Sichere Kleinsteuerung Mit Multitalent Sicherheit implementieren

 Mit Funktionsbausteinen ganz gezielt Schutz und Sicherheit in Maschinen und Anlagen implementieren: Das funktioniert, seit es PNOZmulti gibt. Die sicheren Kleinsteuerungen lassen sich einfach per Software-Tool konfigurieren – und vor Inbetriebnahme offline simulieren.

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Pilz GmbH & Co. KG

Sie gelten als echte Multitalente, die konfigurierbaren sicheren Kleinsteuerungen der PNOZmulti-Familie. Weltweit sorgen sie in zigtausenden Maschinen quer durch alle Industrien und Branchen für Sicherheit. Sie kommen überall dort zum Einsatz, wo Automatisierungsprojekte nicht nur sicher für Mensch und Maschine, sondern auch flexibel und effizient umgesetzt werden sollen. Das ist in Bearbeitungszentren, Montage- und Abfüllanlagen ebenso der Fall wie etwa in Verarbeitungs-, Produktions- oder Verpackungsmaschinen.

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Neben dem Schutz des Menschen treffen diese konfigurierbaren sicheren Kleinsteuerungen Vorkehrungen, damit Maschinen und Anlagen sicher sind und sich im Ernstfall nicht selbst zerstören. Kurz: Konform mit sämtlichen einschlägigen Normen hat Pilz mit PNOZmulti einen international anerkannten, zertifizierten Standard zum Schutz von Mensch und Maschine geschaffen. Die Markteinführung des ersten PNOZmulti sollte den Maschinen- und Anlagenbau gravierend verändern. Mit dem so genannten PNOZmulti Classic brachte Pilz 2002 als erstes Unternehmen eine frei konfigurierbare Kleinsteuerung auf den Markt. Erstmals ließen sich per Software mit nur einem Gerät auf einfache Weise mehrere sicherheitsrelevante Funktionen einer Maschine erstellen – daher „multi".

Mit Maus verdrahten statt fehlerbehafteter Verkabelung

Für den Elektrokonstrukteur bedeuteten die frei konfigurierbaren Ein- und Ausgänge jetzt jede Menge Flexibilität, er musste sie nun lediglich noch planerisch berücksichtigen. Was vorher bei der auf Sicherheit ausgerichteten Applikation für den Maschinen- oder Anlagenbauer umständlich und zeitaufwendig über die Verdrahtung von Schützen und Schaltgeräten zu realisieren war, konnte er nun mit Funktionsbausteinen und Logikverknüpfung untereinander erstellen. Intuitives „Verdrahten mit der Maus“ statt fehlerbehafteter Verkabelung. Neben der Ersparnis an Zeit, Platz und Kosten gewannen so komfortable Diagnose- und Visualisierungsmöglichkeiten an Bedeutung. Stillstandzeiten sinken, die Anlagenverfügbarkeit steigt, um ein paar der gewonnenen Vorteile für den Anlagen- und Maschinenbauer aufzulisten.

Nach der Einführung einer schmaleren Variante (PNOZmulti Mini) brachte Pilz 2012 PNOZmulti 2 auf den Markt, das sich zu einem Multitalent in vielerlei Hinsicht entwickelt hat. Nicht zuletzt dadurch, dass Kundenanforderungen bei der Entwicklung stets mitberücksichtigt worden sind. Denn die Kleinsteuerung eroberte mit zwei Basisgeräten den Markt, PNOZ m B0 und PNOZ m B1, mit denen sich unterschiedlichste Funktionalitäten auch kombinieren lassen.

Sicherheitsfunktionalitäten an jede Applikation anpassen

Und dafür steht ein breites Portfolio an Erweiterungsmodulen zur Verfügung, die nahezu alle sicherheitsrelevanten Anforderungen abdecken. Dazu zählen Überwachung von Not-Halt, Schutztüren, Lichtgittern, Zweihand-Bedienung, Pressensicherheitsventilen, analogen Messwerten und Motion-Monitoring-Funktionen. Das modulare Konzept schafft Maschinen- und Anlagenbauern die Möglichkeit, die Sicherheitsfunktionalitäten exakt an die jeweilige Applikation anzupassen. PNOZmulti 2 steht damit für maximale Sicherheit, je nach Applikation bis zu PL e/Cat. 4 nach EN ISO 13849-1 beziehungsweise SIL CL 3 nach EN / IEC 62061.

Das Basisgerät PNOZ m B0 bietet on-board 20 sichere Eingänge, davon acht frei konfigurierbare Ein-/Ausgänge, vier sichere Halbleiterausgänge plus vier konfigurierbare Taktausgänge. Bei Bedarf lassen sich bis zu sechs Erweiterungsmodule, E/A- oder Motion Monitoring-Module, andocken. Auf diese Weise sind eine große Zahl an Sicherheits- und Automatisierungsfunktionen mit nur einem Basisgerät umsetzbar. Hinzu kommen die Kommunikationsmodule, etwa die Feldbusmodule zur Kommunikation an eine übergeordnete SPS-Steuerung oder Verbindungsmodule zur dezentralen Peripherie oder zur Verlinkung von Basisgeräten. Das Basisgerät PNOZ m B1 wiederum hat lediglich Testtaktausgänge on-board. Die Anzahl der verfügbaren E/As wird über die eingesetzten Erweiterungsmodule flexibel und fein granular gesteuert. Das bedeutet: Anwender müssen nur in die Erweiterungen investieren, die für die Umsetzung ihrer Applikation tatsächlich nötig sind. PNOZ m B1 ist deutlich performanter und kann bis zu 4-fach größere Anwenderprogramme bearbeiten – also mehr Leistung für Maschinen mit größerem Funktionsumfang.

So lassen sich beim PNOZ m B1 auf der rechten Seite zwölf sichere Erweiterungsmodule und ein Standardausgangsmodul ausbauen. PNOZ m B1 hat zudem zwei Ethernet-Kommunikationsschnittstellen, über die sich das Gerät auch programmieren lässt. Über Modbus/TCP on-board lassen sich zusätzliche virtuelle Ein- und Ausgänge bedienen und Verbindungen zu anderen Steuerungen direkt vom Basisgerät aus herstellen.

Module erweitern die Basisgeräte gezielt um Funktionalitäten. Es gibt beispielsweise Module mit sicheren Eingängen oder einer Kombination aus sicheren Eingängen und Ausgängen in Halbleiter- oder Relaistechnik. Motion-Monitoring-Module sorgen für die sichere Überwachung von Antriebsfunktionen: Sie überwachen bis zu 20 Achsen pro Basisgerät m B1 auf Sicherheitsfunktionen nach EN 61800-5-2.

Die Software: Von der Idee zum Projekt

„Multi“ auch deshalb: Der PNOZmulti Configurator macht als intuitiv bedienbares Werkzeug die grafische Konfiguration komplexer Vorgänge ohne Programmierkenntnisse möglich. Er unterstützt bei der Projektierung, Dokumentation und Inbetriebnahme. Der Anwender wählt die erforderlichen Funktionsbausteine aus und stellt per Drag & Drop die gewünschten Verknüpfungen her. Das Software-Tool prüft jede Aktion eigenständig auf Plausibilität. Beispiele zeigen, wie sich gezielt die Sicherheit komplexer Applikationen konfigurieren lässt.

PNOZmulti 2 verfügt beispielsweise auch über Module zur sicheren Überwachung mechanischer Pressen. Mit dem zweipoligen Halbleiterausgangsmodul werden Pressensicherheitsventile sowie andere Aktoren, die zweipolig geschaltet werden müssen, einfach und sicher angesteuert. Das macht den Betrieb mechanischer Pressen sicherer und zudem produktiver. Denn auf diese Weise lassen sich im Rahmen von Retrofits auch alte Pressen noch viele Jahre weiterbetreiben. Der PNOZmulti Configurator bietet dafür zertifizierten Pressenbau­steine, etwa für Betriebsarten oder Überwachungsfunktionen.

Anwendungsvielfalt: Brenner komplett absichern

Sichere Analogeingangsmodule decken besondere Aufgabenstellungen in der Automatisierungstechnik ab: Sie überwachen Prozesswerte sicher und exakt. Dazu stehen im PNOZmulti Configurator Software-Bausteine für Eingang, Plausibilität, Skalierung und arithmetische Funktionen zur Verfügung. Ein Multitalent auch in puncto Anwendungsvielfalt: PNOZmulti kann einen Brenner – also die komplette Maschine – absichern, und zwar nicht nur solche in der Fertigungsindustrie, auch in der Lebensmittelproduktion, wo ganz andere Umgebungsbedingungen herrschen.

Modulare Systemlösungen im Verbund könnten zum Beispiel so aussehen: Wenn mehrere Gefährdungsrisiken abzusichern sind, übernimmt PNOZmulti 2 das übergeordnete Steuerungs- und Sicherheitsmanagement. An einer Maschine sind beispielsweise mehrere Türen mit dem Schutztürsystem PSENmlock, dem codierten Sicherheitsschalter PSENcode und Maschinenzuführungen mit dem Lichtgitter PSENopt II – alle von Pilz – abgesichert. Diese werden, ebenso wie die installierten Not-Halt Taster, entweder direkt am Basisgerät (PNOZ m B0) oder über Eingangsmodule (PNOZ m B1) angebunden. Alternativ lassen sich die Türen mit der Diagnoselösung Safety Device Diagnostics (SDD) von Pilz auch in Reihe schalten und im Detail nachvollziehen. Damit sind letztlich nur zwei Drähte anzuschließen. Ob die Konfiguration fehlerhaft ist, kann der Konstrukteur per Offline-Simulation vor Inbetriebnahme am Rechner prüfen (siehe Interview).

Ergänzendes zum Thema

Andreas Volland im Interview

Fehlerfrei durch Simulation

Andreas Volland ist Product Manager Controller bei Pilz.

Warum ist das Thema Simulation für sichere konfigurierbare Kleinsteuerungen wie PNOZmulti 2 wichtig?

Ohne Simulation hat man extreme Schwierigkeiten, den Überblick zu behalten, ob die Konfiguration richtig ist. Unsere konfigurierbare sichere Kleinsteuerung PNOZmulti 2 wird in der Regel immer eingesetzt, wenn mehr als zwei, drei Sicherheitsfunktionen wie Schutztür, Not-Halt, Lichtgitter etc. an einer Maschine zu realisieren sind.

Gleichzeitig sind Automatisierungs-Lösungen enorm komplex, und das korrespondiert auch wieder mit den Anforderungen an die Sicherheitsfunktionali- täten.

Was kann die Simulation einer Konfiguration mit PNOZmulti 2 leisten?

Kurz skizziert: Das Programm überprüft die Logik-Verbindungen einer konfigurierbaren sicheren Kleinsteuerung. Es spürt Fehler so bereits im Vorfeld der Inbetriebnahme auf. Es simuliert quasi die echte Steuerung bei laufender Maschine – offline und ohne Hardware-Einsatz, schon im Büro.

Welche Vorteile bringt das konkret?

Auf diese Weise lassen sich Abbruch, Stillstände und Zeitverlust beim ersten Einsatz auf der Anlage vermeiden. Der Kunde spart viel Aufwand, Zeit und Kosten.

Ein typischer Anwendungsfall hier ist ein Hersteller medizintechnischer Geräte, dieser Kunde testet so die Konfigurationen verschiedener Typen seiner Großserienmaschinen – und spart damit sehr viel Zeit bei der Inbetriebnahme. Auch der Programmierer muss nicht mehr mit vor Ort dabei sein.

Gibt es ein besonderes Feature?

In unserer Simulation kann die Taktzeit einer Maschine vorgegeben werden, sie hat einen Zeitregler integriert. Zeitabläufe lassen sich simulieren, etwa die Sekunden, die eine Achse braucht, um in Position zu kommen.

Was sind die typischen Fehler, die beim Konfigurieren einer sicheren Kleinsteuerung gemacht werden?

Ganz typisch: Eine Maschine hat beispielsweise drei Schutztüren und einen Not-Halt. Nur, wenn alle Schutztüren geschlossen sind UND der Not-Halt nicht betätigt ist, dann darf die Maschine laufen. Jetzt hat aber der Kunde statt diesem UND ein ODER in seiner Konfiguration geschrieben – aus Versehen. Dann würde diese Maschine in jedem Fall anlaufen, obwohl vorher am Eingang durch die Betätigung des Not-Halts eine Aktion ausgelöst wurde. Über die Simulation kann er das vorher simulieren, also austesten, und seine Konfiguration berichtigen.

Oder es wird in einem Programmteil die Verbindungslinie zwischen zwei unserer Funktionsbausteine vergessen. Praktisches Beispiel: Ein Not-Halt-Taster als Eingang steuert einen Ausgang an in der Konfiguration. Dazwischen sind noch andere Funktionsbausteine, also andere Linien, eingeplant. Wird eine Linie vergessen, passiert später nichts beim Betätigen des Not-Halt. Die Simulation setzt auf diese Weise also schon bei der Entwicklung an – mit Sicherheit.

System vereint Safety- und Industrial Security-Funktionen

Im Verbund mit der webbasierten Visualisierungssoftware PASvisu von Pilz wiederum erhalten Betreiber und Servicepersonal lokal und via Fernzugriff einen umfassenden und komfortablen Überblick über die gesamte Anlage – mit zahlreichen Diagnosemöglichkeiten. Fehler oder Störungen sind schnell detektier- und behebbar. Das heißt: Stillstandzeiten sinken.

Industrielle Sicherheit bedeutet auch Zugangsschutz. Im Zusammenspiel mit dem modular aufgebauten Betriebsartenwahl- und Zugangsberechtigungssystem PITmode fusion vereinfacht PNOZmulti 2 das Management von Zutrittsschutz und die Betriebsartenwahl: Das System vereint Safety- und Industrial Security-Funktionen und kommt in Maschinen und Anlagen zum Einsatz, die ein regelmäßiges Umschalten zwischen unterschiedlichen Steuerungsabläufen und Betriebsarten erfordern. Mit der Integration von PITmode fusion in ihre Anlagenkonzepte vergeben Betreiber Zugangsberechtigungen über codierte RFID-Transponderschlüssel. Und im Zusammenspiel mit der Ausleseeinheit PITreader kann PNOZmulti zur Zugangsberechtigung eingesetzt werden. Der PITreader funktioniert mit Chip und Lesegerät – wie ein Schlüssel. PNOZmulti wertet aus, welcher Schlüsselleser berechtigt ist und kann damit Sicherheitsfunktionen freigeben. Bereits das Basisgerät des PNOZ m B1 enthält einen Funktionsbaustein zur Authentifizierung. Und auch das sorgt für Sicherheit rund um die Maschine.

* Andreas Volland, Product Manager Controller bei Pilz

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