Die Einführung der neuen Richtlinie sorgte bei vielen Maschinen- und Anlagenbauern, aber auch bei Betreibern und Anwendern für Unsicherheit. Welche Änderungen ergeben sich im Bereich der Sicherheit aus den Bestimmungen der neuen Maschinenrichtlinie? Sind vollständig neue und geänderte Konzepte für die Umsetzung der geforderten Sicherheit einzuführen? Benötigen die Anlagen eine tiefergehende Sicherheitstechnik oder – funktionalität? Die Antwort muss an dieser Stelle klar „Nein“ lauten. Was sich ändert, ist der Weg, wie eine „Risikobeurteilung“ vorzunehmen ist. So ändert sich die Art und Weise, wie Konstrukteur oder Maschinen-/ Anlagenbauer das Gefährdungspotenzial einer Maschine ermitteln muss.
Sind Änderung des Sicherheitskonzepts notwendig, so ergeben sich natürlich für Betreiber und Erbauer von Maschinen und Anlagen neue Möglichkeiten, die geforderte Sicherheit zu erreichen. Eine davon ist im Bereich der Antriebstechnik die Verlagerung bisher mit externen Komponenten umgesetzter Sicherheitsfunktionen in einen Frequenzumrichter. Einige Hersteller von Umrichtern bieten daher eine Integration solcher Funktionalität an – durchaus auch mit Vorteilen für die Konstrukteure und Betreiber. Doch nicht in jedem Fall ist ein solcher Schritt notwendig und von Erfolg gekrönt, stehen Kosten und Aufwand für eine solche Lösung im Fokus der Anwender. Wann bringt eine solche Integration von Sicherheitsfunktionen in den Antrieb wirklich Vorteile?
Integrierte Lösungen - Vorteile für den Anwender
Auf den ersten Blick bringen moderne Antriebe mit integrierten Sicherheitsfunktionen dem Anlagenbauer wie auch dem Betreiber scheinbar ausschließlich Vorteile. Dazu zählt die Einsparung kostenintensiver externer, zum Teil verschleißbehafteter Sicherheitskomponenten. Zudem erhofft sich der Konstrukteur den Verdrahtungsaufwand und die Komplexität der Sicherheitsschaltung zu reduzieren. Durch die Verlagerung der Funktionen in den Antrieb erwartet der Anwender, Sicherheitsschütze, Auswertemodule und ähnliche Komponenten von ihrer Kostenrechnung zu streichen, ohne funktionelle Einbußen in Kauf nehmen zu müssen.
Dies bringt indirekt einen weiteren Vorteil: Schaltschränke können kleiner ausfallen oder mehr Komponenten aufnehmen. Funktionseinheiten oder Baugruppen lassen sich leichter in Zellen aufteilen; Gerade bei kompakten und modular konzipierten Maschinen und Anlagen ein erheblicher Vorteil.
Gleichzeitig erwarten viele Anlagenbauer und Anwender eine (stark) verkürzte Installationszeit bei Inbetriebnahme oder im Servicefall. Dies kann eintreten. In der weiteren Betrachtung wird aber auch schnell klar werden, dass dies nicht zwangläufig der Fall sein muß. Ganz im Gegenteil. Einige der integrierten Sicherheitsfunktionen, die heute Frequenzumrichter anbieten, können die Inbetriebnahmezeit aufgrund notwendiger Verfahrensschritte sogar deutlich erhöhen. Was vor allem dann zum Tragen kommt, wenn die eingesetzte Lösung mehr Sicherheit bietet, als für die konkrete Anlage aufgrund der Risikobeurteilung unbedingt notwendig wäre.
Umrichter mit integrierten Sicherheitsfunktionen – mögliche Fallstricke
Viele derzeit verfügbare Antriebe mit integrierten Sicherheitsfunktionen stellen „Allround-Lösungen“ dar. Dies führt dazu, dass sich die Handhabung der Sicherheitsschaltung in der Anlage oft sehr viel komplexer gestaltet, als anfangs erhofft oder vermutet.
Ein Beispiel: Der Anlagenplaner stuft gemäß Risikobeurteilung einer Gefährdung für den Bediener die Anlage nach Sicherheitslevel PLd gemäß DIN EN ISO 13849-1 ein. Dagegen bietet die Sicherheitsfunktion des eingesetzten Frequenzumrichters ausschließlich den höheren Level PLe . Daraus ergibt sich für den Konstrukteur ein sehr viel höherer Aufwand für die Realisierung, weil der PLe beispielsweise eine zweikanalige Schaltung fordert, wo bei Realisierung gemäß PLd eine einkanalige Ausführung ausreicht.
Derzeit eine weitere Problematik verfügbarer Lösungen: Je nach Hersteller gibt es nur Antriebe mit sehr umfangreichen Sicherheitsfunktionen in geringer Variantenvielfalt. Dies bedingt aber bei den Geräten aufwendige – und damit teure – Steuerkarten oder Optionen. Anwender brauchen meist jedoch nur einen Bruchteil der Sicherheitsfunktionen, müssen aber die teurere, viel zu mächtige Hardware für ihre einfachen Anforderungen mit erwerben.
Gleichzeitig erfordern die Sicherheitsfunktionen und deren sichere Konfiguration in der Anlage bei Konstrukteuren, Inbetriebnehmern und Anlagenbetreibern umfangreiches herstellerspezifisches Wissen, das den Schulungsaufwand in die Höhe treibt. Denn bei der Inbetriebnahme zertifizierter Sicherheitsfunktionen sind typischerweise genau definierte und spezifizierte Installations- und Bedienmodi einzuhalten, die einen Nachweis der korrekten Funktionalität dieser Sicherheitseinrichtungen beinhalten.
Nicht zuletzt erfordern viele der verfügbaren Lösungen spezielle Inbetriebnahmesoftware, um die Sicherheitsfunktionen überhaupt nutzen und konfigurieren zu können. Teilweise ist diese Software jedoch sehr umfangreich, äußerst komplex oder kostenpflichtig.
Auch der Servicefall kann Fallstricke bergen. So können integrierte Lösungen auch den Betreiber vor ungeahnte Probleme stellen und damit zu längeren Anlagenstillständen führen. Beispielsweise kann bei einem notwendigen Austausch eines Frequenzumrichters die bisher durchgeführte, einfache Übertragung der Parameter, sei es durch Bedienfeldkopie, auf separaten Speichermodulen oder auch in einer PC-gestützten Software, nicht mehr ausreichend sein. Antriebe mit Sicherheitsfunktionen können im Austausch individuell vorgegebene Freigabe- oder Akzeptanzprüfungen mit verschiedenen Passwortebenen vorschreiben. Je nach Hersteller erfordert dies ebenso wie bei der Erstinbetriebnahme eine sehr genaue Kenntnis des jeweiligen Gerätes, d. h., dass der Betreiber eventuell auch Instandhaltungspersonal speziell qualifizieren muss.
Praxisorientierte Antriebe mit skalierbarer Sicherheit bei einfacher Inbetriebnahme
Eine optimale Integration von Sicherheitsfunktionen in den Antrieb reduziert die Systemkosten für die funktional notwendige Sicherheit einer Maschine/Anlage wirklich. Sie vermeidet dabei unnötig erhöhte Komponentenkosten (auch im Antrieb), eine aufwendigere Inbetriebnahme sowie den Einsatz spezieller Softwarewerkzeuge zum Erlangen der Sicherheitsfunktion.
Bei diesem Konzept bestimmt der Anwender den Grad der Verlagerung von Sicherheitsfunktionalität. So vermeidet er unnötige Funktionen im Antrieb, die dessen Installation und Inbetriebnahme komplizieren und im schlimmsten Fall sogar zu längeren Anlagenstillständen führen. Denn Art und Umfang antriebsbasierter Sicherheitsfunktionen entscheiden über deren Praxistauglichkeit.
Eine typische Anforderung ist die Aufgabe, eine Maschinenbewegung durch einen elektrischen Antrieb auszuschließen, um dem Bedienpersonal einer Maschinenzelle die Möglichkeit zu geben, einen Materialstau zu beseitigen oder kleinere Wartungsarbeiten auszuführen. Klassischerweise sorgt dafür eine Potentialtrennung der Netzversorgung des Antriebs, um während des Aufenthalts im gefährlichen Bereich, die gefahrbringende Bewegung auszuschließen. Alternativ lässt sich dies bei modernen Antrieben mit der nach EN 61800-5-2 ausgeführten Funktion „Sicher abgeschaltetes Moment“ („STO“-Safe Torque Off) umsetzen. Entspricht die geforderte Sicherheitskategorie dem Performance Level d nach EN ISO 13849-1 bzw. SIL 2 nach EN 61508 lässt sich die Schaltung sogar einkanalig ausführen. Kosten für redundant ausgeführte und verschleißbehaftete Schützansteuerungen sinken, ohne Kompromisse bei der funktionalen Sicherheit eingehen zu müssen. Im Austauschfalle lässt sich der Antrieb auch von Bedienern mit geringem gerätespezifischem Wissen ersetzen.