Smart Process Gating

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Zutrittskontrolle von Gefahrenbereichen. Um Gefahrenbereiche vor unbefugtem Zutritt zu schützen und gleichzeitig Materialtransport sicherzustellen, hat Leuze electronics das Smart Process Gating entwickelt. Mit dem Verfahren sind Schutzfeld-Überbrückungen zusätzliche Muting-Sensoren möglich.

In Handling- und Montageanlagen befinden sich oft Gefahrenbereiche, die gegen unbefugten Zutritt gesichert werden müssen. Gleichzeitig soll jedoch ein Materialtransport in den Gefahrenbereich hinein und aus diesem Bereich heraus erfolgen. Beispiele für solche Anlagen finden sich in derIntralogistik, der Automobil- und der Verpackungsindustrie.

Das Smart Press Gating schützt Gefahrenbereiche vor Unbefugten, ermöglicht aber Materialtransport. (Bilder: Leuze)

In der Praxis werden diese Anforderungen durch optoelektronische Schutzeinrichtungen gelöst, die an den Ein- und Ausschleuse-Stationen installiert sind. Diese Schutzeinrichtungen müssen so ausgelegt sein, dass sie die Annäherung des Transportguts an das Schutzfeld erkennen und dann das Schutzfeld temporär überbrücken. Damit wird eine störungsfreie Durchfahrt des Transportguts gewährleistet. Das Schutzfeld darf jedoch nur bei Annäherung des Transportguts überbrückt werden – der Zugang für Personen muss verhindert werden. Bislang waren für die Erkennung des Transportguts– und damit auch zur Unterscheidung von Personen – zusätzliche Sensoren erforderlich. Diese werden auch als Muting- Sensoren bezeichnet. Das Smart-Process-Gating-Verfahren erfüllt die genannten Anforderungen, ohneden Einsatz zusätzlicher Sensoren.

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Zwei Steuersignale

Das Smart Process Gating (SPG)-Verfahren basiert auf Typ-4-Sicherheits-Lichtvorhängen der Leuze electronic Baureihe MLC 500. Es ist in der Variante MLC 530 SPG realisiert. Im Grundprinzip nutzt das SPG-Verfahren zwei Steuersignale:Das erste Signal (CS Control Signal) wird von der Anlagensteuerung (SPS) bereitgestellt. Das zweite Signal (PFI, Protective Field Interruption) wird bei der Unterbrechung des Schutzfeldes vom Sicherheits-Lichtvorhang selbst erzeugt.

Um das Schutzfeld des Sicherheits-Lichtvorhangs für die Durchfahrt des Transportguts zu überbrücken, wird beim SPG kurz vor der Einfahrt in das Schutzfeld das erste Schaltsignal (CS) von der Prozesssteuerung an den Sicherheits-Lichtvorhang gesandt. Der Zeitpunkt muss so eingestellt sein, dass sich das Transportgut näher als 200 Millimeter vor dem Schutzfeld befindet. Dies ist notwendig, um das Durchschlüpfen von Personen auszuschließen. Das SPG-Verfahren setzt daher Kenntnis über die Position des Transportguts voraus, damit die nötigen SPS-Steuersignale im richtigen Zeitfenster am Sicherheits-Lichtvorhang vorliegen. Der Sicherheits-Lichtvorhang erzeugt bei der Einfahrt in das Schutzfeld das zweite Signal (PFI). Dies startet die Überbrückung des Schutzfelds. Die Überbrückung endet nach einer festen Zeit t, nachdem das Transportgut das Schutzfeld wieder verlassen hat.

Nachdem die Anlagensteuerung das Schaltsignal (CS) an den Sicherheits-Lichtvorhang gesendet hat, muss die Einfahrt des Transportguts in das Schutzfeld innerhalb von vier Sekunden (t1) erfolgen. Bei Einfahrt erzeugt der Sicherheits-Lichtvorhang das zweite Signal (PFI) und startet damit die Überbrückung des Schutzfeldes (Gating). In der Grundeinstellung muss die Durchfahrt des Transportguts innerhalb von zehn Minuten (t4) erfolgen, ansonsten geht der Empfänger des Sicherheits-Lichtvorhangs in den Verriegelungszustand. Alternativ kann bei Bedarf eine Timeout-Verlängerung bis zu 100 Stunden aktiviert werden, um Stillstände während eines Schichtwechsels oder über ein Wochenende ohne Verriegelung der Abläufe zuzulassen.

Beispiel einer Anwendung für Betriebsart mit Fördergeschwindigkeit bis 0,6 Meter pro Sekunde.

Beim Ausfahren des Transportgutes aus dem Schutzfeld setzt der Sicherheits-Lichtvorhang das  von ihm erzeugte Signal (PFI) zurück, sobald das Transportgut das Schutzfeld verlässt. In Abhängigkeit von der gewählten Betriebsart wird das Schutzfeld dann nach ein oder zwei Sekunden (t2) vom Sicherheits-Lichtvorhang wieder eingeschaltet und die Zugangssicherung ist wiederaktiviert.

Anwendungsoptimierte Betriebsarten

Zur Anpassung an unterschiedliche Anwendungsbereiche arbeitet das SPG-Verfahren in zwei Betriebsarten. Diese sind im Sicherheits-Lichtvorhang MLC 530 SPG implementiert. Die erste Betriebsart ist für Geschwindigkeiten bis maximal 0,6 Meter pro Sekunde ausgelegt und kommt vor allem bei Anwendungen in der Intralogistik zum Einsatz. Die integrierte Filterzeit von einer Sekunde erlaubt, dass während der Durchfahrt des Transportguts die Lichtstrahlen des Lichtvorhangs für ein Zeitfenster von bis zu einer Sekunde freie Sicht haben dürfen, also nicht durch das Transportgut unterbrochen werden. Damitsind auch Lücken im Transportgut zulässig, wie sie beispielsweise bei der Beladung einer Palette entstehen können, ohne dass der Gating-Prozess beendet wird. Nachdem das Transportgut das Schutzfeld verlassen hat, wird die Schutzfunktion nach einer Sekunde wieder aktiviert.

Auch beim Ausfahren des Transportguts aus dem Schutzfeld muss sichergestellt werden, dass zwischen Transportgut und Schutzfeld keine Lücke entsteht, die größer als 200 Millimeter ist (um ein Eindringen von Personen zu verhindern). Für den Fall, dass sich das Transportgut innerhalb der Wieder-Aktivierungszeit von einer Sekunde mehr als 200 Millimeter vom Schutzfeld fortbewegt, kann das Gating mit der Funktion „Abbruch durch Steuerung“ vorzeitig beendet werden. Dies geschieht durch Zurücksetzen des CS-Sginals.

Innerhalb von 0,1 Sekunden (t2) nach Rücksetzen des CS-Signals wird das Gating beendet und die Schutzfunktion ist wieder aktiviert. Diese zweite Betriebsart ist auf geringere Fördergeschwindigkeiten bis 0,2 Meter pro Sekunde optimiert, wie sie im Automotive-Umfeld auftreten. Bei geringen Geschwindigkeiten ist es möglich, dass der Förderprozess innerhalb kürzester Zeit zum Stillstand kommt. Da das SPG-Verfahren erwartet, dass spätestens vier Sekunden nach Aktivierung durch das Steuersignal (CS) das Schutzfeld unterbrochen wird, hat diese Betriebsart die Zusatz-Funktion „Qualifizierter Stopp / Neustart“. Sie erlaubt, eine eingeleitete SPG-Sequenz innerhalb der vier Sekunden gezielt zu unterbrechen (qualifizierter Stopp) und anschließend neu zu starten. So kann auch bei einem schnellen Stopp der Prozess ohne Störung weiter betrieben werden.

Anforderungen an eine sichere Lösung

Die Integration einer SPG-Anwendung in eine Anlage ist sicherheitstechnisch als Systemlösung zu betrachten. Diese entsteht im Zusammenspiel von Sicherheits-Lichtvorhang, Anlagensteuerung und mechanischen Elementen. Hierzu benötigt der Anlagenbauer Erfahrung im Safety-Design, da er beispielsweise die Gating-Sequenz in der SPS programmiert und die Sicherheits-Systemlösung selbst erstellt. Er trägt damit die Verantwortung für die Umsetzung des Gesamtsystems. Daher ist des wichtig, bei einer SPG-Installation die sicherheitstechnisch notwendigen Anforderungen zu berücksichtigen. Diese sind in der entsprechenden Betriebsanleitung beschrieben.

Smart Prozess Gating basiert auf Typ 4 Sicherheits-Lichtvorhängen der Baureihe MLC und ist in der Variante MLC 530 SPG integriert.

Eine wichtige Anforderung ist die Kenntnis der aktuelle Position des Transportgutes durch die SPS. Die SPS muss wissen, wann das Schutzfeld vom Transportgut erreicht beziehungsweise verlassen wird, um die nötigen Steuersignale zum richtigen Zeitpunkt an den Sicherheits-Lichtvorhang zu senden. Dies ist notwenig, da das Schutzfeld innerhalb von vier Sekunden nach anliegen des SPS-Steuersignal unterbrochen werden muss. Zudem sind zwischen Transportgut und Lichtvorhang der maximale Abstand von 200 Millimeter beim Ein- und Ausfahren einzuhalten, sobald und solange das Gating aktiv ist. Die Kenntnis über die Position kann beispielsweise mit aktiven Transportbändern realisiertwerden.

Für die sicherheitstechnische Einbingung muss das System mit einer Anlauf-/Wiederanlaufsperre betrieben werden, die im MLC 530 SPG entsprechend integriert ist. Zudem muss zur Sicherstellung der Gating-Funktion während des gesamten Ablaufs der Schutzfeld-Überbrückung ein Synchronisationsstrahl (oberster oder unterster Strahl des Sicherheits- Lichtvorhangs) frei bleiben.

Optimierung für hohe Transportgüter

Wie beschrieben muss beim Smart Processing Gate ein Synchronisationsstrahl (oberster oder unterster Strahl des Sicherheits-Lichtvorhangs) während des gesamten Ablaufs verbunden bleiben. Dies kann auf zwei Arten umgesetzt werden: Das gesamte Schutzfeld ist über der Förderstrecke angeordnet. Der oberste Strahl des Schutzfeldes dient als Synschronisationsstrahl. Er verläuft oberhalb der höchsten Stelle des Transportguts. Oder das Schutzfeld ist so angeordnet, das unterster Strahl des Schutzfeldes als Synchronistionsstrahl dient und dieser unterhalb der Förderstrecke verläuft. Die Strahlen des Sicherheits-Lichtvorhangs werden dabei zum Teil von der Förderstrecke unterbrochen. Daher ist es nötig, die durch die Förderstrecke unterbrochenen Strahlen mit der Funktion „Feste Strahlausblendung mit 1 Strahl Toleranz“ auszublenden. Dadurch können bei sehr hohen Transportgütern Lichtvorhänge verwendet werden, die nicht die gesamte Höhe des Transportguts abdecken, woraus sich ein entsprechender Kostenvorteil für den Lichtvorhang ergibt. Die Funktion „Strahlausblendung“ ist in beiden Betriebsartenkonfigurierbar. as

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