Kleinsteuerung Automatisierung mit sicherheitsgerichteter und funkbasierter Kommunikation

Wesentlicher Bestandteil jeder Automatisierungslösung ist die Steuerungstechnik. Je nach Applikationsanforderung werden hier von der Kleinsteuerung bis zum PC-basierten High-End Controller unterschiedliche Geräte verschiedener Hersteller eingesetzt. Darüber hinaus ist in allen Maschinen und Anlagen ein technischer Ansatz zur Realisierung der funktionalen Sicherheit erforderlich.

Anbieter zum Thema

TURCK GmbH

Schneider Electric GmbH

PEAK-System Technik GmbH

PHOENIX CONTACT Deutschland GmbH

Bei der Sicherheitstechnik muss sich der Anwender in Abhängigkeit der anzuwendenden Normen und Richtlinien für ein Safety-Konzept entscheiden. Dabei kann er zwischen klassischen Sicherheitsrelais, konfigurierbaren Sicherheitsmodulen und netzwerkbasierten Safety-Lösungen wählen. Moderne Maschinen und Anlagen sind durch ein hohes Maß an Modularität und Flexibilität gekennzeichnet. Da immer mehr mobile oder nur temporär genutzte Teilnehmer in die Automatisierungslösung integriert werden müssen, bieten sich drahtlose Übertragungsverfahren wie Bluetooth oder WLAN an.

Durchgängige Kommunikation vom Leitsystem bis zum Sensor

In den meisten Anwendungen reicht die Performance von Kleinsteuerungen oder Geräten der mittleren Leistungsklasse aus. Allerdings konnten die Kleinsteuerungen bislang nur logische Verknüpfungen bearbeiten. Aktuelle Automatisierungslösungen benötigen hingegen mehr Funktionen als „und“- und „oder“-Verknüpfungen. Aufgaben wie das Archivieren von Produktionsdaten in Datenbanken, die Kommunikation via Ethernet, eine webbasierte Visualisierung oder die Kompatibilität zur IT-Welt führten dazu, dass viele Anwender überdimensionierte SPSen oder PC-basierte Systeme verwenden.

Damit moderne Maschinen- und Anlagenkonzepte zu wettbewerbsfähigen Preisen umgesetzt werden können, hat die Steuerungstechnik also besondere Anforderungen zu erfüllen. Neben der Bereitstellung der notwendigen Rechenleistung muss die Kleinsteuerung schnell auf Zustandswechsel reagieren können sowie die Anbindung der Anwendung an überlagerte Scada- oder ERP-Systeme ermöglichen. Eine durchgängige Kommunikation vom SAP-System bis in den Sensor lässt sich jedoch nur dann realisieren, wenn die entsprechenden IT-Technologien direkt in die Steuerungslandschaft integriert sind. Gefragt ist also eine kostengünstige Kombination aus leistungsfähiger Hardware mit Ethernet-Schnittstelle sowie eingebauten IT-Software-Komponenten.

Sicherheitssteuerung und sicheres Bussystem sind nicht erforderlich

In fast allen Maschinen und Anlagen müssen die Aspekte der funktionalen Sicherheitstechnik berücksichtigt werden, will heißen es sind verschiedene Normen oder Richtlinien einzuhalten. Marktstudien belegen, dass es sich in den meisten Anwendungen des Maschinen- und Anlagenbaus um weniger als 40 Sicherheitsfunktionen handelt. Bei dieser Anzahl an sicheren Ein- und Ausgängen erweist sich der Einsatz von Sicherheitssteuerungen und Safety-Bussystemen als unwirtschaftlich. Deshalb werden oftmals klassische Sicherheitsrelais oder konfigurierbare Sicherheitsschaltgeräte als zentrale Lösung im Schaltschrank genutzt, denn eine räumliche Verteilung ist mit dieser Technik nicht möglich. Die sicherheitsrelevanten Signale sind jedoch ebenso wie die Standard-Signale über die Maschine oder Anlage verstreut angeordnet, wobei letztere per Bussystem eingesammelt werden. Eine zusätzliche Parallelverkabelung der Sicherheitssignale würde weiteren Aufwand erzeugen. Aus diesem Grund suchen viele Anwender nach einer Lösung, die die Flexibilität einer sicheren Steuerung mit den zugehörigen, im Netzwerk verteilten I/Os mit der Einfachheit eines Sicherheitsrelais verbindet. Genau für diese Anforderung wurde die SafetyBridge-Technologie (SBT) entwickelt.

SBT arbeitet unabhängig vom jeweils verwendeten Netzwerk und der entsprechenden Steuerung. Beide fungieren lediglich als Transportmittel für die sicherheitsgerichteten Datenpakete, die zwischen den sicheren Eingangs- und den sicheren Ausgangsmodulen ausgetauscht werden. Die sicheren Ein- und Ausgangsmodule, die beliebig im Netzwerk verteilt sind, erfordern somit keine überlagerte Sicherheitssteuerung und kein spezielles Sicherheitsbussystem. Der Anwender muss sich also nicht für ein sicheres Netzwerk wie Interbus-Safety oder Profisafe mit den jeweils verfügbaren Sicherheitssteuerungen entscheiden, sondern kann seine bewährte Kommunikationslösung weiterhin nutzen. Die aufwändige Parallelverdrahtung der Sicherheitssignale entfällt, da sie dort erfasst oder ausgegeben werden, wo sie anfallen respektive benötigt werden. Das führt im Bereich der busbasierten Safety-Anwendungen zu einer bisher nicht gekannten Flexibilität.

Flexible Anpassung an die Applikationsanforderungen

Die SafetyBridge-Technologie ist in das bekannte I/O-System Inline integriert worden. Als Bestandteil einer I/O-Station können die sicheren Module nun an beliebiger Stelle im jeweiligen Netzwerk betrieben werden, wobei kein spezieller Buskoppler erforderlich ist. Die Safety-Logik wird direkt im intelligenten sicheren Ausgangsmodul verarbeitet. Mit den umfangreichen Parametriermöglichkeiten lassen sich die je acht Eingangs- respektive Ausgangskanäle flexibel an die entsprechende Applikation anpassen. Die Übertragung der Daten vom sicheren Eingangs- zum sicheren Ausgangsmodul über das Netzwerk ist durch das SafetyBridge-Protokoll abgesichert, das vom intelligenten Ausgangsmodul getrieben und überwacht wird. Die Standard-Steuerung muss lediglich die nicht-sicherheitsgerichteten I/O-Daten bidirektional zwischen den Ein- und Ausgangsmodulen kopieren. Sie übernimmt also ebenso wie das Netzwerk keine sicherheitsgerichteten Aufgaben.

Die Ein- und Ausgangssignale der SafetyBridge-Module stehen der Standard-Steuerung jederzeit zur Verfügung. Das Standard-Applikationsprogramm kann also beispielsweise direkt auf eine Not-Halt-Anforderung reagieren und dem Maschinenbediener in der Visualisierung anzeigen, woher die Anforderung stammt. Die Standard-Steuerung hat außerdem Zugriff auf die Diagnosemeldungen der einzelnen sicheren I/O-Module wie Kurz- oder Querschluss – und das ohne zusätzlichen Programmier- oder Verdrahtungsaufwand. Diese Transparenz reduziert Stillstandszeiten erheblich. Mit der entsprechenden Parametrierung können Anwendungen bis PL e und SIL (CL) 3 umgesetzt werden. Die Parametrierung der sicheren Ein- und Ausgangskanäle und das Erstellen der Sicherheitslogik erfolgen komfortabel mit der Software Safeconf. Die SafetyBridge Technology erlaubt somit die einfache Realisierung im Netz verteilter Sicherheitsanwendungen unabhängig vom jeweiligen Kommunikationssystem und der eingesetzten Steuerung.

Funkbasierte Kommunikation erhöht die Verfügbarkeit

In vielen Anwendungen muss die durchgängige Kommunikation vom Sensor über die Steuerung bis zur Leitebene kleine oder größere Hindernisse überwinden. So lassen sich nicht zu allen Teilnehmern, die Daten übertragen sollen, Leitungen verlegen. Aus Verschleißgründen treten bei Schleifleitungen, Schleifringen oder Schleppkabeln Probleme hinsichtlich einer zuverlässigen Weiterleitung der Signale auf. Während bei der Energieübertragung über diese Medien leichte Spannungsschwankungen und kurze Unterbrechungen tolerierbar sind, ist eine Pegelschwankung oder eine kurzzeitige Störung der Datenkommunikation nicht akzeptabel. Werden zudem sicherheitsgerichtete Informationen übertragen, sinkt die Verfügbarkeit der Maschine oder Anlage in den kritischen Bereich.

Die hohe Verfügbarkeit der Applikation ist jedoch für den Anwender eine entscheidende Kenngröße. Nur wenn ihre Stillstandszeiten minimal sind, kann auch wirtschaftlich produziert werden. Für solche Anwendungen bietet sich die Bluetooth- und WLAN-Technologie als einfache und zuverlässige Lösung an. Voraussetzungen für die erfolgreiche Nutzung der funkbasierten Übertragungsverfahren sind allerdings ihre industrieoptimierte Weiterentwicklung sowie ein robustes Gehäuse und das intuitive Engineering der entsprechenden Wireless-Komponenten. Als Bestandteil des Automatisierungssystems erfüllen die Funkmodule von Phoenix Contact diese Anforderungen.

Phoenix Contact

Tel. +49(0)5235 300

Halle 9, Stand F40

Lutz Rahlves, Phoenix Contact Electronics, Bad Pyrmont

(ID:340185)