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Die Maschinensicherheit sollte von vorneherein in die Maschinen und Anlagen „hineinkonstruiert“ sein. Bild: Schmersal Gruppe
Manipulationsschutz

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Vor Manipulationen schützen

Text: Christian Heller, Schmersal Gruppe
Die ISO 14119 verlangt für Sicherheitsschalter verbesserten Manipulationsschutz und höhere Kodierungsstufen. Der Maschinenbetreiber fordert Vernetzungsfähigkeit, Flexibilität und Funktionalität. Bei der Wahl der Sicherheitstechnologie ist daher Sorgfalt geboten.

Im April 2015 ist eine neue Maschinensicherheits-Norm in Kraft getreten: Die DIN EN ISO 14119 enthält Leitsätze für die Gestaltung und Auswahl von „Verriegelungseinrichtungen in Verbindung mit trennenden Schutzeinrichtungen“. Eine wesentliche Neuerung darin ist, dass das Regelwerk den Konstrukteur dabei unterstützt, Manipulationsanreize zu erkennen und zu verhindern. Denn mit der Manipulation von Schutzeinrichtungen ist ein nicht zu unterschätzendes Sicherheitsrisiko verbunden. Laut Studien, etwa der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, kommt es in etwa einem Drittel der jeweils befragten Unternehmen zu Manipulationen an den Schutzeinrichtungen von Maschinen. Als Grund für dieses Verhalten nennen die Befragten häufig die zeitliche Optimierung von Arbeitsabläufen.

Manipulationsanreize vermindern

Kodierte Sicherheits-Schaltgeräte lassen sich nicht oder nur mit erheblichem Aufwand manipulieren. „kodiert“ heißt: Ähnlich wie bei jedem Türschloss gibt es für die Schaltgeräte-Baureihe jeweils eine größere Anzahl von möglichen „Betätigern“, die in verschiedenen Kodierungsstufen erhältlich sind und so ausgelegt werden können, dass jeweils nur ein einziger Betätiger mit dem Schaltgerät als Gegenstück harmoniert. Es besteht dann nicht die Möglichkeit, dass sich ein Bediener einen separaten Ersatzbetätiger beschafft, diesen in den Sicherheitsschalter einführt und damit die Maschine bei geöffneter Schutztür betreiben kann. Um dem Konstrukteur die Auswahl der Sicherheits-Schaltgeräte zu erleichtern, gibt es bei der ISO 14119 die Klassifizierung der Sicherheitsschalter, -sensoren und -zuhaltungen in vier verschiedene Bauarten: unkodierte und kodierte elektromechanische Geräte der Bauart 1 und 2 sowie elektronische Geräte der Bauart 3 und 4.

Bei den kodierten Geräten wird jeweils zwischen drei Kodierungsstufen unterschieden: gering (1 bis 9 Kodierungsmöglichkeiten), mittel (10 bis 1.000) und hoch (über 1.000). Entsprechend der Norm hat Schmersal seine Baureihen der elektromechanischen Sicherheitsschalter AZ16 und AZ17 sowie der elektromechanischen Sicherheitszuhaltungen AZM161 und AZM170 überarbeitet: Die Geräte gibt es nun auch als individuell kodierte Ausführungen mit über 1.000 unterschiedlichen Kodiervarianten. Gemäß ISO 14119 haben sie damit die Kodierstufe „hoch“.

Individuelle Kodierung von Sicherheitssensorik

Die Weiterentwicklung der Technik hat dazu geführt, dass aus den elektromechanischen Schaltgeräten mechatronische Systemkomponenten geworden sind. Mit Hilfe der Elektronik steht generell eine höhere individuelle Kodierungsvielfalt und -flexibilität zur Verfügung. Die von Schmersal entwickelte Sicherheitssensorik auf RFID-Basis (Radio Frequency Identification), die unter anderem bei den Sicherheitssensoren der Baureihen RSS16, RSS36, RSS260 sowie bei den Sicherheitszuhaltungen AZM300 und AZM400 zum Einsatz kommt, erlaubt auch eine individuelle Kodierung der Betätiger. In der Grundversion dieser Gerätebaureihen akzeptiert der Sensor jedes geeignete Target der RSS-Familie. Eine zweite Ausführung für verschärften Manipulationsschutz reagiert nur auf ein individuell zugeordnetes Target. Der Anlernvorgang lässt sich beliebig oft wiederholen. Schließlich gibt es noch eine dritte Variante für höchsten Manipulationsschutz, die nur dasjenige Target akzeptiert, das beim erstmaligen Einschalten eingelernt wurde. Hier ist die Zuordnung von Sensor und Target also irreversibel.

Zwei Beispiele für die neuere Generation an RFID-Sicherheitszuhaltungen sind der AZM300 und AZM400: Der AZM300 ist mit einem kreuzförmigen Zuhaltesystem ausgerüstet, das ein universelles Anfahren von drei Seiten erlaubt. Damit kann ein und dasselbe Modell für Drehtüren mit Links- und Rechtsanschlag sowie gleichermaßen auch für Schiebetüren verwandt werden. Dadurch ist er flexibel einsetzbar. Da der AZM300 anders als die meisten herkömmlichen Zuhaltungen über keinen Einfuhrschlitz verfügt, sondern der Kontakt von Betätiger und Zuhaltung außerhalb des kompakten und gekapselten Gerätegehäuses stattfindet, ist er besser zu reinigen und eignet sich deshalb für hygienesensible Anwendungen wie Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinen.

Der AZM400 eignet sich aufgrund der hohen Zuhaltekraft von 10.000 Newton speziell für große Schutztüren, die diese Bolzenzuhaltung auch unter ungünstigen Bedingungen zuverlässig sperrt und entsperrt. Damit gewährleistet er ein hohes Maß an Maschinenverfügbarkeit. Die neuartige Eingangsbeschaltung zur Ansteuerung der Zuhaltefunktion erlaubt es, den AZM400 an sämtliche bekannte Sicherheitssteuerungen anzuschließen. Dazu sind keine unterschiedlichen Ausführungen notwendig.

Die Kombination von Mechanik und Sensorik in den Sicherheitszuhaltungen mit integrierter RFID-Technologie bietet eine Reihe von Vorteilen. Die RSS-Sensorik erkennt beispielsweise einen Versatz der Schutztür und kann frühzeitig ein entsprechendes Signal aussenden. Damit wird ein ungeplanter Stillstand an der Maschine oder Anlage vermieden. Außerdem können die Sicherheitsschaltgeräte in sicherheitsgerichtete Kommunikationsnetzwerke wie etwa das Bussystem AS-Interface Safety at Work integriert werden.

Ebenfalls möglich ist die Übertragung der nicht sicherheitsgerichteten Informationen mittels eines Gateways über Standardfeldbusse zum Beispiel für Diagnosezwecke. Solche Möglichkeiten der Vernetzung, die der Maschinenbauer immer häufiger wünscht und einsetzt, werden angesichts der aktuellen Diskussion um Industrie 4.0 stärker nachgefragt.

Sicherheitsfunktionen individuell anpassen

Auch die moderne sichere Steuerungstechnik, wie etwa die Sicherheitssteuerung PSC1 von Schmersal, hat eine hohe Flexibilität und ermöglicht ganzheitliche Systemlösungen für Maschinensicherheit. Mit ihrer programmierbaren Elektronik lassen sich die Sicherheitsfunktionen an den individuellen Anwendungsfall anpassen. Kernkomponenten dieses Steuerungssystems sind zwei frei programmierbare Kompaktsteuerungen (PSC1-C-10 und PSC1-C-100). Beide verfügen in der Basisversion über 14 sichere Eingänge (bis PLe nach ISO 13849 beziehungsweise SIL 3 nach IEC 61508), vier sichere Halbleiterausgänge, zwei sichere Relaisausgänge, zwei Meldeausgänge und zwei Pulsausgänge für kontaktbehaftete Sensorik.

Zu den Ausstattungsmerkmalen, die für die Kompaktsteuerungen entwickelt wurden, steht optional ein universelles Kommunikationsinterface zur Verfügung. Es erlaubt die einfache Auswahl und Konfiguration verschiedener Feldbusprotokolle per Software. So kann der Anwender über eine einheitliche Hardware-Plattform eine Verbindung zu allen gängigen Feldbussystemen aufbauen. Das optional integrierbare SD-Bus-Gateway erlaubt den Anschluss von bis zu 31 Sicherheitssensoren mit erweiterten Diagnosefunktionen. Die Diagnoseinformationen der einzelnen Sensoren werden über eine „1-Kabel-Lösung“ an die Betriebssteuerung übertragen. Das verringert den Verkabelungsaufwand und den Platzbedarf im Schaltschrank und erfüllt den Wunsch vieler Hersteller und Anwender von Maschinen nach schneller Diagnose in einem Fehlerfall.

Sicherheitsrelaisbausteine sind eine platzsparende, kostengünstige Technik zum Auswerten von Sicherheitssignalen. Die neue TÜV-zertifizierte Baureihe Protect SRB-E von Schmersal hat den Vorteil, dass mit acht Basisvarianten ein breites Anwendungsspektrum abgedeckt wird. Denn jeder Baustein ist für bis zu elf verschiedene Anwendungen über ein leicht zu handhabendes Bedienelement konfigurierbar.

Beratung bei der Wahl von Schutzeinrichtungen

Für die optimale Integration der Sicherheitsvorrichtungen in die Prozesse ist es in jedem Fall geboten, die Sicherheit nicht im Nachhinein in die Maschinen „hinein zu konstruieren“. So fordert auch die EU-Maschinenrichtlinie eine „inhärent sichere Konstruktion“. Pflicht des Konstrukteurs ist es deshalb, nicht nur die einschlägigen Richtlinien und Normen zu kennen, sondern bereits bei der Konzeption von Maschinen und Anlagen die Schutzeinrichtungen so einzuplanen, dass sie Manipulationsanreize vermeiden und stattdessen zu einer höheren Produktivität der Prozesse beitragen. Bei dieser Aufgabe erhalten die Hersteller und Betreiber Unterstützung vom Geschäftsbereich tec.nicum, der Dienstleistungssparte von Schmersal. Zertifizierte Functional Safety Engineers beraten bei der Auswahl der geeigneten Schutzeinrichtung, unterstützen bei der CE-Konformitätsbewertung und führen sicherheitstechnische Analysen vorhandener Maschinen unter Einbindung von Risiko- und Gefährdungsbeurteilungen durch.

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