Mehr Sicherheit durch die Steuerung

Schutzabdeckungen und -zäune gehören zum gewohnten Erscheinungsbild einer Werkzeugmaschine. Jedoch können sie nicht jede Gefährdung des Bedieners verhindern. Denn bei vielen Tätigkeiten ist es unumgänglich, in den Maschinenraum einzugreifen – sei es zum Laden oder Einrichten, um die Maschine zu warten oder sie zu reparieren. Die Maschine während dieses Zeitraums komplett stillzulegen, ist häufig nicht möglich, weil sich bei manchen Arbeiten die Spindeln und Achsen zumindest langsam bewegen lassen müssen.

Gesetzliche Vorschriften und Normen regeln, welche Schutzvorkehrungen der Maschinen- und Anlagenbauer zu treffen hat. Eine spezielle integrierte Funktion – bei CNC-Steuerungen von Fanuc GE heißt sie Dual Check Safety – unterstützt die Sicherheit aktiv. Im Gegensatz zu passiven Sicherheitsmechanismen (angebaute mechanisch/elektronische Bauteile) sind aktive Mechanismen in das Steuerungssystem der Maschine eingebaut. Das heißt, Dual Check Safety überwacht sowohl den Zugang zur Maschine als auch alle Bewegungen, welche die Maschine ausführt. Die Funktion vergleicht die aktuellen Ist-Geschwindigkeiten und Ist-Positionen der sich bewegenden Maschinenteile (Achsen und Spindeln) mit den Geschwindigkeits- und Positionsdaten, die in vor unerlaubtem Zugriff geschützten Sicherheitsparametern gespeichert sind. Bei Bedarf und im Notfall setzt sie die Maschine still. Um 100%ige Sicherheit zu gewährleisten, muss die Steuerung gewisse Voraussetzungen erfüllen. Basis der aktiven Sicherheit ist die Redundanz des Systems, die hard- und softwareseitig gegeben sein muss. Für die Steuerung bedeutet das eine grundsätzlich zweikanalige Überwachung der Maschine, bei der die Positionen und Geschwindigkeiten von Achsen und Spindeln im Millisekundenbereich gemessen werden. Diese Daten müssen unmittelbar mit den erlaubten Vorgaben verglichen werden, um bei Abweichungen einen so genannten Kategorie-1-Stopp einzuleiten, bei dem die Antriebe stromlos geschaltet werden.

Fanuc GE bietet sein Dual Check Safety System schon seit der CNC-Steuerungsgeneration 16i/18i/21i Model B an. Mit den Serien 30i/31i/32i hat der CNC-Anbieter jedoch das Dual Check Safety flexibler ausgerichtet und zusätzlich die Inbetriebnahme vereinfacht. Edgar Weiter, Spezialist für Sicherheitstechnik bei Fanuc GE CNC Europe, erklärt: „Diese Steuerungen besitzen eine Standard-SPS, die auf einer eigenen CPU läuft. Auf der CNC-CPU ist eine weitere SPS integriert, die wir auch als Sicherheits-SPS bezeichnen. Dadurch ist die Redundanz hardwareseitig über zwei getrennte Prozessoren gegeben, die ihre jeweiligen Daten gegeneinander prüfen. Softwareseitig sind wir mit dieser Lösung sehr flexibel geworden, da sich jede Achse und jede Spindel separat programmieren lässt.“ Fanuc GE stellt dafür Rahmenprogramme zur Verfügung, die das Konfigurieren der SPS erleichtern. Ist die Struktur auf der Standard-SPS erstellt, lässt sie sich in den Grundzügen auf die Sicherheits-SPS übertragen. So bleibt der Aufwand für die Inbetriebnahme von Dual Check Safety gering.

Dadurch, dass sich einzelne Achsen und Spindeln zur Überwachung freischalten lassen und die Logik vom Maschinenhersteller selbst definiert werden kann, lassen sich in der Maschine verschiedene Sicherheitszonen festlegen. Je nachdem ob die Tür für den Werkzeugwechsel, für den Werkstückwechsel oder zum Arbeitsraum geöffnet wird, ist es möglich, die betroffenen Achsen separat zu überwachen. Auch diverse andere Wünsche, wie zum Beispiel das Abschalten von Hilfsantrieben oder das Absenken von Schutzvorrichtungen, lassen sich in der Logik hinterlegen. Damit sind der Komplexität der überwachten Maschine keine Grenzen gesetzt. Zudem ist im Dual Check Safety der Serie 30i/31i/32i die Anzahl der frei programmierbaren Ein-/Ausgänge auf jeweils 64 angewachsen, für deren Datentransport neben dem HSSB (High Speed Serial Bus) auch der Profibus eingesetzt werden kann.

Für Edgar Weiter ist die Möglichkeit zur Betriebshaltüberwachung ein besonderes Highlight: „Bis dato hatten wir die Überwachung der Achsen an das Öffnen der Tür gekoppelt und ausschließlich durch eine Geschwindigkeitsüberprüfung gelöst. Dazu nimmt die Steuerung in einem 4-ms-Zeitraster die Achsposition auf und rechnet selbst minimale Veränderungen auf eine Zielgeschwindigkeit hoch. Das heißt, dass bei nur einem Puls eine Zielgeschwindigkeit von 15 mm/min errechnet wird, was bei einer Vorgabe von beispielsweise 10 mm/min vorschnell einen Alarm auslöst. Bei der Betriebshaltüberwachung in den CNC-Steuerungen der Serie 30i wird die Achsposition geprüft. Die CNC überwacht sicher, dass das gesetzte Positionsfenster nicht nach rechts oder links überschritten wird. Erst dann würde ein Sicherheitsalarm ausgelöst werden.“

Eine wichtige Funktion in Dual Check Safety ist der „Sichere Spindelstopp“, die ein sicheres Drehen der Spindel von Hand ermöglicht. Sei es, um bei einer Drehmaschine das Werkstück zu inspizieren, bei einer Fräsmaschine das Werkzeug zu begutachten oder bei einer Schleifmaschine anzufunken. Ein Plus an Komfort bieten die Diagnoseseiten der CNC-Steuerung 30i. Sie ermöglichen dem Anwender einen Blick auf den Zustand der Standard- sowie der Sicherheits-SPS und zwar auf alle freiprogrammierten Ein-/Ausgänge. So kann er den Signalzustand auf beiden Seiten kontrollieren und bei Bedarf l in die Logik eingreifen. Von Vorteil sind die neuen Diagnoseseiten auch für den Abnahmetest der Maschine. Durch die übersichtliche Darstellung und die Ausgabe der Geschwindigkeiten in mm/min anstatt units/s lassen sich die gesetzten Grenzgeschwindigkeiten ohne zusätzliche Rechenarbeit überprüfen.

Wolfgang Klingauf Fachjournalist, Augsburg

Sicheres Drehen der Spindel von Hand möglich