Risikobeurteilung und sichere Steuerungstechnik bei Abfüllanlagen

Hohe Produktivität und Effizienz beim Bedienen einer Anlage für das Abfüllen des Vierkant-Flaschenformats war eine der Anforderungen. Die Sicherheit für das Bedienpersonal die andere: Das italienische Unternehmen ACMI mit Hauptsitz in Fornovo di Taro hat sich auf die Produktion von „High-End“-Abfüll- und Verpackungsanlagen spezialisiert. Als Partner renommierter internationaler Unternehmen entwickelt und installiert ACMI schlüsselfertige Anlagen für alle Bereiche der Lebensmittel- und Getränkebranche. Das Unternehmen hält eine Reihe von Patenten und hat immer wieder neuartige Lösungen für die Verpackungsindustrie – wie das sogenannte Twisterbox System – entwickelt.

Sicher ab in die Flasche

Bei der ACMI-Mineralwasser-Abfüllanlage sollten 44.000 vierkantige 1,5-l-Flaschen pro Stunde befüllt werden können – und das vollautomatisiert. Der Prozess dahinter umfasst mehrere Schritte: Am Anlageneingang befindet sich der Blasmaschinen-Füller-Block, in dem die sogenannten Plastik-Preforms geblasen, mit Mineralwasser befüllt und verschlossen werden. Ein Förderbandsystem führt dann die Flaschen durch unterschiedliche Stationen. Nach einer Reihe von Qualitätskontrollen werden sie schließlich durch einen Trockentunnel geleitet: Die korrekte Füllhöhe und die einwandfreie Anbringung des Verschlusses müssen in diesem Prozessschritt gewährleistet sein. Es folgen die Etikettierung und Markierung der Flaschen.

Bei einer weiteren Kontrolle wird die einheitliche und exakte Anbringung der Etiketten auf den Flaschen überprüft, bevor diese mit Schrumpffolie verpackt werden. Im letzten Anlagenteil der verketteten Maschinen werden die Tragegriffe an den einzelnen Packungen angebracht und der „Palettierer“ schichtet danach die Einzelverpackungen auf Paletten. Sogenannte Wickler umwickeln am Anlagenausgang die Paletten mit Stretchfolie.

Um diesen Betrieb mit sehr hoher Taktzahl reibungslos und produktiv zu gestalten, muss eine sichere und effiziente Überwachung des Gesamtprozesses gewährleistet sein.

Die Abfüllmaschine kann trotz ihrer Größe aufgrund des vollständig automatisierten Betriebsablaufs der verketteten Maschine aktuell von nur drei Bedienern überwacht werden: Ein Bediener ist für den Maschinenbereich der Blasmaschine und des Füllers zuständig, der zweite für das manuelle Laden der Etiketten in die Etikettiermaschine und der dritte für den Prozessschritt am Anlagenausgang.

Um zu beurteilen, welche Risiken beim Betrieb der verketteten Maschine möglich und welche Schutzmaßnahmen notwendig sind, um das Bedienpersonal zu schützen, zog ACMI seinen langjährigen Partner Pilz zu Rate. Der Auftrag: die Durchführung einer Risikobewertung der einzelnen Anlagenteile nach den gültigen Normen und Vorschriften, also der Verpackungs- und Tragegriffmaschine, Palettierer sowie den zwei verschiedenen Wicklern und Aufleger. Zudem wurden die Schnittstellen zwischen diesen Maschinen und Teilen der Anlage, die nicht von ACMI stammen, geprüft. Pilz identifizierte und dokumentierte die Gefahren im Lebenszyklus der Maschinenanlage, um die Grenzen der verketteten Maschinenanlage bestimmen zu können. Auf dieser Grundlage führte der Automatisierungsexperte abschließend eine Risikobeurteilung mit Risikobewertung durch, um optimale Strategien und Maßnahmen zur Risikominderung zu erarbeiten.

In einem weitere Schritt, sprich bei einer zweiten Besichtigung, validierte Pilz die umgesetzten Schutzmaßnahmen, sodass der sogenannte RESS (Requisiti Essenziali per la Salute e la Sicurezza, sinngemäß: Grundlegende Anforderungen für Gesundheit und Sicherheit) zur Verminderung des Unfallrisikos erstellt werden konnte. Der RESS beschreibt in Italien nationale, grundlegende Sicherheits- und Gesundheitsschutzanforderungen, die Teil der europäischen Maschinenrichtlinie 2006/42/CE sind. Pilz setzte darüber hinaus die technische Dokumentation und das Bedienungs- und Wartungshandbuch für die gesamte Produktionsanlage um.

Null Risiko ist das Ziel

Solche Risikobewertungen sind für die Sicherheit der Maschinenanlagen unerlässlich und ein effizienter und geeigneter Weg zur Risikominimierung. Viele der vom Bedienpersonal und Servicetechnikern durchgeführten Arbeiten weisen ein hohes Risiko für Unfälle auf. Für die Konstruktion, Modernisierung oder Serienschaltung von Maschinenanlagen ist die Risikobewertung deshalb ein wesentlicher Faktor zur Prüfung des erreichten Sicherheitszustands. Zudem ist diese ein wirkungsvolles Instrument zur Identifikation möglicher weiterer zu implementierender Schutzmaßnahmen.

„Die von den Experten von Pilz durchgeführte Risikobewertung bildet die Grundlage für den sicheren Bau der gesamten verketteten Maschine sowie für die Identifikation geeigneter Schutzmaßnahmen. Durch die Expertise von Pilz in Sachen Maschinensicherheit konnten wir dann die notwendigen Maßnahmen selbst umsetzen“, erklärt Gianluca Contesso, Safety Product Manager bei ACMI.

Dabei unterstützte die intuitive grafische Benutzeroberfläche des eingesetzten Safety Calculators Pascal von Pilz: Sie ermöglichte es, die Sicherheitsfunktionen mithilfe von vordefinierten Bibliotheken zu erstellen, was die Bewertung und Prüfung des Performance Levels beschleunigte. Auch konnte die Berechnung des erzielten Leistungsgrads, um die einzelnen Sicherheitsfunktionen exakt zu überprüfen, einfacher umgesetzt werden.

Im Mittelpunkt stand auch die sichere Steuerungstechnik: Die Überwachung der Sicherheitsfunktionen übernimmt in der Anlage von ACMI heute die konfigurierbare Kleinsteuerung PNOZ Multi 2. Auch die an den Schutztüren der Anlage verbauten berührungslosen Sicherheitsschalter PSEN Code erfüllen die höchsten Sicherheitsanforderungen bis PL (Performance Level) E beziehungsweise SIL (Safety Integrity Level) CL (Claim Limit) 3 in Übereinstimmung mit EN ISO 13849-1 und EN IEC 62061.

PSEN Code verfügen über Stellungsüberwachung von trennenden Schutzeinrichtungen und Positionsüberwachung. Basierend auf der RFID-Transpondertechnik ermöglichen die codierten PSEN Code-Sicherheitsschalter sowohl maximalen Manipulationsschutz als auch die Einhaltung des Mindestabstands. In der Version mit „unikat vollcodiert“ – also nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip – ermöglicht PSEN Code hohe Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit und gleichzeitig eine einfache Installation gemäß EN ISO 14119:2013.

Die Sicherheitssteuerung PNOZ Multi 2 bietet die Möglichkeit, die Sicherheitslogik im Nachhinein zu erweitern und Sicherheitsfunktionen, beispielsweise die Geschwindigkeitsüberwachung, zu steuern. Diese Lösung gestattet eine intuitive Bedienbarkeit sowie die Flexibilität, die ACMI benötigt. Die Anbindungsmöglichkeit der konfigurierbaren sicheren Kleinsteuerung an das bereits bestehende Automatisierungssystem der Maschine wurde durch den Einsatz des Feldbusses PNOZ M ES Profinet ermöglicht, mit dem der Zustand der Sicherheitsvorrichtungen kommuniziert werden kann. Dies ermöglicht eine schnelle und einfache Identifikation vorliegender Probleme. So wird eine hohe Produktivität der einzelnen Maschinenteile sichergestellt. Auch eine Anpassung an andere Standard-SPS-Steuerungen ist mit wenigen Klicks im Softwaretool PNOZ Multi Configurator möglich, sodass einerseits ACMI, aber auch der Endkunde flexibel bleiben.

Das Basisgerät PNOZ M B0 der Kleinsteuerung überwacht zentral die Sicherheitsfunktionen Not-Halt-Taster, Schutztürsensoren, Betriebsartenwahl-Schalter und Zustimmtaster. Die Konfiguration erfolgt über das Softwaretool PNOZ Multi Configurator, das eine intuitive Parametrierung (oder Konfiguration) von Software und Hardware bietet.

Durch den Einsatz von verschiedenen Schutztürsensoren sowie Not-Halt-Tastern war es möglich, die Anzahl der Kabelverbindungen zu optimieren und den Installationsprozess somit zu vereinfachen. Eine CRC-Prüfung wurde in der technischen Dokumentation festgehalten und kann beim Start der Kleinsteuerung auf dem integrierten Display des Basisgeräts PNOZ M B0 zusammen mit dem Projektnamen und dem Erstelldatum angezeigt werden. Diese Prüfung ermöglicht Klarheit und Integrität des Projekts. Die Online-Diagnose über den Konfigurator ermöglicht es, den Status der Schutzeinrichtungen direkt einzusehen. Fehlerstack und Diagnosedaten machen das Problem immer sofort ermittelbar.

Durch die Risikobeurteilung war es möglich, die einzelnen Anlagen der Produktionslinie von ACMI normgerecht zusammenzuführen. Die verbaute Pilz-Sicherheitslösung ermöglicht dabei gleichermaßen Sicherheit, Flexibilität und eine hohe Produktivität der Anlage.