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Das hybride Safety-I/O-Modul mit vier sicheren Profinet/Profisafe-Kanälen und vier Standard-I/Os spart Platz und ungenutzte Kanäle. Bild: Turck
Profinet-Safety-Modul

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I/O-Modul für Safety und Standard

Text: Michael Flesch, Turck
Wer bislang seine Maschine mit Profinet-Steuerung und IP67-Ethernet-I/O-Modulen ausstatten wollte, musste Standard- und Safety-Module einsetzen. Ein neuartiges hybrides Profinet-Safety-Modul lässt sich an den konkreten Signalbedarf vor Ort anpassen.

Maschinen- und Anlagenbauer finden auf dem Markt für Sicherheitstechnik unterschiedliche Lösungen, um die gesetzlichen Vorgaben des Personenschutzes sicherheitstechnisch umzusetzen. Die Palette reicht von zahlreichen Sicherheitssensoren über Sicherheitsrelais-Bausteine bis zur kompletten Automatisierungslösung mit integrierter Sicherheitssteuerung für feldbusbasierende Systeme und passenden Antriebssystemen mit Sicherheitsfunktion. Egal, welche dieser Sicherheitsarchitekturen gewählt wird, sie erfüllen alle denselben Zweck: Im Notfall, also bei möglicher Gefährdung von Personen, die beispielsweise eine Sicherheitstür öffnen oder einen Notaustaster betätigen, sorgt die Sicherheitsarchitektur mit höchster Zuverlässigkeit für ein Abschalten der Maschine.

Kaum IP67-I/O für Safety

Auch in der Feldbustechnologie hat die Sicherheitstechnik vor Jahren Einzug gehalten. Heute integriert jedes Feldbusprotokoll eine Sicherheitsoption. Doch trotz der zahlreichen Feldbussysteme (inklusive Ethernet) mit Safety-Option ist die überwiegende Mehrzahl der Komponenten für den Schaltschrank in IP20 ausgelegt. Anwender führen in der Regel sämtliche Signale der sicheren Sensorik und Aktuatorik in Schaltschränke oder Unterverteilungen und verdrahten dort auf I/O-Module. Für Profinet/Profisafe ist das Angebot an robusten Lösungen in Schutzart IP67/69K bislang sehr überschaubar. Doch auch unabhängig von der Schutzart bildet das sicherheitstechnische Angebot der Feldbustechnik-Hersteller die Realität des Maschinen- und Anlagenbaus nur unzureichend ab. Reinen Sicherheits-I/O-Modulen stehen reine Standard-I/O-Module gegenüber. Es ergeben sich bei der Planung und der Installation im Feld aber fast immer eine unterschiedliche Anzahl von Standard- und Sicherheitssignalen. Sichere Signale müssen direkt neben normalen Signalen zur Steuerung gebracht werden. Es fehlt aber bisher an I/O-Modulen, die diese Aufgabe erfüllen. Bei der IP67-Verdrahtung mit reinen Safety- und reinen Standard-Modulen blieben häufig Kanäle ungenutzt.

Ein Grund für diese Lücke im Portfolio vieler Automatisierungstechnik-Hersteller könnte sein, dass die Entwicklung und Produktion von sicherer Ethernet-I/O-Technik andere gesetzliche Vorgaben erfüllen muss als Standard-I/O-Technik. Dieses Know-how fehlt vielen Standard-I/O- und Feldbustechnik-Herstellern ebenso wie Turck. Das Unternehmen hat sich daher mit Bihl+Wiedemann einen Partner gesucht, der Sicherheitstechnik aus dem FF beherrscht. Bihl+Widemann entwickelte den sicheren Teil des hybriden I/O-Moduls. Auch an die Dokumentation stellt Sicherheitstechnik andere Anforderungen. Bei der Herstellung wird eine Nachverfolgbarkeit der produzierten Hybrid-Module bis zum Kunden garantiert. Die Sicherheitsmodule sind über die MAC-Adresse eines jeden Hybrid-Moduls eindeutig zurückzuverfolgen.

Hybrides Safety-I/O-Modul

Das Hybrid-Modul TBPN-L1-FDIO1 vereint vier sichere Profinet/Profisafe-Kanäle und vier Standard-I/Os. Es bietet zwei sicherheitsgerichtete Eingänge für Profisafe, an denen zweikanalige Sicherheitskomponenten wie mechanische Sicherheitsschalter oder auch elektronische Sicherheitssensoren mit OSSD-Signalen, wie zum Beispiel Lichtgitter, angeschlossen werden. Zusätzlich stehen zwei sichere universelle digitale Kanäle als sicherheitsrelevante Ein- oder Ausgänge zur Verfügung. Auf der Standardseite bietet das neue Modul vier universelle Ein- oder Ausgänge. Zwei von ihnen können als IO-Link-Master definiert werden, was die Einsatzmöglichkeiten der Module erweitert. Mit zwei I/O-Hubs können über IO-Link bis zu 32 zusätzliche digitale Signale angebunden werden. Das vereinfacht die Projektierung von Maschinen und reduziert die Anzahl von nicht genutzten Kanälen.

Mit seinen bordeigenen Logikfunktionen kann das Hybridmodul auch als dezentrale Safety-Kleinsteuerung fungieren. Der Anwender kann so von einer kürzeren Reaktionszeit des Gesamtsystems profitieren und dies bei der Konstruktion von Maschinen und Anlagen berücksichtigen. Ohne dezentrale Logik muss das auslösende Signal zunächst per Profisafe an die entfernte Safety-Steuerung gelangen, von dieser verarbeitet und dann an die zu stoppenden Aktoren gesendet werden. Die Gesamtreaktionszeit des Systems ist dabei länger als bei einer dezentralen Abschaltung direkt vor Ort durch Turcks Hybrid-Modul. So kann beispielsweise der Abstand eines Lichtgitters zu einer gefährlichen Bewegung von vornherein kleiner geplant werden als bei einer klassischen Sicherheits-SPS-Lösung. Die Logikfunktionen und die Eigenschaften der sicherheitsrelevanten I/Os werden mit Hilfe des Turck Safety Configurators für die Safety-Kanäle festgelegt. Dies ist für jede Applikation notwendig, da unterschiedliche Sicherheitskomponenten mit unterschiedlichem Verhalten eine individuelle Auswahl notwendig machen. Die Konfiguration der Standard-I/Os erfolgt mit Hilfe einer GSDML-Datei (General Station Description Markup Language), so wie es bei allen Profinet-Modulen üblich ist.

Sichere Abschaltung und Spannungsversorgung

Drei der vier universellen Kanäle können als abschaltbare Standard-Ausgänge verwendet werden. Dabei koppelt das Modul intern die Versorgungsspannung sicher ab. Das gilt auch für die Versorgungsspannung für einen der beiden IO-Link-Master. Dadurch wird das sicherheitsgerichtete Abschalten von Hilfsantrieben oder anderen Aktuatoren möglich, der Schaltungs- und Verdrahtungsaufwand wird minimiert. Alle Ausgänge schalten bis zu zwei Ampere. Sie lassen sich somit auch für Aktuatoren wie Ventilinseln oder Schütze einsetzen, die stärkere Ströme benötigen. Die maximal zwei sicheren Ausgänge können per Konfigurations-Software als zweikanalige unipolare oder bipolare Ausgänge konfiguriert werden. Es lassen sich somit mechanische Kontakte von Sicherheitsschützen, aber auch elektronische Sicherheitssignale für Antriebssysteme ansteuern und sicher abschalten.

Erweiterte Einsatzmöglichkeiten

Mit einem erweiterten Temperaturbereich von -40 bis +70 Grad Celsius sowie den Schutzarten IP65, IP67 und IP69K ist das vollvergossene Modul zum Einsatz in etlichen Branchen geeignet. Auch in Applikationen, die funktionale Sicherheit erfordern, sind die Module bis zu SIL 3 (IEC 61508) einsetzbar. Geht es um die Risikobeurteilung von Maschinen, wie sie in der EN 13849-1 gefordert ist, kann der Kunde die Module bis zu Performance Level e/Kategorie 4 einsetzen.

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