Sicherheitstechnik für alle Anlagengrößen – von ganz kleinen Einheiten bis zu großen Pressenstraßen und Fertigungslinien.

Sicherheitstechnik für alle Anlagengrößen – von ganz kleinen Einheiten bis zu großen Pressenstraßen und Fertigungslinien.Bihl+Wiedemann

Sowohl in der Fabrik- als auch in der Prozessautomatisierung nimmt der Trend zu immer komplexeren und kommunikationstechnisch weit verzweigten Anwendungen weiter an Fahrt auf. Unisono der Maschinenbau: Modularisierung gehört für viele Anbieter mittlerweile zum Pflichtprogramm. Zu den besonderen Herausforderungen im Safety-Bereich gehört deshalb die möglichst effiziente Kopplung mehrerer sicherer Netzwerke. Die bisher gebräuchlichen Lösungen für das Koppeln sicherer Netze basieren auf potenzialfreien Kontakten von Koppelmodulen und Relais oder gehen den Weg direkt über AS-Interface. Beide Varianten sind aber mit Einschränkungen verbunden: Im ersten Fall sind es die relativ aufwendige konventionelle Verdrahtung und der Verlust zusätzlicher Statusinformationen, im zweiten Fall die Tatsache, dass je Gateway ein AS-i-Kreis für die sichere Kopplung der Anlagen beziehungsweise Maschinensegmente verloren geht.

Gateways mit sicherer Querkommunikation über die Ethernet-Diagnoseschnittstelle ermöglichen die Vernetzung mehrerer AS-i-Safety-Netzwerke ohne übergeordnete Sicherheitssteuerung.

Gateways mit sicherer Querkommunikation über die Ethernet-Diagnoseschnittstelle ermöglichen die Vernetzung mehrerer AS-i-Safety-Netzwerke ohne übergeordnete Sicherheitssteuerung.Bihl+Wiedemann

Sichere Querkommunikation über Ethernet

Eine ebenso einfache wie kostengünstige Lösung hat Bihl+Wiedemann bei der aktuellen Generation ihrer AS-i Gateways mit integriertem Sicherheitsmonitor entwickelt: die sichere Querkommunikation über Ethernet. Insgesamt können auf diese Art bis zu 31 Gateways miteinander gekoppelt werden – ohne, dass an irgendeiner Stelle Leistung verloren geht und ohne

dass zusätzliche Hardware-Komponenten – abgesehen von Standard-Switches und der Ethernet-Leitung zwischen den Gateways – notwendig sind. Im Maximalausbau lassen sich mit der sicheren Querkommunikation fast 2 000 sichere zweikanalige Eingangssignale einsammeln und fast 1 000 sichere Ausgänge zentral oder dezentral ansteuern. Nach dem Prinzip ‚Jeder hört jeden‘ tauschen die Geräte über die Feldbusschnittstelle (Ethernet/IP, Profinet) beziehungsweise über die Ethernet-Diagnoseschnittstelle (Profibus, Sercos) alle sicheren Signale – bis zu 31 Bits pro Gateway – permanent untereinander aus und stellen sie dem jeweiligen Safety-Programm des AS-i-Sicherheitsmonitors zur Verfügung. Damit kann jedes Gateway direkt auf neue Informationen in benachbarten Anlagenteilen oder Maschinenmodulen reagieren – ohne eine zentrale fehlersichere Steuerung.

Diese Lösung ist nicht nur für die immer umfangreicheren reinrassigen Sicherheitsanwendungen zum Beispiel im Maschinenbau interessant. Weitere Einsparpotenziale erschließen sich vor allem auch für Anwender, die eine weitere Eigenschaft von AS-Interface nutzen: der Übertragung sicherer und nicht-sicherer Signale auf derselben Leitung. Bei der Kombination von Standard AS-i mit AS-i Safety nimmt die Anzahl der einzubindenden Slaves dann natürlich zu: Insgesamt sind bis zu 31 Single Slaves beziehungsweise 62 AB Slaves pro AS-i-Kreis möglich.

Für mittlere Anlagen geeignet sind Gateways mit integriertem Sicherheitsmonitor, die bis zu 62 sichere I/Os auswerten können.

Für mittlere Anlagen geeignet sind Gateways mit integriertem Sicherheitsmonitor, die bis zu 62 sichere I/Os auswerten können.Bihl+Wiedemann

Für mittelgroße Anlagen: Gateways mit integriertem Sicherheitsmonitor

Nicht nur bei großen Fertigungslinien und Anlagen steigen die Anforderungen an die Effizienz. Auch im Mittelfeld der Safety-Applikationen – bei Anlagen mit 10 bis 100 sicheren Ein- und Ausgängen – werden zunehmend flexiblere Lösungen gefordert. Immer mehr Anwender setzen deshalb auf die vielfältigen Vorteile der AS-i Gateways mit integriertem Sicherheitsmonitor – sowohl gegenüber den althergebrachten Sicherheitsrelais als auch im Vergleich zu den sogenannten Safety-Controllern. Die beiden wichtigsten Pluspunkte der AS-i Safety Gateways, die bis zu 62 sichere Signale auswerten können, sind der geringe Verdrahtungsaufwand und die Anbindung an die gängigen Automatisierungssysteme über Profibus, Profinet oder Profisafe, Ethercat, Sercos, Ethernet/IP oder Modbus/TCP. Im Schaltschrank können sichere Kleinsteuerungen in puncto Verkabelung zwar fast mithalten – im Feld jedoch müssen die Sensoren und Aktoren aufwändig konventionell verdrahtet werden. Bei den sicheren AS-i-Komponenten genügt dagegen der Anschluss an das gelbe AS-i-Kabel per Durchdringungstechnik. Dieser Trumpf sticht nicht nur bei der Erstinstallation, sondern auch bei Erweiterungen oder Umbauten der Anlage. Während beim Einsatz von Safety-Controllern bei jeder Änderung zusätzliche Leitungen verlegt und gegebenenfalls alte Verdrahtungen entfernt werden müssen, sind bei AS-i lediglich die zusätzlichen Module an die Leitung an- und nicht mehr benötigte Module abzuklemmen.

Diagnosefenster ‚Sichere Querkommunikation‘ der Konfigurationssoftware Asimon 3 G2.

Diagnosefenster ‚Sichere Querkommunikation‘ der Konfigurationssoftware Asimon 3 G2.Bihl+Wiedemann

Ob Profibus, Profinet oder Profisafe, ob Ethercat, Sercos, Ethernet/IP oder Modbus über Ethernet: Dank der erweiterten Diagnosefunktionen, der kompletten Abschalthistorie und detaillierter Zustandsinformationen über alle AS-i-Komponenten können Instandhalter die Fehlerursachen direkt in der übergeordneten Steuerung identifizieren, schneller beheben und damit die Stillstandzeiten erheblich verkürzen. Nicht nur der Maschinenverfügbarkeit, auch der Sicherheit selbst kommt das Miteinander von AS-Interface und der Steuerung zugute: Denn die Safety-Daten werden – ohne aufwändige Parametrierung – an die Standardsteuerung übermittelt. Die SPS kann dann beispielsweise das kontrollierte Herunterfahren einer Anlage einleiten, bevor sie von der Sicherheitstechnik komplett spannungsfrei geschaltet wird.

Ohne Feldbus-Gateway und Metallgehäuse ausgestattet, rechnet sich der ­Safety Basis Monitor bereits bei kleinen Einheiten mit wenigen sicherheitsgerichteten Ein- und Ausgängen.

Ohne Feldbus-Gateway und Metallgehäuse ausgestattet, rechnet sich der ­Safety Basis Monitor bereits bei kleinen Einheiten mit wenigen sicherheitsgerichteten Ein- und Ausgängen.Bihl+Wiedemann

Kleine Anlagen: Parallelverdrahtung gehört aufs Abstellgleis

Bis vor kurzem war es ein beliebtes Rechenexempel. Anbieter von Sicherheitstechnik wie auch deren Kunden stellten immer neue Kalkulationen auf, ab wann es sich lohnt, die Parallelverdrahtung aufs Altenteil zu schicken und AS-i Safety einzusetzen. Inzwischen gilt die Frage als gelöst: Selbst wenn man die Vorteile eines Bussystems außen vor lässt, gewinnt AS-i Safety das Kostenduell bereits bei Anlagen mit drei sicheren Signalen.

Das hat vor allem zwei Gründe. Zum einen ist es seit Einführung von AS-i Power24V möglich, auf das zusätzliche AS-i-Netzteil mit 30 V DC Ausgangsspannung zu verzichten. Zum anderen hat Bihl+Wiedemann mit dem Safety Basis Monitor die Kosten weiter reduziert. Zum Beispiel hat das Modul keine Feldbusschnittstelle, sondern lediglich Meldeausgänge zur Kommunikation mit übergeordneten Steuerungen.

Ohne Feldbus-Gateway und Metallgehäuse ausgestattet, rechnet sich der ­Safety Basis Monitor bereits bei kleinen Einheiten mit wenigen sicherheitsgerichteten Ein- und Ausgängen.

Ohne Feldbus-Gateway und Metallgehäuse ausgestattet, rechnet sich der ­Safety Basis Monitor bereits bei kleinen Einheiten mit wenigen sicherheitsgerichteten Ein- und Ausgängen.Bihl+Wiedemann

Und anstatt des üblichen Edelstahlgehäuses ist die Elektronik in einem schmalen IP20-Kunststoffgehäuse untergebracht. Ansonsten verfügt das Gerät über einen abschaltbaren AS-i Master und, wie die Gateway-Versionen, über einen Sicherheitsmonitor.

Parallel mit dem Ausbau maßgeschneiderter Safety-Konzepte für Anlagen jeder Größe ist bei Bihl+Wiedemann auch das Sortiment entsprechender Anwendungskomponenten angewachsen – von vielseitig einsetzbaren Ein- und Ausgangsmodulen für sichere und nicht-sichere Signale über Software-Lösungen bis hin zu Drehzahlwächtern und Not-Halt-Tastern.

Technik im Detail

Sichere Querkommunikation – so funktioniert‘s

Mit der sicheren Querkommunikation über Ethernet können im Maximalausbau – 31 Safety Gateways mit je 62 sicheren Eingangsslaves – bis zu 1 922 sichere zweikanalige Eingänge verarbeitet werden. Zur Kopplung stehen jedem Gateway 31 sichere Bits zur Verfügung, die alle anderen Gateways in dieser Gruppe als sichere Signale verwenden können. Somit können insgesamt 961 Signale sicher gekoppelt werden.

Für die sichere Querkommunikation werden die Profibus- und Sercos-Gateways über ihre Ethernet-Diagnoseschnittstelle (10 Mbit/s, halbduplex) und einen Switch verbunden. Bei den Gateways für Profinet und Ethernet IP/Modbus TCP lässt sich alternativ auch die Feldbusschnittstelle für die sichere Querkommunikation verwenden. Da die Datenübertragung auf dem Multicast-Verfahren basiert, muss der verwendete Switch auch entsprechende Broadcasts verarbeiten und weiterleiten können. Organisatorisch werden alle Gateways, die miteinander kommunizieren sollen, in einer Gruppe zusammengefasst (Gruppenadresse 1 bis 15). Jedes Gerät dieser Gruppe erhält wiederum eine eindeutige Geräteadresse (Geräteadresse 1 bis 31). Bei der Parametrierung wird ein Gateway mit integriertem Sicherheitsmonitor und sicherer Querkommunikation zum Manager der Gruppe ernannt. Die komplette Konfiguration erfolgt über die Konfigurationssoftware Asimon 3 G2. Hier werden die Gruppen- und Geräteadressen vergeben und die sicheren Programme der einzelnen Gateways verwaltet. Ebenso sind in der Projektstruktur auch die IP-Adressen der beteiligten Geräte gespeichert. Der Manager kontrolliert, ob alle beteiligten Geräte im Netzwerk vorhanden sind. Die Diagnose kann auf verschiedene Arten erfolgen:

Erhält ein Teilnehmer keine der erwarteten Nachrichten, zeigt er in seinem Display die Geräteadresse des fehlenden Gateways an.

Fehlt ein Teilnehmer in der sicheren Querkommunikation, werden die entsprechenden Bits in der Konfigurationssoftware grau dargestellt. Gleichzeitig erscheint ein Popup-Fenster mit dem Hinweis auf den fehlenden Teilnehmer.

In der Asimon-Software gibt es zudem ein eigenes Diagnosefenster für die sichere Querkommunikation, das den Zustand der Kommunikation zwischen den einzelnen Teilnehmern grafisch anzeigt. Kommunikationsverbindungen mit häufigeren Telegrammfehlern werden darin farblich hervorgehoben.