Predictive Maintenance So lassen sich Sicherheitsschaltgeräte in die Instandhaltung einbinden

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Die vorausschauende Instandhaltung, auch Predictive Maintenance genannt, ist ein beliebter Anwendungsfall für Industrie 4.0. Aber wie lassen sich Sicherheitsschaltgeräte in ein solches Konzept einbinden? Die Antwort: Mit einem Bussystem, das Status- und Diagnosedaten erfasst und überträgt.

Bei Predictive Maintenance werden wartungs- oder ausfallrelevante Daten an der Maschine erfasst, vor Ort oder extern ausgewertet und die entsprechenden Schlüsse daraus gezogen. Anwender profitieren von einer reduzierten Anzahl an ungeplanten Stillständen, weil Unregelmäßigkeiten frühzeitig erkannt und reguliert werden. Auch der unnötige Austausch von Verschleißteilen auf Verdacht entfällt. Die Teile können erst erneuert werden, wenn das Ende ihrer tatsächlichen Lebensdauer erreicht ist. Bei Antrieben kommt Predictive Maintenance auch zum Einsatz, wenn es sich um sicherheitskritische Anwendungsfälle handelt, z .B. bei Radlagern von Schienenfahrzeugen, oder wenn Antriebe schwer zugänglich sind.

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Mit einem Bussystem Sicherheitsschaltgeräte fit für Predictive Maintenance machen

Doch wie sieht es bei Sicherheitsschaltgeräten aus? Lassen sie sich überhaupt in Predictive-Maintenance-Konzepte integrieren? Ein Bussystem schafft dafür die notwendigen Voraussetzungen, um umfassende Status- und Diagnosedaten an eine übergeordnete Maschinensteuerung übertragen zu können. Das Unternehmen Schmersal aus Wuppertal hat hierfür den SD-Bus zum SD 4.0 weiterentwickelt. So wird eine Datenübertragung bei elektronischen Sicherheitssensoren und –zuhaltungen möglich, die mit einem integrierten SD-Interface ausgestattet sind. Sie werden in Reihe geschaltet und sind so kommunikationsfähig.

Zu den Daten, die über den SD-Bus erfasst und übermittelt werden, gehören z. B. die Anzahl von Schaltzyklen sowie Grenzbereichswarnungen und Abstandswarnungen. Diese Daten vermitteln zunächst ein Bild über die tatsächliche Nutzung der jeweiligen Schutzeinrichtung. Außerdem kann der Anwender gegebenenfalls Schwachstellen in der Produktion erkennen oder das Personal nachschulen, wenn die Daten zeigen, dass Bediener in einem Gefahrenbereich häufig in den Prozess eingreifen. Auch Fehlermeldungen werden erkannt und angezeigt. Zudem ist es über das SD-Interface möglich, Sicherheitsschaltgeräte einzeln zu sperren bzw. zu entsperren oder zu konfigurieren. Anwender können so beispielsweise die Rastkraft der elektromagnetischen Sicherheitszuhaltung MZM 100-SD über den SD-Bus von Schmersal einstellen.

Bussystem: Wenn der Maschinenbauer die Wahl hat

Der Maschinenbauer hat verschiedene Optionen, die im Feld gesammelten Daten weiterzugeben und auszuwerten: z. B. die Installationssysteme, über die sowohl die sicheren Ein- und Ausgänge als auch der SD-Bus in Reihe geschaltet werden. Zur Anbindung an übergeordnete Steuerungssysteme stehen ein Profibus-Gateway und ein Universal-Gateway für die gängigsten Bussysteme (Profinet, Ethercat, Ethernet IP, Devicenet, CC-Link, Modbus TCP) zur Verfügung. Eine weitere Möglichkeit besteht im Einsatz der Sicherheitssteuerung Protect PSC1 von Schmersal mit integriertem SD-Interface. Sie kann zusätzlich sicherheitsgerichtete Signale verarbeiten und bietet Schnittstellen für Profinet, Ethernet/IP, Ethercat und OPC UA.

SD 4.0 als Plattform für Predictive Maintenance

Ein wesentlicher Baustein der SD-4.0-Plattform ist die Anbindung an OPC UA, einem standardisierten Protokoll für die M2M-Kommunikation. Daraus ergeben sich für den Maschinenbauer und Anwender neue Möglichkeiten im Hinblick auf die vorausschauende Wartung. Denn die Diagnoseinformationen können so beispielsweise auf Bildschirmen visualisiert und über mobile Endgeräte wie Tablets oder Handys abgerufen werden. Das ermöglicht eine standortunabhängige Kontrolle von Fertigungsprozessen. Den Maschinenbauern und -betreibern steht so eine systemunabhängige Lösung für die durchgängige Kommunikation von Diagnoseinformationen zur Verfügung.

Bei der Anbindung über die Sicherheitssteuerung Protect PSC1 mit integriertem OPC-UA-Server ermöglicht der Server z. B. auch die Integration in IBS- und Service-Support- sowie Asset-Dienste im Sinne des Digital Asset Management (DAM).

Umfangreiche Datensätze aller Sicherheitssensoren aus dem Schmersal-Portfolio können zukünftig maschinenlesbar und mit semantischer Beschreibung über das M2M-Kommunikationsprotokoll abgerufen werden. Sicherheitssensoren, die über eine Anbindung zum SD-Bus verfügen, können darüber hinaus Informationen zum Betätiger, zur Temperatur im Sensor, zur Seriennummer des Gerätes sowie Fehlermeldungen übermitteln.

Diese Daten erlauben es, Sicherheitsschaltgeräte im Sinne der Predictive Maintenance noch vor dem Erreichen ihrer Lebensdauer auszutauschen. Besonders interessant ist das bei verschleißbehafteten elektromechanischen Sicherheitsschaltgeräten. Bei ihnen ergibt sich der Austauschzeitpunkt über die MTTFd-Werte. Die tatsächlichen Werte (Schalthäufigkeit etc.) werden ermittelt und gespeichert und können vom Anwender abgeglichen werden.

Auf Maschinensicherheitsebene bereit für fabrikübergreifende Kommunikation

Die Integration von OPC UA in die Sicherheitssteuerung PSC1 schafft außerdem die Voraussetzung dafür, dass die aktuellen Daten der Sicherheitsschaltgeräte von Schmersal für einen herstellerunabhängigen Austausch zur Verfügung stehen.

* Tobias Thiesmann, System- und Lösungsmanager, Schmersal Gruppe

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