Sicherheits-SPS mit AS-i Schnittstelle optimiert Fertigungslinie

Ein über 70 m langer Schutzzaun Quick-Guard E verhindert das unbefugte Betreten des Gefahrenbereichs. Die Flexibilität des Gelenkarm-Portalroboters GL60 ermöglicht es, bestehende Werkzeugmaschinen sowohl durch die Fronttür als auch von oben zu beladen.

Aufgabe der Bearbeitungsanlage

Im Werkstückträgerstapel wird eine komplette Losgröße an Werkstücken in die Fertigungslinie eingebracht. Der Gelenkarm-Portalroboter entnimmt Werkstücke aus dem Rohteilstapel und belädt die Werkzeugmaschinen sowohl anforderungs- als auch prioritätsgesteuert.

Die Werkstücke werden vollkommen fertigbearbeitet im Fertigteilstapel abgelegt. Dieser wird nach dem Leerfahren der Anlage entnommen und ein neuer Werkstücktyp mit neuer Losgröße eingebracht. Dabei erreicht die neue Lösung von Jokab Safety durchgängig die höchste Sicherheitskategorie.

Gelenkarm-Portalroboter steigert Flexibilität und Produktivität

Die Gelenkarm-Portalroboter GL30 und GL60 von Fibro-GSA Automation GmbH transportieren Nutzlasten bis 60 kg inklusive Greifer in einem 6-dimensionalen Arbeitsbereich und vereinen die Vorteile von Arbeitsraum erweiternden Lineareinheiten mit modernster 6-Achs-Robotik für maximale Bewegungsmöglichkeiten bei kompakter Baugröße.

Durch die 6-Achs-Kinematik sind sie für alle Aufgaben prädestiniert, die komplexe Bewegungsabläufe erfordern und dabei wenig Raum für das Automatisierungssystem bieten. Je nach geforderter Ausrichtung des Arbeitsbereiches kann der Anbau des Roboters seitlich oder unter dem Portal hängend erfolgen.

Dieses Konzept wurde erstmals bei der Kaeser Kompressoren GmbH eingesetzt, wo man die durchgehende Fertigungsautomatisierung hochpräziser Werkstücke realisierte. Das Kernstück bildet dabei ein Gelenkarm-Portalroboter vom Typ GL60 in seitlicher Anbaulage an einem Linearportal mit einem Verfahrweg von 24 m Länge. Bewegt wird eine Gesamtlast von bis zu 45 kg einschließlich Greifer, bei einer maximalen Auslage von über zwei Metern und hoher Wiederholgenauigkeit.

Staufreies Beladen der Werkzeugmaschinen

Da die Bewegungsmöglichkeiten des Gelenkarm-Portalroboters eine Maschinenbeladung durch schmale Frontluken erlauben, konnte die Firma Kaeser Kompressoren in der Anlage auch Werkzeugmaschinen verwenden, die für die Beladung von oben durch herkömmliche Portalsysteme nicht geeignet wären. Der Gelenkarmportalroboter übernimmt in dieser Anwendung sowohl das Handling einzelner Werkstücke als auch das Umsetzen der Roh- und Fertigteilträger innerhalb der Anlage.

Diese Flexibilität wird durch den Einsatz eines Dockingsystems erreicht, das einen automatischen Greiferwechsel ermöglicht und somit maximale Variabilität im Teilehandling garantiert. Die Werkstücke werden in gestapelten Werkstückträgern in die Anlage eingeschleust. Der Roboter entnimmt Werkstücke aus dem Rohteilstapel und belädt die Werkzeugmaschinen.

Nach dem Durchlaufen eines mehrstufigen Fertigungsprozesses werden die Werkstücke komplett fertig bearbeitet im Fertigteilstapel abgelegt. Wurden alle Werkstücke aus einer Lage des Rohteilstapels entnommen oder eine Lage im Fertigteilstapel gefüllt, wechselt der Roboter den Teilegreifer gegen ein Transportgestell für die Werkstückträger aus, stapelt den Werkstückträger um und wechselt zurück zum Teilegreifer.

Mehrere klar abgegrenzte Schutzbereiche

Das Be- und Entladen der Werkzeugmaschinen erfolgt anforderungsgesteuert und prioritätsgestaffelt, wodurch man eine maximale Ausbringung auch bei typenspezifisch stark abweichenden Maschinenlaufzeiten erreicht. Auch das zusätzliche Ein- und Ausschleusen von Werkstücken über einen Inspektionsplatz ist möglich, ohne dass Teilestaus entstehen, da die Anlagensteuerung Stausituationen erkennt und gezielt beseitigt.

Die Gesamtanlage gliedert sich in mehrere durch Schutzeinrichtungen abgegrenzte Bereiche, die während des laufenden Betriebs vom Bediener aus der Verkettung genommen, betreten und wieder eingebunden werden können. So lassen sich beispielsweise Maschinenstörungen beheben, ohne den Automatikablauf unterbrechen zu müssen.

Die Zugangsanforderung erfolgt über Tastengehäuse an den Schutztüren, die über AS-i Safety at Work direkt mit der Sicherheitssteuerung verbunden sind. Hat der Roboter den angeforderten Bereich verlassen, wird dieser durch einen pneumatisch ausgefahrenen Sperrbolzen mechanisch gegen ein erneutes Einfahren des Roboters geschützt und der Türschalter durch die Sicherheits-SPS Pluto freigegeben.

Sensoren mit AS-i Safety at Work Schnittstelle
Sowohl die Türschalterstellung als auch die Endlagenüberwachung des Sperrbolzens und die Roboterposition werden über sichere Sensoren mit AS-i Safety at Work Schnittstelle direkt an die Sicherheits-SPS übertragen. Diese Art der Zugangssteuerung bietet zudem den Vorteil, dass man die Anlage während des Leer- bzw. Vollfahrens fließend auf einen neuen Teiletyp umrüsten kann und somit den Anlagenstillstand durch Rüstzeiten minimiert. Die hierfür normalerweise notwendige Hardware wird durch den Einsatz der Sicherheits-SPS Pluto von Jokab Safety drastisch reduziert und bietet zusätzlich maximale Flexibilität und Leistungsreserven für spätere Anpassungen.

Die berührungslosen Sensorpaare Eden bestehen aus dem aktiven, elektrisch verdrahteten Teil Adam und dem als Betätiger wirkenden Teil Eva. Der Sensor ist nur dann aktiviert, wenn Adam und Eva sich gegenüberstehen. Dabei gewährleistet die große Toleranz für Abstand und Versatz zwischen Adam und Eva eine völlig unproblematische Montage.

Der Sensor hat einen Schaltabstand von 0 bis 15 mm und arbeitet wartungs- und verschleißfrei. Dank des einzigartigen dynamischen Ein- und Ausgangssignals lassen sich bis zu 150 Sensoren mit einer Sicherheits-SPS Pluto einkanalig überwachen.

Fibro-GSA Automation GmbH plant und fertigt am Standort in Haßmersheim mit ihren 220 Mitarbeiter Automatisierungslösungen für einen weltweiten Kundenkreis, vorwiegend aus den Bereichen Automobilindustrie und Bearbeitungsmaschinen. Als Systempartner in allen Bereichen der Automatisierungstechnik bietet FIBRO-GSA Automation sowohl individuelle Komplettlösungen als auch Standardmodule aus einer Hand.

Der hohe Qualitätsstandard zeigt sich in der Zertifizierung nach DIN EN ISO 9001:2000 mit Erweiterung nach VDA 6, Teil 4 und der Umweltnorm ISO 14001. In den letzten 30 Jahren wurden in den verschiedensten Branchen in Europa und Übersee über 30000 Handhabungsgeräte, Industrieroboter und Anlagen, auf Basis des Baukastens installiert. Sie arbeiten seit Jahren zuverlässig im Schichtbetrieb und haben sich auch unter schwierigsten Umweltbedingungen bewährt. Die in Serie gefertigten Module stehen in mehreren Baugrößen für Transportlasten bis 3150 kg und darüber, mit Verfahrgeschwindigkeiten bis 6,5 m/s sowie mit Verfahrwegen bis 30 m und darüber zur Verfügung.

Leicht demontierbare Aluminium-Schutzumhausungen

Da die Produktionsanlagen gelegentlich erweitert oder innerhalb des Betriebs verlagert werden, kommt der leichten Demontierbarkeit des Schutzzauns eine große Bedeutung zu. Jokab Safety hat ein weiterentwickeltes Aluminium-Zaunsystem mit der Bezeichnung Quick-Guard E (Economy) auf den Markt gebracht. Es hat eine patentierte Gitter-Verriegelung, ein neues Wellengitter und neue U-Profile.

Mit der neuen Gitter-Verriegelung ist es sehr einfach, das Wellengitter mit dem Zaunpfosten zu befestigen. Horizontale Zwischenprofile zum Stabilisieren des Wellengitters sind nicht erforderlich. Das Wellengitter lässt sich mit einem einfachen Schneidwerkzeug mühelos auf die gewünschten Maße schneiden. Die Economy Abschnitte lassen sich mühelos zusammenbauen und auch im Winkel von 45° aufstellen.

AS-i Sicherheit im Pluto-System enthalten

Das Pluto AS-i Modul von Jokab Safety vereint die Funktionen des herkömmlichen AS-i Masters und AS-i Sicherheitsmonitors in einem einzigen Modul. Die Sicherheits-SPS Pluto AS-i kann Sicherheitsknoten sowie Steuerausgänge überwachen, insgesamt bis zu 31 sichere/nicht-sichere Knoten. Das neue Modul ermöglicht es auch, ein System auf herkömmliche Weise mit einem separaten AS-i Master zu überwachen. Bis zu 32 AS-i Plutos oder andere Pluto SPS-Ausführungen lassen sich über den Pluto CAN-Bus vernetzen.

Das Pluto AS-i Modul kann Informationen von den anderen Pluto Modulen und den an ihnen angeschlossenen Unfallschutzgeräten am Bus sicher auslesen. Das gesamte Sicherheitssystem kann mit dem Programmierwerkzeug „Pluto Manager“ mit vorgegebenen Sicherheitsfunktionsblöcken aus der Bibliothek programmiert werden. Das Pluto AS-i Modul hat auch 13 reguläre E/A. Vier davon können als sichere Analogeingänge arbeiten. Das Verdrahten und Anschließen von Sensoren an das Sicherheitssystem ist durch den Einsatz des AS-i Busses und der Knoten sehr leicht geworden.

Die ebenfalls eingesetzte Sicherheits-SPS Pluto B46-6 mit nur 90 mm Breite wurde entwickelt, um der Nachfrage nach einer kompakten Sicherheits-SPS mit mehr E/A gerecht zu werden. Sie hat insgesamt 46 E/A, 6 davon sind unabhängige Sicherheitsausgänge. Außerdem können 16 E/A wahlweise als Ein- oder Ausgänge benutzt werden, und 24 Eingänge sind für Unfallschutzgeräte und sonstige Sensoren bestimmt. Mit einem Gateway lassen sich Informationen zwischen einem Pluto-Netzwerk und anderen Bussystemen, wie Profibus DP, CAN-open, Devicenet und Ethernet, austauschen und somit größere Systeme schaffen.

Schlanke Sicherheits- und Erweiterungsrelais

Die nur 22,5 mm breiten Sicherheitsrelais BT50 und BT51T sind für den Anschluss von Unfallschutzgeräten, wie Not-Halt-Tastern, und zum Erweitern der Anzahl von Ausgängen bestimmt. Mit 4 zweifachen Schließern als Sicherheitsausgänge, Testeingang, vollständiger interner Überwachung und durch Verdrahtung wählbaren Verzögerungszeiten von 0 bis 1,5 Sekunden, ist das BT51T ziemlich einzigartig.

Der Testeingang dient zur Überwachung, dass Schütze oder Magnetventile abgefallen und wieder rückgesetzt sind, bevor ein Wiederanlauf zugelassen werden kann. Der Testeingang kann auch zum Starten verwendet und die Starttaste überwacht werden. Die vier Sicherheitsausgänge lassen sich durch entsprechende Beschaltung der Anschlüsse verzögern, falls die Maschine über ihre Software-Steuerung sanft gestoppt werden soll.

Positive Erfahrungen

David Wilder (29), Fertigungsingenieur bei Kaeser Kompressoren, und Peter Hülsebusch (27), Softwareingenieur bei Fibro-GSA Automation, sehen den wesentlichen Vorteil der modularen Sicherheitslösung vom schwedischen Hersteller Jokab Safety in der Einfachheit der Projektierung und Programmierung mit der kostenlosen Software Pluto Manager. Die Sicherheits-SPS Pluto mit AS-i Schnittstelle bietet hohe Flexibilität und sichere Kommunikation und sorgt durchgängig für die höchste Sicherheitskategorie 4.

Die beiden Automatisierungs-Spezialisten loben auch die kompetente Beratung, die leichte Erweiterbarkeit und die Diagnosefunktion. Dank der AS-i Schnittstellen verringert sich der Verkabelungsaufwand, und flexible Sicherheitskonzepte sind schnell und ohne größeren Hardware-Aufwand möglich. Außerdem ist der Platzbedarf im Schaltschrank äußerst gering.

Auch mit dem Zaunsystem Quick Guard E haben die beiden Automatisierungs-Spezialisten gute Erfahrungen gemacht, da es sich schnell und mühelos demontieren lässt. Vorteilhaft sind für sie auch die Zulassungen für Europa, Nordamerika und Asien.

Tobias Blickle ist Produktmanager für Sicherheitssteuerungen bei Jokab Safety Deutschland in Spaichingen