Industrielle Kommunikation

Sicherheit in der Kunststoffverarbeitung

Opensafety

Kunststoffmaschinen werden immer komplexer und zunehmend modular gebaut. Beides verlangt nach Steuerungssystemen mit schnellen und umfassenden Sicherheitsreaktionen. Idealerweise werden die sicherheitsrelevanten Daten über den meist vorhandenen schnellen Systembus ausgetauscht. Alle sicherheitstechnischen Anforderungen erfüllen soll das Sicherheitsprotokoll Opensafety.

Maschinen für die Serienproduktion von Kunststoffteilen arbeiten typischerweise automatisch im Nonstop-Betrieb. Angesichts der meist hohen Kosten für Konstruktion und Herstellung der oft komplexen Werkzeuge, müssen Stückzahlen und Qualität der erzeugten Produkte hoch und die Produktionszyklen kurz sein. Um diese Ziele zu erreichen, treibt der Kunststoffmaschinenbau seit Jahren Innovationen auch bei der Automatisierung aktiv voran. Er gilt auf vielen Gebieten als Vorreiter, indem er Neuerungen entwickelt, die generell Einzug in die Automatisierungstechnik halten.

Eine dieser Neuerungen war zum Beispiel der servoelektrische Antrieb. In den Maschinen üben die Bewegungsachsen enorme Kräfte aus, deshalb wird beim Antrieb auf hydraulische Lösungen zurückgegriffen. Um gleichzeitig jedoch die Energieeffizienz zu erhöhen, wird der Mediendruck nicht permanent aufrechterhalten, sondern bedarfsorientiert. Dafür kommen Servomotoren zum Einsatz. Zudem werden Maschinen zunehmend komplett mit elektrischer Antriebstechnik ausgestattet. Die Maschinen zeichnen sich so durch eine höhere Energieausbeute, Präzision und Steuerbarkeit aus.

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Sicherheit ist unverzichtbar
Die Anzahl der Bewegungsachsen in Kunststoffmaschinen ist bereits hoch und steigt weiter. Speziell in Spritzgießmaschinen tragen dazu die immer komplexer werdenden Werkzeuge mit ihren zahlreichen Kernzügen bei. Die Arbeitsgeschwindigkeit solcher Maschinen ist häufig so hoch, dass die darin ablaufenden Prozesse mit bloßem Auge kaum noch zu erkennen sind. Zudem werden die Größenklassen von Kunststoff-Spritzgießmaschinen umgangssprachlich in Tonnen-Schließkraft angegeben. Die Notwendigkeit von Einrichtungen für den Arbeitsschutz liegt daher auf der Hand.

Voraussetzungen für die Installation busintegrierter Sicherheitstechnik sind ideal. Kunststoffmaschinen sind zwecks Synchronisation ihrer zahlreichen Antriebe durchweg mit schnellen ethernetbasierten Feldbussystemen ausgestattet. Deshalb sind hart verdrahtete Sicherheitsschaltungen rar geworden. Die großen und mit hohen Geschwindigkeiten bewegten Massen erfordern besonders kurze Anhaltewege. Verzögerungsfrei einsetzende und schnell wirkende sicherheitsgerichtete Reaktionen sind oberstes Gebot.

Reaktionszeit ist entscheidend
Mit dem Sicherheitsprotokoll Opensafety werden sicherheitsrelevante Nachrichten per Black Channel über den Systembus kommuniziert und sorgen für extrem kurze Anhaltewege und schnellen Wiederanlauf. Durch Integration der Sicherheitstechnik direkt in Servoantriebe und -motoren kann die Reaktionszeit des Systems auf wenige Millisekunden reduziert werden.

"Das verbessert den Arbeitnehmerschutz und erhöht gleichzeitig die Produktivität an der Maschine", sagt Stefan Schönegger, Geschäftsführer der Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG). "Die geringeren Bremswege erlauben es, die Sicherheitsabstände zu reduzieren und damit den Footprint der Maschine zu verringern oder die zulässigen Geschwindigkeitslimits bei Betrieb mit Safely Limited Speed hinaufzusetzen."

Die sicher begrenzte Geschwindigkeit ist eine von zahlreichen intelligenten Reaktionsoptionen, zu denen Opensafety-Antriebe mit integrierter Sicherheitslogik befähigt. Diese Antriebe sind häufig die bessere Alternative zum einfachen Not-Halt, da sie eine sichere Interaktion zwischen Mensch und Maschine ermöglichen, Wiederanlaufzeiten verkürzen und somit die Produktivität der Maschine steigern.

Modulare Konzepte unterstützen
Der Trend zu vollständigen Automatisierung des Gesamtprozesses prägt alle Branchen des Maschinenbaus, so auch den Kunststoffmaschinenbau. Dort wird bereits seit längerem das Handling der angelieferten Rohstoffe und der fertigen Produkte flexibel in die Automatisierungslösung integriert. Handling-Geräte werden ebenso als optionale Module an der Hauptmaschine angedockt wie Sägen zum vorschubsynchronen Ablängen von Rohren oder Profilen nach der Extrusion.

Opensafety unterstützt den Aufbau modularer Maschinenkonzepte durch virtuelle Verdrahtung über das Netzwerk. Ohne die aufwändige Verdrahtung von Not-Aus-Ketten können fertige Maschinenteile inklusive sicherer Antriebe einfach angeschlossen und automatisch parametriert werden. Auf diese Weise kann eine Sicherheitssteuerung bis zu 200 sichere I/Os und Antriebe flexibel ansprechen.

Als einziges Sicherheitsprotokoll ist Opensafety nach Entwicklerangaben völlig offen, und das in zweierlei Hinsicht: Opensafety liegt als Open-Source-Software vor und kann daher von Geräte- oder Systemherstellern ohne Lizenzkosten, ohne Kauf bestimmter Hardware und ohne rechtliche Hürden einfach, rasch und kostengünstig implementiert werden. Vor allem aber kann das System die Technologie über jeden Feldbus abwickeln. Module und periphere Maschinen können so einfach in ein gemeinsames Sicherheitskonzept eingebunden werden, und zwar auch dann, wenn sie mit einem von der Hauptmaschine abweichenden Bussystem ausgestattet sind, zum Beispiel weil sie ein anderes Steuerungsfabrikat verwenden.

"Maschinen, die in der Kunststoffindustrie zum Einsatz kommen, sollen bei maximaler Produktionsgeschwindigkeit und unter Eliminierung jeglicher Stillstandszeiten absolut flexibel sein", sagt Schönegger. "Opensafety unterstützt mit Herstellerunabhängigkeit und hoher Performance diese Aspekte und ist daher bevorzugter Standard für die sichere Kommunikation."

Der Beitrag basiert auf einem Manuskript von Peter Kemptner, freier Journalist.

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