration der Sicherheitsfunktionen in die Produktionsabläufe im Blick berücksichtigen.

Programmierbare Sicherheitssteuerungen

Durch den wahlweise zentralen oder dezentralen modularen Aufbau lassen sich die Sicherheitssteuerungen der Produktreihe Protect PSC1 von Schmersal exakt an die jeweilige Aufgabenstellung anpassen. Ihr Einsatzgebiet liegt insbesondere in modernen Fertigungssystemen und Einzelmaschinen mit komplexem Aufbau. Dabei ist über sie eine softwarebasierte Konfiguration individueller Schutzsysteme möglich. Ein Kommunikationsinterface unterstützt gängige Standard-Feldbussysteme und ermöglicht die sichere Querkommunikation via Ethernet Safety Master to Master Communication (SMMS) und sichere Remote-I/Os über Ethernet Safety Device to Device Communication (SDDC). Die Sicherheitssteuerungen der Reihe Protect PSC1 ermöglichen darüber hinaus eine sichere Signalverarbeitung von Not-Aus-/Not-Halt-Befehlsgeräten, Schutztürüberwachungen, Sicherheitslichtgittern sowie Sicherheitssensoren. Optional ist es auch möglich, zusätzliche nicht-sichere Diagnosesignale über ein Standardbussystem an eine Automatisierungssteuerung weiterzuleiten. Damit können auch Signale ausgewertet werden, die für die Vermeidung von Stillstandszeiten beziehungsweise die Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit relevant sind.

Von der Hardware in die Software

Ein Langzeittrend in der Maschinensicherheit ist die Verlagerung von Sicherheitsfunktionen aus der Hardware in die Software. Ein sehr gutes Beispiel dafür liefert die Absicherung von Robotern. Ursprünglich mussten Schutzzäune so stabil gebaut sein, dass sie Einschlägen des Roboterarms standhalten. Inzwischen haben die Schutzzäune oft nur die Aufgaben, den Bediener am Zugang in den Gefahrenbereich zu hindern und ihn vor herausfliegenden Teilen zu schützen.

Der Roboter selbst ist mit einer inhärenten Sicherheitsfunktion ausgestattet, die kontinuierlich die Position und Geschwindigkeit des Roboterarms erfasst. Sobald der Arm an den Rand des definierten Arbeitsbereiches gelangt, wird ein sofortiger Stopp der Bewegung veranlasst. Seit mehr als zwanzig Jahren treibt Schmersal diese Entwicklung voran – gemeinsam mit namhaften Roboterherstellern. Damit wurde auch eine wichtige Voraussetzung für aktuelle Robotik-Trends wie Kollaboration und Kooperation geschaffen.

Technische Logistik 04/2021 PDF-Download (1.74 MB)