Kommunikation aus Industrie-4.0-Niveau ermöglicht neue Freiheiten bei der Konzeption effizienter Safety-Lösungen für kleinere Anlagen.

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Intelligente Sicherheitslösung für kleinere Anlagen Im ständigen Dialog

06.05.2020

Optimierte Kommunikation ist das Gebot der Stunde in der Sicherheitstechnik. Denn Sicherheitsschalter ohne Kommunikation sorgen für eine aufwendige Fehlersuche, wenn ein Maschinenstopp ausgelöst wurde. Neue Lösungen versprechen jetzt vor allem in kleineren Anlagen eine signifikante Verkürzung der Stillstandszeiten.

So unscheinbar der neue Sicherheitsschalter CES-C07 und das Sicherheitsmodul ESM-CB von Euchner auf den ersten Blick auch aussehen mögen: Sie sind in der Lage, auf Industrie-4.0-Niveau zu kommunizieren und eröffnen dadurch – im Vergleich zu konventionellen Sicherheitsschaltern – ganz neue Freiheiten bei der Konzeption effizienter Safety-Lösungen für kleinere Anlagen bis zur Kategorie 4 / PLe.

Denn ohne optimierte Kommunikation wird es bei Reihenschaltungen von Sensoren sehr aufwendig, denjenigen Schalter zu lokalisieren, der einen Maschinenstopp ausgelöst hat. Die anschließende Fehlersuche geriet oft ziemlich schwierig und sorgte für unnötig lange Stillstandzeiten. Der CES-C07 dagegen liefert jetzt prozessrelevante Parameter in Echtzeit.

So lassen sich nicht nur akute Probleme identifizieren, sondern auch jede Menge Informationen für die präventive Wartung gewinnen. Die Sensoren messen beispielsweise relevante Umgebungsparameter und signalisieren rechtzeitig, ob demnächst ein Ausfall der Anlage droht. Sogar Manipulationsversuche meldet das System.

Um den Datenverkehr auf dem Bus nicht zu sehr zu belasten, haben die Entwickler bei Euchner eine intelligente Informationshierarchie ausgetüftelt. „Bei den Prozessdaten können wir mit Fug und Recht sagen, dass jedes einzelne Bit dem Anwender essenzielle Hinweise darauf gibt, was er in einer bestimmten Problemsituation beachten muss“, sagt Jens Rothenburg, Produktmanager bei Euchner.

„Nähere Erläuterungen dazu kann er dann anschließend ganz bequem über die azyklischen Daten abrufen.“ Für die Kommunikation genügt eine einzige Leitung, für den Anschluss ein bereits integrierter achtpoliger M12-Stecker. Das spart Hardware und macht das gesamte System schlank und transparent.

Auskunftsfreudige Schalter

Von jedem Schalter werden 4 Bit an Prozessdaten an die Steuerung übertragen. Das Signal OD meldet beispielsweise, ob die Schutzeinrichtung offen steht. Der Bediener weiß also genau, welche Tür für den Stillstand der Anlage verantwortlich ist. Wenn die Schwachbereichsanzeige OW erscheint, befindet sich ein Betätiger im Randbereich des Transponderfelds. Ursache dafür ist meist ein Absenken der Türen nach längerem Gebrauch. Bisher machten die Schalter darauf lediglich durch Blinken aufmerksam, das im industriellen Alltag allerdings leicht zu übersehen war. Mit der entsprechenden Meldung der Steuerung auf dem HMI kann das kaum noch passieren. Die Anzeige OI informiert den Bediener darüber, dass eine aktuelle Meldung vorliegt, die er möglichst bald über die azyklischen Daten abrufen sollte.

Zu diesen azyklischen Daten gehören etwa die aktuellen Diagnosecodes, die ganz exakt beschreiben, was rund um den betreffenden Schalter nicht stimmt. Insgesamt sind über 30 verschiedene Meldungen hinterlegt. Jeder einzelne Verdrahtungsfehler wird dabei angezeigt, was vor allem bei Inbetriebnahmen für enormen Zeitgewinn sorgt. Gleichzeitig verbirgt sich hinter dem Code eine exakte Handlungsanweisung für den Bediener zur schnellstmöglichen Behebung des jeweiligen Fehlers.

Wertvolle Informationen für die vorausschauende Instandhaltung bieten die Anzeigen der aktuell am CES-C07 anliegenden Spannung und der im Schalter gemessenen Temperatur. Bei Unter- oder Überschreiten bestimmter Schwellwerte lässt sich bei entsprechender Einstellung automatisch eine präventive Wartung anfordern. Weitere Indizien für einen demnächst eventuell drohenden Defekt liefert die Erfassung der Anzahl von Schaltzyklen. Der Schalter selbst ist zwar verschleißfrei, nicht aber die Mechanik der Schutztür, die sich auf diese Art ganz einfach überwachen lässt. Ebenfalls einen großen Beitrag zur Vermeidung von Stillstandszeiten leistet die Tatsache, dass die Sicherheitsschalter problemlos unter Spannung ausgetauscht werden können.

Schutz vor Manipulation

Ein ähnlich wichtiges Thema in modernen Produktionsbetrieben ist der Schutz der Anlagen vor Manipulation. Auch dafür stellen die azyklischen Daten nützliche Informationen bereit. Mit einer Überprüfung der Anzahl der Schalter, die sich in einer Reihe befinden, kann die Steuerung erkennen, ob sich die Schaltung seit dem letzten Check geändert hat, ob also etwa eine Verkürzung der Reihe vorgenommen wurde. Und mit der Funktion zur Abfrage des aktuell gelesenen Betätigers kann man bei Unicode-Schaltern feststellen, ob dieser Code vom gelernten abweicht.

Bei Multicode-Schaltern überprüft das System, ob der aktuelle Betätigercode mit denen übereinstimmt, die in der Steuerung hinterlegt wurden. „Ein entscheidendes Plus in Sachen Sicherheit bietet das zum Beispiel bei Werkzeugmaschinen, deren Späneförderer lediglich mit Metallspänekörben versperrt sind“, erklärt Jens Rothenburg. „Dank Verifizierung des Codes ist gewährleistet, dass vor der jeweiligen Auswurföffnung immer der richtige Korb steht, auch wenn verschieden große Körbe im Einsatz sind.“

All diese Informationen – und noch viel mehr – werden in Kombination mit dem Sicherheitsmodul ESM-CB von jedem Schalter in der Kette abgefragt und via IO-Link der Steuerung zur Verfügung gestellt. Das 18 Millimeter schlanke Gerät erfüllt gleich mehrere Funktionen: Es ist Auswertegerät, Sicherheitsrelais und IO-Link-Device in einem – also alles was man für die Absicherung einer kleinen Maschine benötigt. Eingangsseitig lassen sich zwei Sicherheitskreise anschließen.

Zum Beispiel einer, mit dem das Gerät eine Not-Halt-Kette oder die Schaltkontakte von mechanischen Sicherheitsschaltern überwacht – sowie ein zweiter für die Auswertung einer Kette aus den neuen Sicherheitsschaltern CES-C07. Zwei redundante, sichere Relaiskontakte ermöglichen das direkte Schalten von Lasten mit bis zu 6 Ampere. Das Sicherheitsmodul steht dabei im ständigen Dialog mit den angeschlossenen Geräten und erfasst für jeden Sensor unter anderem den Systemzustand, die Umgebungsbedingungen und die sensor­eigenen Daten.

Kommunikation über IO-Link

Bei der Entscheidung für die Kommunikation über IO-Link spielten neben Kostenaspekten vor allem die Teamplayereigenschaften des Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungssystems eine Rolle. Ganz gleich, ob Profibus oder Profinet, ob AS-Interface, CC-Link oder EtherNet/IP: Über einen Zugang zu IO-Link verfügen alle gängigen Automatisierungssysteme. Das heißt: Der neue Sicherheitsschalter CES-C07 und das Sicherheitsmodul ESM-CB haben auf diese Art direkten Anschluss an die ganze Welt der Automation.

Das macht sie zum einen interessant für alle Arten von Anlagen – von Werkzeug- und Verpackungsmaschinen bis hin zu Zäunen, die abgesichert werden müssen. Und es hat zum anderen für den Anlagenbauer den unwiderstehlichen Charme, dass er seine Produkte mit identischer Sicherheitstechnik in alle Regionen der Erde liefern kann. „Wer dieselbe Maschine sowohl in den USA als auch in Europa anbieten möchte, muss in der Regel verschiedene Steuerungen verbauen“, weiß Jens Rothenburg. „Da ist es doch gut zu wissen, dass zumindest die Sicherheitsschalter unverändert bleiben können.“

Bildergalerie

  • Der CES-C07 misst relevante Umgebungsparameter und signalisiert rechtzeitig, bevor ein Ausfall der Maschine droht.

    Bild: Euchner

  • Der Sicherheitsschalter CES-C07 und das Sicherheitsmodul ESM-CB von Euchner versprechen kürzere Stillstandszeiten.

    Bild: Euchner

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