Wenn es um die Umsetzung modularer Maschinenarchitekturen geht, sollte dies ohne Kompromisse geschehen. Nur dann lässt sich das dem Konzept innewohnende Einsparpotenzial ausschöpfen. Doch die Realität zeichnet ein anderes Bild. Schon die Verfügbarkeit der verschiedenen Automatisierungskomponenten in der für effiziente Modularisierung notwendigen Schutzart IP65 zeigt dem Maschinenbauer erste Grenzen auf. Damit nicht genug: Sollen in den dezentral organisierten mechatronischen Modulen auch sicherheitstechnische Funktionen zur Verfügung stehen, wird der modulare Gedanke schnell im Keim erstickt.

Seit geraumer Zeit unterstützt die Steuerungstechnik von B&R den Trend zur Dezentralisierung, und zwar mit dem modularen I/O-System X20/X67, mit dem sich auf einfache Weise Steuerungsinseln realisieren lassen. Gleiches gilt für die Antriebstechnik. Das Antriebssystem Acoposmulti steuert Servo-, Torque- und Linearmotoren und gilt daher als universelle Lösung für jede Automatisierungsaufgabe im Maschinenbau. Insbesondere in Maschinen mit vielen Achsen, beispielsweise für die Kunststoff-, Verpackungs-, Druck- oder Textilbranche, bringt die Antriebslösung eine hohe Wirtschaftlichkeit.

Eine der Hauptaufgaben für modulare Maschinenarchitekturen ist die Definition der Schnittstellen. Mit dem sicherheitstechni-schen Aspekt wird sie zur unüberwindbaren Hürde. Hier schafft die Netzwerk basierende Sicherheitstechnik von B&R systembedingt elegante Lösungen, deren schlanke Struktur sich sowohl in der Hardware als auch in der Software wiederfindet.

Mehr Schutz und Produktivität

Bei dem von B&R gewählten Ansatz treten Nachteile wie längere Fehlerreaktionszeiten nicht auf. Im Gegenteil: Auch bei dezentralen Aufgabenverteilungen erreicht diese, für die Sicherheit so wichtige Kenngröße, in der B&R-Antriebstechnik mit SafeMC (Safe Mo-tion Control) einen Wert von 7 ms.

Warum aber ist dieser Wert so entscheidend für die Auswahl der Sicherheitstechnik? Systembedingt weisen traditionelle Sicherheitsschaltungen mit Abschaltrelais gewisse Reaktionszeiten auf, die sich mit der Schrecksekunde von Autofahrern vor der Notbremsung vergleichen lassen. Typischerweise beträgt die Fehleraufdeckungs- und Reaktionszeit, z.B. bei Überschreitung der sicheren, zulässigen Geschwindigkeit im Einrichtbetrieb, etwa 70 ms. Ist der Fehler durch eine falsche Sollwertvorgabe aus dem Steuerungssystem verursacht, kann der Antrieb in dieser Zeit voll beschleunigen, ehe die gebräuchliche Drehmomentfreischaltung und eine gegebenenfalls zusätzlich aktivierte Kurzschlussbremsung einsetzen. Das hat Auswirkungen auf die Energie, mit der ein Hindernis getroffen wird, und verlängert damit den Gesamt-Anhalteweg. Zur Aufrechterhaltung des geforderten Sicherheitsniveaus muss daher die zulässige Geschwindigkeit entsprechend niedrig angesetzt werden.

Auf eine neue Basis stellt B&R die Berechnung von Anhaltewegen und Aufprallenergie, denn die netzwerkfähige Sicherheitsbaugruppe in den Antriebsgeräten Acoposmulti mit SafeMC überwacht ständig das korrekte Verhalten des Motors. Diese lokale Überwachung reduziert die Fehlerreaktionszeit auf maximal 7 ms, was dem Motor weniger als ein Zehntel der bisher üblichen Zeit lässt, um im Fehlerfall zu beschleunigen und gefährlichen Schwung zu holen. Da die kinetische Energie und mit ihr der Reaktionsweg mit dem Quadrat der Geschwindigkeit steigt, kommt es zu einer Reduktion dieser beiden kritischen Kenngrößen auf ein 1/100 gegenüber den hergebrachten Lösungen. Je nach Priorität können durch die Reduktion dieser Kenngrößen und der damit einhergehenden geringeren Bremswege Sicherheitsabstände reduziert und damit die Abmessungen der Maschine verringert und/oder die zulässigen Geschwindigkeitslimits bei Betrieb mit Safely Limited Speed (SLS) hinaufgesetzt werden.

Projektierungskosten senken

Sämtliche Acoposmulti-Wechselrichter mit SafeMC fügen sich nahtlos in die SafeLogic-Sicherheitssteuerung von B&R ein und sind mit dem SafeDesigner in der Entwicklungsumgebung Automation Studio projektier-bar. Durch die zentrale Parametrierung der SafeMC-Komponente und das elektronische Typenschild im Motor wird die Neuparametrierung im Wartungsfall erleichtert und beschleunigt. Protokollierung und Passwortschutz machen Wartungseingriffe nachvollziehbar.

Ein wesentlicher Vorteil der B&R Integrated Safety Technology ist der Entfall der doppelten Verdrahtung und externer Überwa-chungsmodule für die Sicherheitstechnik. Der Datentransport findet per virtueller Verdrahtung in einem eigensicheren Protokoll namens openSafety über das Powerlink-Bussystem statt – dies sorgt für eine unkomplizierte Datenkommunikation mit dem Steuerungssystem und schließt zugleich Rückwirkungen verlässlich aus.

Modulare Maschinenarchitekturen profitieren in besonderer Weise von der Netzwerk basierenden virtuellen Verdrahtung. Ohne die aufwändige Verdrahtung von Not-Halt-Ketten und Sicherheitssteuergeräten können fertige Maschinenteile inklusive sicherer Antriebe einfach angeschlossen werden. Dabei steuert nur eine SafeLogic bis zu 80 sichere Antriebe mit der bis 120 kW reichenden Acoposmulti-Produktfamilie flexibel an.

Ob Schaltschrank basierende IP20- oder schaltschrankferne IP65-Wechselrichter, alle profitieren von den Energieoptionen der Acoposmulti-Serie. Dazu gehört die Power-Faktor-Korrektur, die den Anschlusswert bzw. die Stromaufnahme der Maschine deutlich reduziert, ebenso wie eine konstante Zwischenkreisspannung zur bestmöglichen Ausnutzung der Wechselrichterbaugruppen und Motoren. Alle aktiven Leistungsversorgungsmodule verfügen über die Fähigkeit zur Rückspeisung der Bremsenergie ins Stromnetz. Speziell die IP65-geschützten Wechselrichter Acoposmulti65 und Acoposmulti65m leisten ihren Beitrag zur Vereinfachung modularer Architekturen und deren Inbetriebnahme. Die Verkabelung der Wechselrichter untereinander erfolgt in einer Li-nienstruktur mit nur einem einzigen Hybridkabel für Versorgungsspannung, Zwischenkreis und Powerlink sowie die sichere Drehmomentabschaltfunktion Safe Torque Off (STO). Neben dieser bedrahteten Sicherheitsfunktion werden künftig wie bei den Acoposmulti für den Schaltschrank optional auch die netzwerkgängigen Safe-MC-Funktionen STO, SBC, SOS, SS1, SS2, SLS, SMS, SLI, SDI und SLP angeboten.

Sicher in die Zukunft

Immer mehr Maschinenbauer stehen vor der Herausforderung, auch Roboter, also Module mit seriellen bzw. parallelen Kinematiken, in ihre Architektur zu integrieren. Für solche Aufgaben entwickelte B&R die sichere offene Transformation mit Funktionen wie SLS am Tool Center Point (TCP). Mit dieser Sicherheitsfunktion lassen sich Teach- und Parametrierfunktionen stellungsunabhängig und effizient umsetzen, auch im Beisein des Anwenders. B&R stellt somit ein Netzwerk basierendes, voll integriertes Sicherheitssystem inkl. Antriebs-Sicherheitsfunktionen bis hin zur Robotik bereit und ermöglicht die Steigerung von Maschineneffizienz und -produktivität bei gleichzeitig erhöhter Arbeitssicherheit.

DER AUTOR Alois Holzleitner, Business Manager Motion bei der Bernecker + Rainer Industrie-Elektronik Ges.m.b.H. (B&R) in Eggelsberg/A ( www.br-automation.com )