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Sicherheitsgerichtete Kommunikation

Richtig mit dem Roboter kommunizieren

Industrieroboter werden immer häufiger in Produktionsmaschinen und -linien integriert und sollen nach Möglichkeit auch bald mit Menschen Hand in Hand zusammenarbeiten. Sowohl bei der Integration als auch bei der Kooperation spielt das Kommunikationsprotokoll eine entscheidende Rolle. Powerlink und Opensafety bieten sich hier als Backbone für Robotikanwendungen an.

Bild: EPSG

Roboter unterstützen Menschen zunehmend bei schwierigen Arbeitsabläufen, zum Beispiel beim Heben von schweren Lasten oder auch in gefährlichen Umgebungen, etwa beim Einlegen eines Werkstückes in eine Fräse. Der Einsatz von Robotern bedingt im Wesentlichen drei Voraussetzungen:

  • präzise und reaktionsstarke Antriebstechnik
  • leistungsfähige Steuerung
  • schnelle interne Kommunikation

Diese Voraussetzungen waren früher meist nur mit proprietären Systemen oder spezieller Hardware zu erreichen. „Heute sind offene Technikkonzepte ebenso wie Standardkomponenten auf dem Vormarsch“, sagt Stefan Schönegger, Geschäftsführer der Nutzerorganisation Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG). „Nur so ist die Investitionssicherheit von Maschinen und Anlagen gewährleistet.“

Übergreifende Sicherheit für Produktionslinien

Um Roboter künftig auch ohne Schutzzaun flexibel in der Produktionslinie platzieren zu können, sind intelligente Sicherheitslösungen gefragt. Zudem sind in Fabrikanlagen, die auf Maschinen unterschiedlicher Hersteller zurückgreifen, zwangsläufig Sicherheitsprotokolle nötig, die über die gesamte Linie hinweg kommunizieren können. „Nur so können alle Maschinen im Verbund auf ein sicherheitsrelevantes Ereignis reagieren“, sagt Schönegger. Als einziges Sicherheitsprotokoll bietet der offene Standard Opensafety die Möglichkeit, sicherheitsgerichtete Daten über beliebige Bus- und Netzwerkverbindungen zu transportieren.

Die Verwendung des Standards bringt weitere Vorteile mit sich: Schnelle Reaktionszeiten führen zu kleineren Sicherheitsabständen, was den Footprint der Maschine reduziert. Anlagenbetreiber können von den kurzen Inbetriebnahme- und Umrüstzeiten durch automatische Parametrier- und Konfigurationsservices profitieren. Das Protokoll unterstützt extrem kurze Reaktionszeiten und bietet weit über das reine Anhalten hinausgehende Möglichkeiten für sichere Reaktionen der Antriebstechnik. Zu diesen zählen nicht zuletzt auch sichere Funktionen für die Robotik, etwa die sichere, reduzierte Geschwindigkeit am Werkzeugmittelpunkt.

Komplexe Robotersysteme beherrschen

Gleichzeitig gilt es, einem weiteren Trend gerecht zu werden: Sind Roboter in die Automatisierung einer Maschine eingebunden, kommen in vielen Fällen weitere Achsen hinzu, mit denen die Bewegungen des Roboters synchronisiert ablaufen müssen. So wird zum Beispiel ein Roboter, der zur weiteren Bearbeitung des Werksstückes ein anderes Werkzeug benötigt, linear auf einer Achse zum Werkzeugmagazin verfahren, führt dort den Wechsel durch und wird zur weiteren Bearbeitung in die ursprüngliche Position gefahren. Alle Achsen müssen exakt synchronisiert sein, um eine präzise Fertigung sicherzustellen. Gleichzeitig wird die Geschwindigkeit des Gesamtsystems gesteigert. Auch hier war der Einsatz proprietärer Lösungen bislang gang und gäbe, wodurch Roboter und zusätzliche Achsen auf zwei unterschiedliche Steuerungssysteme zurückgriffen.

„Eine einheitliche Kommunikation über das Gesamtsystem war in der Regel nicht möglich“, sagt Schönegger. „Mit den Konsequenzen, nämlich dem Verlust an System-Performance und einem erheblichen Mehraufwand bei Inbetriebnahme und Wartung, mussten Anwender bisher leben.“ Wie kein anderes System auf dem Markt erfülle Powerlink die Anforderungen der Roboterintegration, unter anderem wegen seiner Fähigkeit, auch in sehr großen Netzwerken harte Echtzeit sicherzustellen. Die Verwendung von Opensafety ermöglicht die Umsetzung von sicheren Anwendungen gemäß KAT.4/SIL3/PLE. So ist es beispielsweise möglich, den Roboter in Gefährdungssituationen mit sicherer Geschwindigkeit am Werkzeugmittelpunkt zu fahren.

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