Mehr als nur Schutz: Ein Blick hinter die Kulissen der sicheren Auto­ma­ti­sie­rungs­technik

Lange Zeit war die Maxime beim Thema Sicher­heit, Maschinen über strikte, wenig flexible Konzepte abzu­si­chern – eine wirkungs­volle, aber starre Methode. Auf den ersten Blick scheint deshalb bei der Maschi­nen­si­cher­heit kein Platz für neue Tech­no­lo­gien zu sein. Sie ist quasi per Defi­ni­tion ein konser­va­tiver Bestand­teil der Steue­rungs- und Auto­ma­ti­sie­rungs­technik. Ein weiterer Grund ist, dass Sicher­heit wie kaum ein anderer Bereich durch Gesetze, Stan­dards und Normen geprägt ist. Diese ändern sich nur selten und legen fest, was erlaubt ist und was nicht.

Wie Sicher­heit und Inno­va­tion zusam­men­passen

Die Indus­trie arbeitet laufend an verbes­serten tech­ni­schen Ansätzen, Prozess- und Ferti­gungs­ab­läufen, um Effi­zienz und Kosten zu opti­mieren. Die Sicher­heit muss sich im Bereich der Auto­ma­ti­sie­rungs­technik vergleich­baren Heraus­for­de­rungen stellen.

Das geht nicht, ohne Neuland zu betreten. Ein Beispiel hierfür ist das 1987 von Pilz auf den Markt gebrachte PNOZ – Pilz Not-Aus zwangs­ge­führt –, das erste Sicher­heits­schalt­gerät für den zuver­läs­sigen Stopp von Maschinen im Gefah­ren­fall. Es war kleiner als die konven­tio­nelle Schal­tung, einfa­cher in der Hand­ha­bung und vor allem sicherer – eine zerti­fi­zierte Baumus­ter­prü­fung hat dies bestä­tigt. Das kam einer Zeit entgegen, in der Maschi­nen­si­cher­heit auch von der Geset­zes­lage her immer wich­tiger wurde, aber zugleich möglichst unkom­pli­ziert für Anla­gen­be­treiber umge­setzt werden sollte.

Noch größer war der Schritt, den Pilz 1995 wagte: Die dama­lige Gesetz­ge­bung verbot die Nutzung von Elek­tronik für Sicher­heits­funk­tionen in Steue­rungen ausdrück­lich. Pilz erkannte dennoch das Poten­zial und brachte 1995 die erste frei program­mier­bare Sicher­heits­steue­rung PSS 3000 auf den Markt. Erst harte Verhand­lungen mit Bundes­mi­nis­te­rien und euro­päi­schen Komi­tees bewirkten eine Ände­rung der gesetz­li­chen Vorgaben. PSS 3000 ebnete den Weg für die ab 2001 veröf­fent­lichte Normen­reihe IEC/EN 61508, die bis heute als Basis­norm für funk­tio­nale Sicher­heit gilt.

„Pilz ist mit dem Thema Maschi­nen­si­cher­heit gewachsen, aber das Thema auch mit uns“, bringt es Jürgen Kitzing auf den Punkt. Er und sein Team sind für die Zulas­sungen der Pilz Produkte durch TÜV, BG und Co. zuständig. „Pilz hat Indus­trie­ge­schichte geschrieben”, sagt Bert­hold Heinke rück­bli­ckend. Er war bis 2018 Leiter des Kompe­tenz­zen­trums Elek­tronik der Berufs­ge­nos­sen­schaft Holz und Metall (BGHM). Pilz arbeitet seit Jahr­zehnten eng mit Berufs­ge­nos­sen­schaften und Zulas­sungs­stellen zusammen, um neue Tech­no­lo­gien in praxis­taug­liche, sichere Produkte umzu­setzen. Diesen Insti­tu­tionen gibt Pilz immer wieder harte Nüsse zu knacken. Das belegen allein die 220 Patent­fa­mi­lien, also die ange­mel­deten Erfin­dungen, die Pilz hält.

Wie sichere Produkte entstehen

Ein funk­tional sicheres Produkt zu entwerfen, ist das eine, die Umset­zung etwas ganz anderes. Doch was macht ein Produkt über­haupt funk­tional sicher?

Funk­tional sicher bedeutet, dass alle sicher­heits­re­le­vanten Funk­tionen einer Maschine so reali­siert sind, dass ein belie­biger Fehler nicht zum Verlust der Sicher­heits­funk­tion führt und in Folge ein Unfall an der Maschine sicher verhin­dert wird.

Dafür muss ein sicheres Produkt zwei Dinge beherr­schen: Zum einen muss es auf soge­nannte zufäl­lige Hard­ware­fehler reagieren können, z. B. beim Ausfall eines Bauteils oder bei einem mecha­ni­schen Schaden. Dies ist vergleichs­weise einfach zu lösen, indem die einzelnen Bauteile redun­dant, also doppelt, vorliegen.

Ande­rer­seits gilt es, auch syste­mi­sche Fehler zu vermeiden, also Fehler in der Program­mie­rung von Hard­ware oder Soft­ware. Dies ist deut­lich aufwän­diger. Ein Blick auf die Arbeit von Soft­ware­ent­wick­lern zeigt: Das eigent­liche Vorgehen in der Program­mie­rung für die Sicher­heit unter­scheidet sich kaum von der Soft­ware für Stan­dard­au­to­ma­tion. Der Unter­schied liegt im Detail: „Sicher­heit bekommt man nur durch sauberes Arbeiten, wieder­keh­rende Reviews und ausführ­liche Tests in den Griff. Das bedeutet einen großen Aufwand“, verdeut­licht Matthias Holz­äpfel, Vice Presi­dent Product Deve­lo­p­ment bei Pilz, der seit über 20 Jahren als Entwickler bei Pilz tätig ist.

Er kann bestä­tigen: „Erfah­rung zahlt sich beim Thema Safety aus. Diesen Wissens­schatz intern zu teilen, ist eine wich­tige Aufgabe.“ Dafür sorgen bei Pilz z. B. soge­nannte Best-Prac­tice-Teams, in denen sich die Entwickler verschie­dener Produkte über ihre Erfah­rungen austau­schen und „Best-Practice“-Wissen weiter­geben.

Erfah­rung ist gut, gelebte Sicher­heits­kultur ist besser

Damit Erfah­rung und Routine jedoch nicht zu einer nach­las­senden Sorg­falt führen, dafür sorgt bei Pilz Chris­toph Weis­haar. Er ist Safety Manager und Explo­si­ons­schutz­be­auf­tragter. „Die Sicher­heit ist alles andere als ein Selbst­läufer. Insbe­son­dere wenn über sehr lange Zeiten keine Fehler passieren. Dann besteht die Gefahr, dass rele­vante Dinge über­sehen oder notwen­dige Maßnahmen unter­bleiben.“

Als Safety Manager ist er das Binde­glied zwischen der Technik, den gesetz­li­chen Vorgaben und dem opera­tiven Einsatz der Produkte. Tritt beispiels­weise im Feld ein poten­ziell sicher­heits­re­le­vanter Fehler auf, stößt er einen internen Analy­se­pro­zess an, der den Fehler voll­um­fäng­lich betrachtet, im Einzel­fall zu einer Infor­ma­tion der betrof­fenen Kunden oder bis hin zum Rede­sign des Produkts führen kann.

Analog zu den Zulas­sungen seiner Produkte lässt Pilz auch das Manage­ment für Funk­tio­nale Sicher­heit (FSM), also die Art und Weise wie Produkte sicher entwi­ckelt und gefer­tigt werden, von TÜV SÜD audi­tieren und zerti­fi­zieren. Zudem ist seit 2022 der Entwick­lungs­pro­zess von Pilz nach­weis­lich nicht nur safe, sondern auch secure: TÜV SÜD hat die Entwick­lungs­pro­zesse von Pilz auf der Grund­lage der Norm IEC 62443–4‑1 geprüft und zerti­fi­ziert.

Bevor der externe Zulas­sungs­pro­zess beginnt, müssen am Ende der Produkt­ent­wick­lung alle neuen Produkte von Pilz noch in die unter­neh­mens­ei­genen Prüf- und Test­la­bore, darunter ein akkre­di­tiertes EMV-Labor für elek­tro­ma­gne­ti­sche Verträg­lich­keit mit Stör­fes­tig­keits­prü­fungen und Stör­aus­sen­dungs­mes­sungen. Für die Simu­la­tion auch extremer Umwelt­be­din­gungen wie Nässe, Kälte und Wärme hat Pilz zudem mecha­ni­sche Prüf­ein­rich­tungen und Klima­kam­mern geschaffen.

Die Nähe zur Produkt­ent­wick­lung bietet den Vorteil, dass Produk­tei­gen­schaften schnell und unkom­pli­ziert geprüft und Produkt­ver­bes­se­rungen vor Ort im Labor gleich ausge­testet werden können. Das Labor von Pilz ist seit 2004 bei der Deut­schen Akkre­di­tie­rungs­stelle (DAkkS) nach DIN ISO 17025 akkre­di­tiert. Dies belegt die Güte und Kompe­tenz des Prüf­la­bors nach inter­na­tio­nalen Stan­dards und verein­facht inter­na­tio­nale Produkt­zu­las­sungen erheb­lich.

Die wich­tigste Zahl: Zero

Wie gut bei Pilz die Verbin­dung von tech­no­lo­gi­schem Fort­schritt, funk­tio­nie­renden Entwick­lungs­pro­zessen und Praxis­taug­lich­keit klappt, zeigt eine Zahl eindrück­lich: Zero.

„Noch nie ist es durch ein Produkt von Pilz zu einem Unfall gekommen – egal ob in der Indus­trie an Pressen und Verpa­ckungs­ma­schinen oder in der Bahn­technik oder in Vergnü­gungs­parks,“ kann Chris­toph Weis­haar nicht ohne Stolz berichten.

Dass der Schutz von Mensch, Umwelt und Anla­gen­werten gewähr­leistet ist, darauf können sich die Kunden verlassen. Doch sichere Auto­ma­ti­sie­rungs­technik muss heute mehr leisten. „Gute Safety ist unauf­fällig, sie behin­dert weder den Bediener, noch beein­träch­tigt sie die Produk­ti­vität“, verdeut­licht Arndt Christ, Vice Presi­dent Product Manage­ment. „Im Gegen­teil: Richtig dimen­sio­nierte Sicher­heit hilft, Ausfälle zu verhin­dern und Still­stands­zeiten zu redu­zieren.“

Wie erreicht man das? „Unsere Produkte haben immer eine bestimmte Aufgabe zu erle­digen, zum Beispiel eine Türzu­hal­tung. Für die Konzep­tion unserer Produkte spielt daher die Appli­ka­ti­ons­sicht eine wesent­liche Rolle“, erklärt Arndt Christ.

Das führt einer­seits dazu, dass Pilz für viele seiner Produkte beson­dere Module oder Ausfüh­rungen für den Einsatz in bestimmten Berei­chen anbietet, etwa in der Verpackungs‑, Bahn- oder Bren­ner­technik. Ande­rer­seits legt Pilz großen Wert auf Funk­tio­na­lität und Anwen­der­freund­lich­keit, beispiels­weise durch die Offen­heit der Produkte, eine einfache und schnelle Fehler­dia­gnose, verkürzte Engi­nee­ring­zeiten, intui­tive Bedie­nung und Program­mie­rung.

Sichere Auto­ma­ti­sie­rungs­technik als Königs­dis­zi­plin in der Auto­ma­ti­sie­rung

Am Ende zeigt sich: Sichere Auto­ma­ti­sie­rungs­technik entsteht nicht allein durch gute Ideen, sondern durch konse­quentes, präzises und verant­wor­tungs­volles Handeln – und durch den Mut, neue Wege zu gehen. Das Ergebnis sind Produkt­lö­sungen, die nicht nur Unfälle verhin­dern und Anwender im Alltag unter­stützen, sondern Kunden entspannt auf das Thema Sicher­heit blicken lassen.