Analog zum Fortschritt in der Automatisierungstechnik hat sich die Sicherheitstechnik von der verdrahteten Schütztechnik über kontaktbehaftete Sicherheitsschaltgeräte sowie Geräte mit integrierter Logikfunktion sukzessive in Richtung flexibel konfigurierbarer Sicherheitsschaltgeräte oder auch Kleinsteuerungen entwickelt. Dahinter steckte der Wunsch, die Sicherheitstechnik für den Anwender transparenter und handhabbarer zu gestalten. Dies führte letztlich auch zur Entwicklung neuartiger Konfigurationstools, die Funktion und Logik grafisch darstellen und die konfigurierte Einstellung dann per Speichermedium an die Kleinsteuerung weitergeben.

Konfigurierbare sichere Kleinsteuerungen der PNOZmulti-Familie von Pilz sorgen weltweit in unzähligen Branchen für Sicherheit. Konform mit sämtlichen einschlägigen Normen hat das Unternehmen eigenen Angaben zufolge mit PNOZmulti einen international anerkannten, zertifizierten Standard zum Schutz von Mensch und Maschine geschaffen.

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Egal ob Classic oder PNOZmulti 2, seit nunmehr bald 20 Jahren ist der Sonder- und Serienmaschinenbau das klassische Einsatzfeld von PNOZmulti, hier insbesondere Verarbeitungs-, Produktions- und Verpackungsmaschinen, Bearbeitungszentren, Montage- und Abfüllanlagen. Bereits seit einigen Jahren sorgen die PNOZmulti-Systeme aber auch in Seilbahnen, Hafenkränen, Windenergieanlagen oder Fahrgeschäften für die geforderte Sicherheit. Selbst in der Brenner- und Feuerungstechnik, so beispielsweise in Gasmotoren, Heizkraftanlagen oder Backöfen, findet man die sichere konfigurierbare Kleinsteuerung.

Klassische Zeitrechnung

Ihren Anfang nahm die Geschichte der Produktfamilie 2002. Damals brachte Pilz mit dem PNOZmulti Classic und vier Modulen als erstes Unternehmen eine frei konfigurierbare Kleinsteuerung auf den Markt. Erstmals konnten mehrere sicherheitsrelevante Funktionen einer Maschine – daher die Bezeichnung multi – mit nur einem Gerät über ein am Computer generiertes Softwareprogramm auf einfache Weise erstellt werden.

Dem verantwortlichen Elektrokonstrukteur ermöglichen die frei konfigurierbaren Ein- und Ausgänge ein ausgesprochen hohes Maß an Flexibilität. Er muss nur die erforderlichen Ein-/Ausgänge planerisch berücksichtigen.

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Mithilfe der sicheren Anwendungselemente und Logikverknüpfung der Elemente untereinander konnte der Maschinen- oder Anlagenbauer die geforderte sicherheitsgerichtete Applikation erstellen, die er früher umständlich und zeitaufwendig über die Verdrahtung von Schützen und Schaltgeräten realisiert hätte. Linien zwischen den vorgefertigten Anwendungsbausteinen ersetzen Kontakte und Drähte. Das Anfertigen eines elektrischen Schaltplanes mit der Abbildung der Logikfunktionalitäten entfiel.

In der Folge etablierte sich intuitives ›Verdrahten mit der Maus‹. Schnell erkennen und schätzen Maschinenbauer wie Anwender die Vorteile, wie der Hersteller erzählt: Neben der Zeit-, Platz- und Kostenersparnis gewännen komfortable Diagnose- und Visualisierungsmöglichkeiten an Bedeutung. Stillstandszeiten sinken, die Anlagenverfügbarkeit steigt.

2009 folgte mit dem PNOZmulti Mini eine schmalere Variante. Im Gegensatz zum PNOZmulti Classic ist das Gerät anstatt 135 lediglich 45 Millimeter breit und mit einem Display ausgestattet, das Klartext anzeigen kann.

2012 brachte Pilz dann die zweite Generation der Kleinsteuerungen auf den Markt. Auch PNOZmulti 2 beruht auf einer modularen Hardwareplattform. Diese Kleinsteuerung bietet die Basisgeräte PNOZ m B0 und – seit 2015 – das PNOZ m B1, 45 Millimeter breit und mit beleuchtetem Klartext-Display. Außerdem enthält sie ein breites Portfolio an Erweiterungsmodulen, die nahezu alle sicherheitsrelevanten Anforderungen abdecken. Dazu gehört das Überwachen von Not-Halt, Schutztüren, Lichtgittern, Zweihand, Pressensicherheitsventilen, analogen Messwerten bis hin zu Motion-Monitoring-Funktionen. PNOZmulti 2 steht für hohe Sicherheit, je nach Applikation bis zu PL e/Cat. 4 nach EN ISO 13849–1 respektive SIL CL 3 nach EN / IEC 62061.

Viele Einsatzgebiete

Das Basisgerät PNOZ m B0 bietet on-board zwanzig sichere Eingänge, davon acht frei konfigurierbare Ein-/Ausgänge (E/A), vier sichere Halbleiterausgänge plus vier konfigurierbare Taktausgänge. Bei Bedarf lassen sich bis zu sechs Erweiterungsmodule – E/A- oder Motion-Monitoring-Module – andocken, sodass eine große Zahl an Sicherheits- und Automatisierungsfunktionen mit nur einem Basisgerät umsetzbar ist. Dazu kommen die Kommunikationsmodule, wie etwa die Feldbusmodule zur Kommunikation an eine übergeordnete SPS oder Verbindungsmodule zur dezentralen Peripherie beziehungsweise unter den Basisgeräten.

PNOZ m B0 ist über eine USB-Schnittstelle programmierbar, das Anwenderprogramm wird dabei auf einer Chipkarte gespeichert. Im Gegensatz zum Basisgerät PNOZ m B0 hat das PNOZ m B1 lediglich Testtaktausgänge on-board.

Die Anzahl der verfügbaren E/As wird über die eingesetzten Erweiterungsmodule flexibel und fein granular gesteuert. Hier müssen Anwender nur in die Erweiterungen investieren, die für die Umsetzung ihrer Applikation tatsächlich benötigt werden.

PNOZ m B1 ist mit leistungsfähigen Prozessoren ausgestattet und ermöglicht, falls erforderlich, bis zu vierfach größere Anwenderprogramme für Konfigurations- und Applikationsaufgaben als PNOZ m B0 oder andere Kleinsteuerungen aus der PNOZmulti-Familie. Es bietet so mehr Leistung für Maschinen mit größerem Funktionsumfang, also für größere Projekte. So lässt sich das PNOZ m B1 auf der rechten Seite mit zwölf sicheren Erweiterungsmodulen und einem Standardausgangsmodul ausbauen. Es hat zudem zwei Ethernet-Kommunikationsschnittstellen, über die das Gerät auch programmiert werden kann.

Das Anwendungsprogramm wird auf einem USB-Stick gespeichert. Es können auch mehrere Programme abgespeichert werden, wobei nur eins ausführbar ist – eine wirtschaftliche Lösung für den Anwender, wenn er für unterschiedliche Maschinentypen unterschiedliche Automatisierungslösungen benötigt, wie Pilz hervorhebt.

Über Modbus/TCP on-board lassen sich die virtuellen Ein- und Ausgänge bedienen und Verbindungen zu anderen Steuerungen direkt vom Basisgerät aus herstellen.

Auf Plausibilität geprüft

Funktional sind konfigurierbare Kleinsteuerungen wie PNOZmulti 2 zwischen Sicherheitsrelais PNOZ und großen, programmierbaren Steuerungssystemen im Automatisierungssystem PSS 4000 angesiedelt. Parametrierwerkzeug ist und bleibt das Softwaretool PNOZmulti Configurator.

Das zu PNOZmulti gehörende Softwaretool macht als intuitiv bedienbares Werkzeug die grafische Konfiguration komplexer Vorgän-ge ohne Programmierkenntnisse möglich. Fand man auf der Benutzeroberfläche zu Anfang lediglich ein Hauptprogramm vor, sind dort aktuell auch die eigenständigen Unterprogramme (mIQ) der Module dargestellt.

Das Tool unterstützt den Anwender bei der Projektierung, Dokumentation und Inbetriebnahme. Er wählt die erforderlichen Funktionsbausteine aus und stellt per Drag-and-drop die gewünschten Verknüpfungen her. Das Programm prüft jede Aktion eigenständig auf Plausibilität.

Sollen bewährte Hardwarekonfigurationen älterer Maschinen auf ein geplantes Projekt übertragen werden, unterstützt ein in dieser Form laut Anbieter einzigartiges Migrationstool. Dabei legt der Anwender das Icon des PNOZmulti-2-Basisgerätes einfach auf das der Vorgängervariante. Die Übernahme der alten Konfiguration wird gestartet; das Programm adaptiert. Auf erforderliche Anpassungen weist das Tool automatisch hin; innerhalb von nur wenigen Minuten ist die Konfiguration schließlich auf dem aktuellen Stand.

Bevor das neue Programm an der Maschine seine Funktionsfähigkeit unter Beweis stellt, prüft ein Offline-Simulationsprogramm das fertig gestellte Projekt am Rechner. Es simuliert und überprüft die Logik-Verbindungen und spürt Fehler bereits im Vorfeld auf. Damit lassen sich Abbruch, Stillstände und Zeitverlust beim ersten Einsatz auf der Anlage vermeiden.

Module bringen Flexibilität

Je nach Einsatzfall kann der Maschinen- oder Anlagenbauer verschiedene Module einsetzen, um die Basisgeräte zu erweitern. Zur Verfügung stehen Module, die über sichere Eingänge oder eine Kombination aus sicheren Eingängen und Ausgängen in Halbleiter- oder Relaistechnik verfügen.

Darüber hinaus sorgen Motion-Monitoring-Module für die sichere Überwachung von Antriebsfunktionen. In Anlagen mit mehreren angetriebenen Achsen überwachen sichere Motion-Monitoring-Module Achsen auf Sicherheitsfunktionen nach EN 61800–5–2 – pro Basisgerät m B1 bis zu 20 Achsen –, so etwa Sichere Geschwindigkeits- und Bereichsüberwachung, Safe Stopp 1 und Safe Stopp 2 (verzögerter und direkter Halt).

Neben gängigen E/A-Modulen verfügt PNOZmulti 2 auch über Module zur sicheren Überwachung mechanischer Pressen. Mit dem zweipoligen Halbleiterausgangsmodul der konfigurierbaren sicheren Kleinsteuerungen werden Pressensicherheitsventile sowie andere Aktoren, die zweipolig geschaltet werden müssen, angesteuert. Das macht den Betrieb mechanischer Pressen nicht nur sicherer, sondern auch produktiver, so Pilz. Auf diese Weise lassen sich sowohl neue als auch alte Pressen – im Rahmen von Retrofits – noch viele Jahre weiter betreiben. Zudem gibt es zertifizierte Pressenbausteine im PNOZmulti-Configurator, beispielsweise für Betriebsarten oder Überwachungsfunktionen. Auch sichere Analogeingangsmodule decken besondere Aufgabenstellungen im Bereich der sicheren Automatisierungstechnik ab. Sie überwachen Prozesswerte exakt. Dazu wurden im PNOZmulti-Configurator neue Software-Bausteine für Eingang, Plausibilität, Skalierung und arithmetische Funktionen bereitgestellt. Diese machen die Projektierung einfacher und vor allem schneller. Grenzwert und Bereichsüberwachung sind so mit nur wenigen Mausklicks parametrierbar.

Mehrere Risiken absichern

Auf PNOZmulti 2 basierende Konzepte sind flexibel veränder- und erweiterbar. Wenn mehrere Gefährdungsrisiken effizient abzusichern sind, übernimmt die Kleinsteuerung 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 abgesichert. Diese werden, ebenso wie die installierten Not-Halt-Taster, entweder im Fall von PNOZ m B0 direkt am Basisgerät angebunden oder bei PNOZ m B1 über Eingangsmodule. Alternativ lassen sich die Türen mit der Diagnoselösung Safety Device Diagnostics (SDD) auch in Reihe schalten und im Detail nachvollziehen. Damit sind letztlich nur zwei Drähte anzuschließen.

Im Verbund mit der webbasierten Visualisierungssoftware PASvisu lassen sich Automatisierungsprojekte mit der Kleinsteuerung zudem einfach konfigurieren und visualisieren. Mit der Software erhalten Betreiber und Servicepersonal lokal und via Fernzugriff einen Überblick über die gesamte Anlage.

Wenn PNOZmulti 2 direkt mit PASvisu verknüpft wird, steht der volle Funktionsumfang der Software einschließlich zahlreicher Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung. Fehler oder Störungen sind somit schnell detektier- und behebbar, Stillstandzeiten sinken, so der Anbieter.

Ein weiterer Punkt ist, dass die Kleinsteuerung im Zusammenspiel mit dem Betriebsartenwahl- und Zugangsberechtigungssystem PITmode fusion das Management für den Zutrittsschutz und die Betriebsartenwahl vereinfacht.

Das System vereint Safety- und 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. Darüber hinaus legen sie fest, welcher Mitarbeiter welche Betriebsart aktivieren darf, zum Beispiel Automatikbetrieb, manuelles Eingreifen unter eingeschränkten Bedingungen und Servicebetrieb.

PNOZmulti-2-Basisgeräte enthalten bereits einen Funktionsbaustein zur Authentifizierung. Damit kann das PNOZmulti im Verbund mit der Ausleseeinheit PITreader zur Zugangsberechtigung eingesetzt werden.

Die vielfältigen Funktionen und die Anpassbarkeit auf verschiedene Anwendungen sowie Systemlösungen der zweiten Generation der Produktfamilie zeigen einmal mehr, dass die PNOZmulti 2 nahtlos an die zertifizierte und weltweit etablierte erste Generation der PNOZmulti Classic anknüpft.