AS-Interface Betriebsartenwahl einfach, aber sicher mit ASi

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Dass in Zukunft höhere Sicherheitsauflagen für die Betriebsartenwahl – z. B. im Servicefall oder im Einrichtbetrieb – gelten werden, steht außer Frage. Ein neuer zertifizierter Baustein im Safety Monitor von Bihl+Wiedemann erlaubt die sichere Betriebsartenwahl bis Performance Level e ganz einfach mit ASi über Standard-HMIs.

Die Diskussion über die Sicherheitsauflagen für die Betriebsartenwahl beschäftigt die Welt der Automation. Inzwischen gibt es sogar einige Normen, die genau das vorschreiben, was Thema des Disputs ist: eine sicherheitstechnische Bewertung der Betriebsartenwahl. Der Grund für die in manchen Bereichen schon umgesetzte und in anderen noch geplante Verschärfung der regulatorischen Auflagen liegt auf der Hand: Beim Umschalten in bestimmte Sonderbetriebsarten werden diverse sicherheitstechnische Komponenten und Funktionen wie etwa Schutztüren, Zustimmschalter oder reduzierte Geschwindigkeiten automatisiert abgeschaltet. Damit steigt nicht nur das Risiko einer Beschädigung der Maschine, sondern vor allem auch die Verletzungsgefahr für den Bediener.

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ASi-5/ASi-3 Gateways: Sicheres Feldbusprotokoll integriert

Mit ASi-5, der neuesten Innovationsstufe, hat AS-Interface die Weichen für die nächste Dimension der Digitalisierung gestellt. ASi-5 ist abwärtskompatibel zu bisherigen ASi Versionen und Geräten. Damit können größere Datenmengen deutlich schneller übertragen sowie intelligente Sensoren und IO-Link Sensoren einfacher integriert werden. Zu den ersten ASi-5 Produkten von Bihl+Wiedemann gehören drei ASi-5/ASi-3 Gateways zu Profinet, Ethernet/IP und Ethercat, die ASi-3 Gateways ohne Programmieraufwand ersetzen können. Die drei Geräte in der Version „Ein Gateway, ein Netzteil für zwei AS-i Kreise“ verfügen jeweils über zwei ASi-5/ASi-3 Master und sind deshalb in der Lage, in zwei ASi Netzwerken gleichzeitig als ASi-5 und als ASi-3 Master zu kommunizieren. Der Onboard-Webserver erlaubt außerdem eine einfache Diagnose und Fernwartung, während der integrierte OPC-UA-Server eine einfache Einbindung in Industrie-4.0-Anwendungen ermöglicht. In allen drei Gateways ebenfalls integriert ist neben ASi Safety und Safe Link noch ein sicheres Feldbusprotokoll: Profisafe über Profinet (BWU3674), CIP Safety über Ethernet/IP (BWU3857) bzw. Safety over Ethercat, FSoE (BWU3858). Die ASi-5/ASi-3 Gateways verfügen darüber hinaus über jeweils drei zweikanalige sichere Eingänge, die um bis zu 62 zweikanalige sichere Eingänge erweitert werden können. Ebenfalls in die Gateways integriert sind standardmäßig sechs schnelle elektronische sichere Ausgänge sowie eine Chipkarte zur Speicherung der Konfigurationsdaten.

Konfiguration der Betriebsarten muss einfach sein

Zu den häufigsten Anlässen für die Wahl einer Sonderbetriebsart gehört z. B. die neue Einrichtung einer Maschine nach einem Werkzeugwechsel. Auch die Inbetriebnahme kann man erheblich erleichtern, wenn es möglich ist, für unterschiedliche Anlagenteile dedizierte Betriebsarten zu wählen. Bei Service- und Reinigungsarbeiten in großen Anlagen lässt sich zudem wertvolle Produktionszeit sparen, wenn nur jeweils die Segmente, an denen tatsächlich gerade gearbeitet wird, im Wartungsbetrieb laufen, während alle anderen Sektionen im Automatikbetrieb bleiben.

Bei der sicheren Betriebsartenwahl kommt es also darauf an, dass für jeden Anwendungsfall die richtigen Schutzfunktionen zur Verfügung gestellt werden. Unbeabsichtigtes Umschalten oder zeitgleiches Aktivieren mehrerer Betriebsarten gilt es dabei zu verhindern. Bei der Konfiguration der einzelnen Betriebsarten sollte in jedem Fall Einfachheit das oberste Gebot sein, das beginnt schon bei der Schnittstelle zum Umstellen. Ein wichtiges Ziel der sicheren Betriebsartenwahl ist es, die Anreize zur eigenmächtigen Manipulation von Schutzeinrichtungen durch das Maschinenpersonal zu minimieren. Und dafür bieten sich die größten Chancen, wenn man die Bedienung für den Anwender über ein HMI so komfortabel wie möglich gestaltet – mit flexibler Sprache, verständlichen Zeichen und klarer Anordnung der jeweiligen Elemente.

Ein Baustein, fünf Betriebsarten, sechs Instanzen

All diese Anforderungen standen im Lastenheft der Entwickler von Bihl+Wiedemann, um eine entsprechende Lösung zu erarbeiten. Entwickelt wurde eine Lösung, die die komplette Intelligenz der sicheren Betriebsartenwahl in einem einzigen zertifizierten Baustein für den AS-Interface Safety at Work Sicherheitsmonitor vereint. Mit diesem einen Baustein, der auch in den neuen ASi-5/ASi-3 Gateways von Bihl+Wiedemann zur Standardausstattung gehört, lassen sich insgesamt sechs Instanzen für unterschiedliche Anlagenteile mit jeweils fünf verschiedenen Betriebsarten frei konfigurieren und damit nahezu alle möglichen Anwendungsfälle abdecken.

Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung (DGUV), Fachbereich Holz und Metall, definiert z. B. folgende fünf „Modes of safe operation“ (MSO): den manuellen Betrieb mit offenen Türen und manuell gesteuerter Bewegung, den Automatikbetrieb mit voll aktiver Sicherheitstechnik, den Einrichtbetrieb mit reduzierter Geschwindigkeit sowie Zustimmtaster und Not-Halt, die Automatik mit manuellem Eingriff bei voller Geschwindigkeit und schließlich den Servicebetrieb, dessen Charakteristik letztlich der Hersteller festlegt.

Einfache Diagnose und Integration dank OPC UA

Die universelle, standardisierte Cross-Plattform-Schnittstelle OPC UA garantiert dem Programmierer bei der Lösung von Bihl+Wiedemann eine einfache Integration und Diagnose der sicheren Betriebsartenwahl. Dem Anwender soll dadurch das Leben erleichtert werden, weil mit Hilfe des implementierten Bausteins ein eigentlich nicht-sicheres Gerät wie etwa ein Standard-HMI für die sichere Betriebsartenwahl genügen kann. Dank der auf einem solchen Display realisierbaren anschaulichen grafischen Darstellung wird der Vorgang zu einer einfach und intuitiv zu bedienenden Funktion der Maschine.

Auch im Bereich der Absicherung präsentiert sich das Bihl+Wiedemann-Konzept flexibel. Der Zugang zur sicheren Betriebsartenwahl kann auf zwei unterschiedlichen Wegen geregelt werden: entweder durch einen 2-kanaligen sicheren Eingang oder durch ein elektronisches Schlüsselsystem in Verbindung mit einem speziellen Verfahren. Während Variante 1 typischerweise mit einem sicheren Schlüsselschalter realisiert wird, übernimmt bei Variante 2 ein auf Transponder-Technologie basierendes System, wie beispielsweise das EKS FSA von Euchner, das aus einer Lese-Station und einem oder mehreren Schlüsseln mit programmierbarem Speicher besteht, die Zugangskontrolle. Dazu sind zwei fest definierte Signale nötig: einerseits ein nicht-sicheres Signal „Chip steckt“ und zeitgleich ein gültiges Codewort, das aus dem Schlüssel ausgelesen wird und die Berechtigung zur Betriebsartenwahl erteilt.

Insgesamt gibt es fünf gültige Codewörter, mit welchen auf einfache Art und Weise unterschiedliche Berechtigungsstufen realisiert werden können. So lässt sich der Baustein etwa dahingehend konfigurieren, dass z. B. ein Instandhalter mit seinem elektronischen Schlüssel andere Betriebsarten auswählen kann als der eigentliche Werker. Darüber hinaus bietet ein solches System auch die Möglichkeit, weitere Informationen und Daten wie Prozessparameter auf dem Schlüssel zu speichern und an die Steuerung zu übermitteln.

Zertifizierten Baustein in weitere Geräte integrieren

In den ASi-5/ASi-3 Safety Gateways mit integriertem Sicherheitsmonitor für Profisafe über Profinet (BWU3674), CIP Safety über Ethernet/IP (BWU3857) und Safety over Ethercat, FSoE (BWU3858) ist der Baustein für die sichere Betriebsartenwahl bereits integriert. Die Gateways mit je zwei ASi-5 Mastern und zwei ASi-3 Mastern, dem offenen Kommunikationsprotokoll OPC UA, Webserver und vielen weiteren Features bieten derzeit laut dem Unternehmen aus Mannheim die leistungsstärkste Plattform für die Zukunft im Sortiment von Bihl+Wiedemann. „Das ist aber natürlich erst der Anfang“, kommentiert Bihl+Wiedemann Geschäftsführer Jochen Bihl. „Ab sofort werden wir den Baustein in allen neuen Geräten berücksichtigen – auch in Varianten, die nicht dem High-End-Bereich zuzuordnen sind.“

Denn in Zeiten sich verschärfender Sicherheitsnormen und der Einführung von ASi-5 steht für Jochen Bihl, den Mitgründer der AS-Interface Masters, eines fest: „Die sichere Betriebsartenwahl sehe ich für AS-Interface nicht als ’Nice-to-have‘, sondern als ’Must-have‘. Wir wollten es unseren Kunden schließlich schon immer so leicht wie möglich machen, von den vielfältigen Vorteilen des Systems zu profitieren. Und das wollen wir bei Bihl+Wiedemann heute angesichts immer komplexerer Anwendungen noch mehr denn je.“

* Thomas Rönitzsch, Bihl+Wiedemann

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