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Modular, trotzdem sicher

Modular, trotzdem sicher

Fertigungsautomation

Steuerungen - Die Vision von Industrie 4.0 sind Produktionsanlagen, die sich dynamisch an veränderliche Produktionsanforderungen anpassen. Dies stellt neue Herausforderungen an die funktionale Sicherheit. Sigmatek bietet hierfür das S-DIAS-Safety-System an.

25. April 2017
Im Lasal SAFETY Designer stehen vorgefertigte, TÜV-zertifizierte Funktionsbausteine bereit, die die Implementierung von Safety-Funktionen im Baukastenprinzip ermöglichen. So werden Fehlerquellen vermieden und der Programmieraufwand minimiert.
Bild 1: Modular, trotzdem sicher
(Im Lasal SAFETY Designer stehen vorgefertigte, TÜV-zertifizierte Funktionsbausteine bereit, die die Implementierung von Safety-Funktionen im Baukastenprinzip ermöglichen. So werden Fehlerquellen vermieden und der Programmieraufwand minimiert. )

Das Konzept einer hochflexiblen Fertigung mit intelligenten Produktionsmitteln, die ihre Konfiguration selbsttätig dem veränderten Bedarf anpassen, stellt völlig neue Herausforderungen an die funktionale Sicherheit. »Bei einfachen Anwendungen hat das gute alte Sicherheitsrelais durchaus noch seine Berechtigung. Je komplexer Maschinen oder Anlagen werden, desto größer ist die Sinnhaftigkeit einer freiprogrammierbaren Sicherheitssteuerung mit Datentransport über Ethernet«, ist Fanz Aschl vom Innovationsmanagement bei Sigmatek überzeugt. Diese bieten vor allem den Vorteil der einfacheren Verkabelung, da die sicheren Signale über größere Entfernungen den vorhandenen Systembus mitbenutzen. Zudem entfällt die doppelte Verdrahtung der Sicherheitssensorik, da die funktionsgerichtete Steuereinheit deren aktuellen Zustand über den gemeinsamen Bus abfragen und durch Anpassen des Steuerverhaltens und der Visualisierung, aber auch durch Kommunikation nach außen reagieren kann.

Modularen Aufbau ermöglichen

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Die Vereinfachung der Verkabelung wirkt sich vor allem bei modular aufgebauten Maschinen mit zahlreichen Optionen aus. Ausgerüstet mit einem Safety-Controller und sicheren Ein- und Ausgängen, können diese mit nur einer Kabelverbindung für den Systembus auch sicherheitstechnisch nahtlos integriert werden.

Genauso wichtig ist die Programmierbarkeit, denn sie erlaubt die Bewältigung der steigenden Komplexität auf unterschiedlichen Gebieten. »Auf Basis der Signale aus sehr vielen Sensoren ermöglicht eine frei programmierbare Sicherheitssteuerung unterschiedliche sichere, auch halbautomatische, Betriebsmodi für den Einrichtungsbetrieb oder für Wartungs- und Reinigungstätigkeiten«, erklärt Aschl.

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Da Maschinen meist nicht allein arbeiten, sondern in Kombination etwa mit Robotern oder Handhabungsgeräten und mit diesen sicherheitstechnisch eine Einheit bilden, erfolgt der Umstieg auf busbasierte, programmierbare Sicherheitssteuerungen zögerlicher als erwartet. Grund dafür ist die Vielfalt der Bussysteme. Zwar nutzen busintegrierte Sicherheitssteuerungen in der Regel das »Black Channel«-Prinzip für die Datenübertragung und sind daher vom Protokoll des verwendeten Bussystems unabhängig, ihre Datenformate sind jedoch unterschiedlich. »Mit OPC UA als Kommunikationsstandard für den Informationsaustausch zwischen zusammenarbeitenden sicheren Einheiten ist hier ein Licht am Endes des Tunnels zu sehen«, ist Aschl überzeugt.

Maschinensicherheit für Smart Factories

Um sich tatsächlich für die Herausforderungen der Industrie 4.0 zu eignen, muss die Sicherheitstechnik bedarfsgerechte Veränderungen der Konfiguration modularer oder unterschiedlicher Maschinen innerhalb einer Zelle zulassen, etwa durch An- oder Abmeldung einzelner Einheiten während des Betriebes. Zudem ist wichtig, dass auch nachträglich Veränderungen an der Gesamtkonfiguration möglich sind, ohne für die Anpassung der Sicherheitstechnik einen großen Aufwand betreiben zu müssen.

Die Safety-Lösung von Sigmatek ist modular aufgebaut – und zwar in Hard- und Software. Maschinenhersteller können mit S-DIAS flexible Automatisierungssysteme realisieren, die den aktuellsten Sicherheitsnormen, nämlich SIL CL 3 nach IEC 62061 beziehungsweise Performance Level PL e, Kat. 4 gemäß EN ISO 13849-1/-2, entsprechen. Diese hochkompakte Sicherheitslösung für die Hutschiene besteht aus dem Safety Controller SCP 111, der die Applikation überwacht und steuert, und sicheren Ein- und Ausgangsmodulen, zum Beispiel auch einem für die Auswertung von Drehgebersignalen.

Die Kommunikation erfolgt über den Systembus oder bei dezentralem Aufbau der Anlage über Echtzeit-Ethernet Varan oder Ethernet. Dabei sind unterschiedliche Topologien und Aufbauvarianten möglich. Mit Ausnahme des doppelt breiten Relais-Ausgangsmoduls messen sämtliche S-DIAS-Safety-Module schlanke 12,5 x 104 x 72 Millimeter. Das erleichtert die schaltschrankferne Montage sowie die sicherheitstechnische Ausstattung auch kleiner optionaler Maschinenmodule.

Dezentralisiert

Eine wesentlich weitergehende Modularität und Flexibilität bei komplexen Maschinen oder Anlagen für Smart Factories bringt jedoch die Ausstattung jeder Funktionseinheit mit einer eigenen Sicherheitssteuerung. Die Übertragung der Daten zwischen mehreren Safety-Controllern erfolgt nach dem Black-Channel-Prinzip über TCP/IP. So ist es möglich, kaskadierte Stand-Alone-Architekturen zu realisieren.

Besser integrieren

Das S-DIAS-Safety-System lässt sich stand-alone einsetzen, bringt jedoch voll integriert in eine Automatisierungslösung einen erheblich größeren Nutzen. Einer der Gründe dafür ist die Möglichkeit des einfachen Datenaustausches mit der funktionsgerichteten CPU. Diese erfolgt nach demselben Prinzip wie diejenige zwischen zwei Safety-Controllern. Darüber hinaus können sowohl sichere als auch funktionsgerichtete CPUs auf die Signale aus den jeweils anderen Modulen zugreifen und auf dieser Basis extrem schnell steuernd eingreifen und das bei Bedarf auch mit sehr komplexen Reaktionen.

Mit dem Engineeringtool Lasal führte Sigmatek im Bereich der Steuerungstechnik bereits vor nunmehr 17 Jahren die objektorientierte Programmierung mit grafischer Darstellung ein. Im grafischen Editor des Safety-Designers können die Funktionsblöcke sowie die Ein- und Ausgänge per Drag-and-drop als grafische Einheiten aus dem Projektbaum zugeordnet werden.

Das Tool besticht durch die Einfachheit, mit der innerhalb eines Projekts die Sicherheitsfunktionen in mehrere Netzwerke aufgeteilt werden können. Die hinterlegte Bibliothek stellt Safety-Funktionsblöcke angelehnt an PLCopen, beispielsweise Emergency Stop, Two Hand Control oder Guard Locking zur Verfügung. Selbst komplexe Safety-Systeme können ohne umfangreiche Programmierkenntnisse durch einfaches Konfigurieren entwickelt werden.

Erschienen in Ausgabe: 03/2017

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