Sichere Sensorik für die Verpackungsindustrie

Verzweigte Flaschenabfüllanlagen wie auch kompakte Verpackungsmaschinen weisen in unterschiedlichem Umfang Zuhaltungen, Hauben, Klappen, Türen auf. Dahinter verbergen sich Risiken diversen Grades. Hersteller wie auch Betreiber müssen diese gemäß den Anforderungen der Maschinenverordnung, die Safety- und auch Security-Vorgaben umfasst, minimieren, bestenfalls komplett ausschließen. Beachten müssen sie dazu die international gültige Norm EN ISO 14119 für Verriegelungseinrichtungen.

Die EN ISO 14119 gibt so den Rahmen vor: Je nach Grad des Manipulationsanreizes müssen Konstrukteure eine sichere Sensorik wählen, die nach Codierungsstufen und Technologie unterscheidet. Wie müssen die Türen, Hauben oder Klappen überwacht werden? Magnetisch oder mechanisch, sicher überwacht und gegebenenfalls auch sicher zugehalten? Herstellern wie Betreibern von Verpackungsanlagen bieten zum Beispiel Automatisierer wie Pilz geeignete Sensortechnologien und -lösungen. Sicherheitsschalter finden in unterschiedlichen Bereichen Anwendung: Bei Öffnung einer Schutzeinrichtung müssen beispielsweise gefahrbringende Maschinenbewegungen stillgesetzt und das Wiederanlaufen verhindert werden. Die Schutzeinrichtungen dürfen dabei weder umgeh- noch manipulierbar sein. Sicherheitsschalter eignen sich dann optimal für die Schutztür- und Positionsüberwachung, solange sie die Anforderungen der EN ISO 14119 erfüllen.

Daneben sind es Lichtgitter als nicht trennende Schutzeinrichtung, die gerade auch beim Thema Materialfluss unabdinglich für die Sicherheit an Verpackungsmaschinen und -anlagen sind. Denn hier muss häufiger in den Prozess eingegriffen werden. Daher sorgen sie mit erweiterten Funktionen für flexibel gestaltbare Produktionsabläufe: Mit Funktionen wie „Blanking“, „Kaskadierung“ und vor allem „Muting“ können Lichtgitter den Schutz aufrechterhalten, auch wenn Material die Lichtgitter passiert. Beim Blanking gibt es je nach Anforderung zwei Varianten: Entweder werden bestimmte Lichtgitterstrahlen ausgeblendet, weil ein Objekt, beispielsweise ein Förderband, permanent in das Schutzfeld ragt. Dann liegt Fixed Blanking vor. Bewegt sich das ins Schutzfeld ragende Objekt, etwa bei einem Kabel, dann kommt Floating Blanking zum Einsatz. Übergreif- und Hintertretschutz-Anwendungen sind ebenso mit Lichtgittern umsetzbar. Die Kaskadier-Funktion der Lichtgitter ermöglicht es, mehrere Lichtgitter hintereinander zu schalten. Für Applikationen, die entweder hohe Schutzfelder oder einen Hintertretschutz erfordern, bietet Kaskadierung so eine besonders platzsparende Lösung.

Insbesondere das Muting ist essenziell, um den Materialfluss flexibel zu gestalten. Hierbei werden die Lichtgitterstrahlen nur zeitweise im laufenden Betrieb überbrückt (stummgeschaltet), um Material durch das Schutzfeld zu führen. Anders formuliert: Die Muting-Sensoren erkennen das Material und die Lichtschranke wird vorübergehend, automatisch und unter Sicherheitsbedingungen im Maschinenzyklus unterbrochen.

Während Lichtgitter eher auch bei beengten Platzverhältnissen eingesetzt werden, sichern Sicherheitslaserscanner größere Flächen oder Räume ab. Vor allem im End-of-line-Bereich kann die zweidimensionale Flächenüberwachung Vorteile bieten: Sicherheits-Laserscanner wie Psenscan von Pilz können aufgrund ihrer integrierten Muting-Eingänge Applikationen überwachen, in denen gleichzeitig Material zu- und abgeführt wird. Der Sicherheits-Laserscanner erkennt das Material und lässt den Transport durch das Schutzfeld zu, ohne dass das Förderband langsamer läuft. Das reduziert Stillstandzeiten und erhöht die Produktivität. Wenn zum dynamischen Muting wie bei diesem Modell ein partielles dazukommt, dann lässt sich zum Beispiel das transportierte Produkt unter bestimmten, vorher definierten Bedingungen in der Schutzfläche bewegen, ohne dass es zu einem Maschinenstopp kommt. Bei einem mobilen Einsatz sichern Laserscanner auch fahrerlose Transportsysteme (FTS) im Umfeld der Endverpackung ab, so beim Aufstapeln von Kartonagen auf Paletten. Auch exaktes Navigieren, beispielsweise an Packstationen, ist mit dieser Technologie möglich.

Über die Safety hinaus sollte die Security integrierter Bestandteil jeder sicheren Automatisierungslösung im Packaging sein. Sie entscheidet mit über die Leistungsfähigkeit, Handhabbarkeit und Flexibilität einer Anlage. Als Folge daraus steigt der Umfang der benötigten Daten: Die Verpackungsanlagen werden immer vernetzter. Als Konsequenz daraus steigen im Verpackungsbereich auch die Anforderungen an die Industrial Security, also der Schutz von Maschinen und Anlagen vor Manipulation und Fehlbedienung. Um zum Beispiel sichere Zugriffe von außen, etwa bei Service und Wartung, eine sichere Datenabfrage sowie ihren sicheren Austausch zu gewährleisten, sollten Anwender industrielle Firewall-Lösungen in Betracht ziehen.

Schutz vor unautorisierten Zugriffen gilt auch, wenn im End-of-line-Bereich Ware transportiert und endverpackt werden muss. Gerade hier sind es häufiger autonome mobile Roboter (AMR), die diese Aufgabe übernehmen. Sie kommunizieren als frei navigierende Plattformen kabellos mit ihrer Leitsteuerung, was sie für unbefugte Datenzugriffe oder Manipulationen von außen angreifbar macht. Kartendaten könnten abgefragt, AMRs und damit die laufende Produktion im schlimmsten Fall sogar stillgelegt werden. Absichern lassen sich diese Bereiche am besten über eine Firewall. Die Industrial Firewall Securitybridge von Pilz zum Beispiel schützt das Netzwerk vor Manipulation und sorgt dafür, dass während des Betriebs des AMR niemand unautorisiert auf das interne IT-Netzwerk der mobilen Plattform zugreifen kann.

Auch die übrigen Bereiche Primär- und Sekundarverpackung müssen vor unberechtigtem Zugriff geschützt werden. In der Praxis kann dies mit einem Betriebsartenwahl- und Zugangsberechtigungssystem realisiert werden, das Safety und Industrial Security vereint. Eine solche Lösung stellen unter anderem die Geräte der Produktgruppe Pitmode von Pilz dar. Jeder Anwender erhält seinen individuell kodierten Transponder (RFID-Schlüssel), der eine eindeutige Nutzer-Authentifizierung ermöglicht und Manipulation vermeidet. Soll ausschließlich die Zugangsregelung realisiert werden, kann in dieser Lösung die Ausleseeinheit auch alleinstehend als Zugangsberechtigungssystem eingesetzt werden. Nur berechtigte Mitarbeiter haben so Zugang zur Anlage und können Sonderbetriebsarten wie Einricht-, Takt- und gegebenenfalls weitere firmenspezifisch definierte Betriebsarten anwählen. Safety und Security müssen immer gemeinsam betrachtet und einbezogen werden. Damit entstehen umfassenden Lösungen, die die Maschinensicherheit und die Security abdecken: als ausgereifte, den Betreiber unterstützende Lösung zur Absicherung von Verpackungsprozessen wie im End-of-line-Zellen.