Pilz So einfach und wirtschaftlich wie möglich

Autor / Redakteur: Jörg Sieg / Reinhard Kluger

Oberste Prämisse im Maschinenbau ist Flexibilität und funktionale Sicherheit, aber nicht auf Kosten der Produktivität. Ein dezentrales E/A-System, das modular ausbaubar ist, passt sich Anforderungen jeglicher Applikation an. Und: Beide Steuerungsarten, sowohl Standard als auch Sicherheit, sind gemeinsam realisierbar oder auch jede für sich.

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Die Automatisierungstechnik ist zum Erfolgsfaktor im globalen Wettbewerb geworden. Keine Maschine ist wie die andere, weshalb Steuerungssysteme ungemein flexibel sein müssen. So können Anwender durch einen modularen Systemaufbau das System eng an ihre Applikation anpassen. Darüber hinaus gilt es höchste Sicherheitsanforderungen zu erfüllen, ohne dass darunter die Produktivität leidet. Ist ein System dann auch noch einfach zu handhaben und eröffnet Einsparpotenziale, umso besser. All das sind Anforderungen, die heutige Technik unter einen Hut zu bringen weiß, wie das dezentrale E/A-System PSSuniversal vom Unternehmen Pilz zeigt.

PSSuniversal übernimmt sicherheitsgerichtete und/oder Standardsteuerungsfunktionen auf Feldebene. Im Vergleich zu Systemen mit nachträglich aufgesetzter Sicherheitstechnik ist höhere Sicherheit mit gleichwertig integrierter Standardautomatisierung möglich. Das System lässt sich völlig flexibel nach den Anforderungen der Applikation zusammensetzen. Ein komplett gemischter physikalischer Aufbau ist möglich aber auch reine Standardapplikationen können mit dem System abgedeckt werden. Beide Steuerungsteile – Standard und Sicherheit – sind bei einem physikalisch gemischten Aufbau rückwirkungsfrei verzahnt und logisch voneinander getrennt.

Flexibel dank modularem Aufbau

Das dezentrale E/A-System besteht aus einem Kopfmodul, das für sämtliche Kommunikations- und Verarbeitungsaufgaben zuständig ist. Es übernimmt die Anbindung an alle gängigen Standard-Feldbusse sowie an Profinet und auch an das sichere Bussystem SafetyBUS p. Dank dieser Offenheit für andere Systeme lässt sich das E/A-System auch leicht in bestehende Anlagen integrieren.

Dem individuellen Bedarf entsprechend docken Basismodule an das Kopfmodul an, die ihrerseits steckbare Elektronikmodule aufnehmen. Pro Plattform können bis zu 64 Module aufgesteckt werden. Da weder externe Klemmen noch Verkabelungsaufwand erforderlich sind, sind Verdrahtungsfehler ausgeschlossen.

Die Ein- und Ausgabemodule des Systems lassen sich entsprechend den Anforderungen an Signalart und -menge individuell zusammenstellen. Sie dienen der Spannungsversorgung und -verteilung sowie der sicheren Blockabschaltung und sind für unterschiedliche Anwendungsbereiche geeignet. Es steht eine Vielzahl von Ein- /Ausgabemodulen für funktionale Sicherheit und Standard-Steuerungsfunktionen zur Verfügung: von Spannungsversorgungsmodulen über Relaismodule bis hin zu Modulen für erweiterte Umgebungsbedingungen. Damit sind auch Applikationen im Outdoor-Bereich kein Problem. Spezielle Module halten im Temperaturbereich von -30°C bis +60°C Feuchtigkeit und Tau, im Rahmen von Verschmutzungsgrad 2, problemlos stand. Der Vorteil besteht darin, dass eine Schaltschrankheizung dort, wo sie nur sehr aufwändig zu realisieren wäre, nicht notwendig ist.

Über die so genannten Linkmodule lässt sich der lokale Modulbus ausdehnen, was das Einsatzgebiet für das System vergrößert. Dies ist ideal für Applikationen, bei denen es kleinere Entfernungen zu überbrücken gilt und ein höherer Grad der Dezentralisierung gefordert ist. Eine besonders hohe Flexibilität für die Dezentralisierung ist auch durch den Einsatz von Funkmodulen für InduraNET p möglich. Hierbei lässt sich der komplette Modulbus über eine Funkverbindung übertragen.

Schneller Schalten

Daten kommen bei zunehmender Dezentralisierung aus unterschiedlichen Quellen. In Zusammenhang mit der Verknüpfung der Daten und dem damit verbundenen Programmieraufwand sowie die Performance spielt das sogenannte Zustimmprinzip eine entscheidende Rolle. Bei PSSuniversal vergleicht das Zustimmprinzip auf Feldebene eingehende Schaltsignale der Prozesssteuerung mit den sicheren Freigabeinformationen eines Steuerungssystems PSS. Ausschließlich dann, wenn die sichere Freigabe vorliegt, kann die Prozesssteuerung auch einen Ausgang schalten. Durch das lokale Zustimmprinzip bzw. die enge Verzahnung von Sicherheits- und Steuerungstechnik können Schaltzeiten bis zu 60 Prozent reduziert werden, ohne Einbußen bei der Sicherheit.

Rückwirkungsfreiheit ist ebenso gewährleistet wie die klare Trennung mit geeigneten Sicherheitsmechanismen, die eine versehentliche oder absichtliche Manipulation erst gar nicht zulassen. Das System ist komplett nach Kategorie 4 gemäß EN 954-1 bzw. nach SIL 3 gemäß IEC 61508 ausgelegt.

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Servicefreundlichkeit wird großgeschrieben

In produktionsnahen Bereichen und der Instandhaltung bestimmt die Handhabung der eingesetzten Geräte zunehmend die Folgeaufwendungen des Anwenders. Im Falle eines Gerätetauschs bringt der modulare Aufbau einige Vorteile mit sich. So können auch sichere E/A-Module im laufenden Betrieb aus dem Modulverbund herausgenommen werden, ohne dass hierzu das System zunächst gestoppt oder gar auseinander gebaut werden muss. Diese Maßnahmen dienen der schnellen Wiederinbetriebnahme und einer möglichst kurzen Ausfallzeit der Maschine oder Anlage.

Zwei Softwaretools erleichtern die Inbetriebnahme. Mit dem PSSuniversal Assistant lässt sich eine individuelle Lösung schnell und einfach am PC konfigurieren. Das PSSuniversal Startup-Tool erlaubt den Test der Peripherie unabhängig von der Inbetriebnahme des Feldbussystems und der Steuerung. Zudem besitzt es die Zusatzfunktion, dass eine Vorinbetriebnahme durch Steuern/Forcen von nicht sicheren wie auch sicherheitsgerichteten Signalen erfolgen kann. Diese Funktion ermöglicht es dem Anwender, Inbetriebnahme und Prüfung der Verdrahtung unabhängig von der Steuerung und dem Netzwerk vorzunehmen. Steuerungsprogrammierer und Inbetriebnehmer können parallel arbeiten, was ihre gegenseitigen Abhängigkeiten reduziert.

Die Module des dezentralen E/A-Systems PSSuniversal lassen sich auch im neuen Automatisierungssystem PSS4000 einsetzen. Damit besteht für Anwender ein einfacher Migrationspfad von PSSuniversal zu PSS4000. Bereits erworbenes Know-how lässt sich somit weiterverwenden und der Schutz bereits getätigter Investitionen ist gesichert.

Automatisierungstechnik für das Formen von Zellulose

Ein Beispiel aus der Praxis: Spezialisiert auf die Entwicklung und Modernisierung von Spezialmaschinen für die Herstellung von Hygieneprodukten ist die Bicma Hygiene Technologie GmbH. Zum Portfolio des in Mayen bei Koblenz ansässigen Unternehmens gehört auch eine Maschine zur Herstellung von Inkontinenzprodukten. Die von 60 Servomotoren angetriebene Maschine produziert rund um die Uhr an sieben Tagen die Woche bis zu 1.200 Stück/Minute und ist damit für bis zu 320m/min ausgelegt. Effizienz, kurze Umrüstzeiten auf andere Formate und ein modernes Sicherheitskonzept zeichnen diese Maschine aus.

Dieses hat man bei Bicma hinsichtlich Beratung und Produkte mit Pilz realisiert. Planung und Umsetzung des Sicherheitskonzeptes erfolgten in enger Zusammenarbeit mit dem Experten für sichere Automation aus Ostfildern bei Stuttgart. Im Fokus standen das einfache Handling der Maschine bei gleichzeitig maximaler Sicherheit für Mensch und Maschine. Die ersten Probeläufe bestätigten, dass dieses Ziel auch erreicht wurde.

Dezentrale Sicherheit macht schnell

Das Sicherheitskonzept, ausgelegt nach EN 954-1 Kategorie 3 bzw. EN ISO 13849-1 PL d, wurde mit einem kompakten Steuerungssystem PSS der neuesten Generation in Kombination mit dem dezentralen E/A-System PSSuniversal realisiert. Mehrere PSSuniversal E/A-Module sammeln die Signale der über 200 sicherheitsrelevanten Sensoren und Aktoren der Anlage ein und übermitteln diese mittels des sicheren Bussystems SafetyBUS p an das sichere Steuerungssystem. PSSuniversal bietet hier den Vorteil, dass alle Adern der Sensor- und Aktorleitungen auf den Basismodulen angeschlossen werden können und keine weiteren Anschlusspunkte geschaffen werden müssen.

Das Sicherheitskonzept muss unter anderem gewährleisten, dass die Anlage im Einrichtbetrieb nur dann mit einer überwachten Einrichtgeschwindigkeit gefahren werden kann, wenn auf der Bedienseite nur eine einzige Zugangstür geöffnet ist. Beim Öffnen einer zweiten Tür werden die im Einsatz befindlichen Antriebsachsen sicher gestoppt.

Das dezentrale E/A-System verfügt neben der SafetyBUS p-Schnittstelle auch über eine Ethernet- und eine Profibus-DP-Schnittstelle. Über diese erfolgt die Kommunikation mit dem übergeordneten Steuerungssystem. Für den Datenaustausch zwischen den beiden Systemen steht ein spezielles Software-Paket für System- und Peripheriemeldungen sowie für einen frei definierbaren Adressbereich zur Verfügung. Dieses ermöglicht die Übertragung sämtlicher sicherheitsgerichteten Meldungen an das Leitsystem bei einem nur minimalen Programmieraufwand.

Jörg Sieb, Technisches Büro Siegburg, Pilz

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