Die Steuerungstechnik der Präzisionspresse basiert auf dem X20-System von B&R. Die umfangreichen Safety-Funktionen sind mit der virtuellen Sicherheitssteuerung Safelogic-X realisiert.

Die Steuerungstechnik der Präzisionspresse basiert auf dem X20-System von B&R. Die umfangreichen Safety-Funktionen sind mit der virtuellen Sicherheitssteuerung Safelogic-X realisiert.B&R

Wirtschaftlich, universell einsetzbar, leistungsfähig und mit Sicherheitsfunktionen ausgestattet – das waren die Anforderungen von Telsonic an die neue Steuerungsgeneration. Realisiert wurde sie auf Basis des X20-Systems und der Safety-Software-Steuerung Safelogic-X von B&R.

Vor der Umstellung setzte Telsonic bei der Ansteuerung der Kernkomponenten des Ultraschallsystems auf eine Embedded-Hardware, die vor über 15 Jahren entwickelt wurde, eine Mikroprozessor-Steuerung mit redundanten I/Os und unabhängiger Hard/Software-Überwachung. „Damals gab es keine Alternative, die unsere Kosten- und Leistungsvorgaben erfüllen konnte“, betont Peter Solenthaler, Leiter Forschung & Innovation bei Telsonic. Zudem konnte damals keine SPS die gefor­derte Zykluszeit von 1 ms einhalten. Darüber wird die in das Werkstück eingebrachte Schweißenergie geregelt.

Das hat sich inzwischen grundlegend geändert. Für B&R-Steuerungen ist die für präzise Ansteuerung der schnellen Ultra­schallgeneratoren notwendige Zyklus­zeit kein Problem. „Besonders positiv ist, dass sich die Tasks bei der B&R-Lösung klar priorisieren lassen“, vermerkt Solenthaler. Aber nicht nur deshalb haben sich die Verantwortlichen für eine Steuerung aus dem X20-System entschieden. Die Anforderungen an die Sicherheitstechnik – gerade was die sogenannten Cut-and-Seal-Pressen angeht – und auch an die Dokumentation und Rückverfolgbarkeit des Schweißprozesses sind über die Jahre deutlich gestiegen.

Die integrierte ­Sicherheitstechnik von B&R sorgt für die ­Unversehrtheit der ­Bediener und ist auch bei kostensensitiven Anwendungen ­einsetzbar.

Die integrierte ­Sicherheitstechnik von B&R sorgt für die ­Unversehrtheit der ­Bediener und ist auch bei kostensensitiven Anwendungen ­einsetzbar.B&R

Die Maschinen sind entsprechend der DIN EN ISO 13849-1 nach Performance Level e/Kat 4 auszulegen. Für die immer umfangreicheren Safety-Funktionen, beispielsweise Zweihand-Start, Not-Aus, Setup und Ansteuerung von Pneumatik-­Zylindern, reichte die bisherige Steuerungsarchitektur nicht mehr aus, „auch wenn sie stets sehr zuverlässig funktioniert hat“, so Solenthaler. Inzwischen sind rund 80 % der Steuerungsaufgaben mit Safety-Funktionen verbunden, aber nur gerade mal 20 % aller Hardware-Signale sind Safety-I/Os – das Pareto-Prinzip greift überall.

Safety per Software im Modul umgesetzt

Hier kommen die Vorteile der Safety-Steuerung Safelogic-X zum Tragen: Die sicherheitsgerichteten I/O- und Funktionsmodule haben die gleichen Abmessungen wie die Standard-I/Os des X20-Systems und sind mit ihnen kombinierbar. Auch die Integration der Safety-Funktionen in das SPS-Programm kommt Telsonic zu pass. Die Grundlage dieser Flexibilität bildet die durchgängige Entwicklungsumgebung Automation Studio. „Für uns ist diese Lösung auch wesentlich kostengünstiger, weil wir keine eigene Hardware mehr zertifizieren, pflegen und weiterentwickeln müssen“, sagt Solenthaler.

"Für uns ist die Umstellung auf eine Standard-Steuerung ­wesentlich kostengünstiger, weil wir keine eigene Hardware mehr zertifizieren, pflegen und weiterentwickeln müssen." Peter Solenthaler, Telsonic

„Für uns ist die Umstellung auf eine Standard-Steuerung ­wesentlich kostengünstiger, weil wir keine eigene Hardware mehr zertifizieren, pflegen und weiterentwickeln müssen.“ Peter Solenthaler, TelsonicB&R

Von dem modularen Aufbau und der Durchgängigkeit des Steuerungs- und I/O-Systems profitiert der Ultraschallspezialist auch an ganz anderer Stelle: Die von dem Maschinenbauer realisierten Anlagen sind nur im Kern identisch. Anson­sten müssen die Anlagen den individuellen Anforderungen der Anwendung angepasst werden. Häufig sind zusätzliche Komponenten wie X/Y-Achsen oder diverse Klemm-, Zuführ- und andere Handhabungssysteme zu implementieren. Das Spektrum an Bus-Controllern und Standardschnittstellen für das X20-System gestattet es dem Unternehmen zudem, die Steuerung mit geringem Aufwand an übergeordnete Maschinensteuerungen oder ERP-Systeme anzubinden.

Für die Vernetzung der Anlagen greift Telsonic auf Powerlink zurück, „auch weil B&R dem Open-Source-Gedanken folgt und wir so einen offenen und damit zukunftsfähigen Echtzeit-Ethernet-Standard zur Verfügung haben“, so Solen­thaler, „das erleichtert uns, die Kosten der Gesamtlösung niedrig zu halten.“ Dass Telsonic dieser Aspekt wichtig ist, zeigt sich beim Betriebssystem der Visualisierungsplattform. Auch hier kommt Open Source zum Einsatz: Debian mit VNC-Client. Über Ethernet kommuniziert das an einem Tragarm montierte HMI mit der Steuerung, die auch die Visu­alisierungsanwendung ausführt. Das hat den Vorteil, dass bei Ausfall des Bedien­panels jeder beliebige PC mit installiertem VNC-Client an die Steuerung gehängt und sofort weitergearbeitet werden kann.

Technik im Detail

Virtuelle Sicherheitssteuerung

Für sichere Automatisierungs-Anwendungen hat B&R eine software-basierte Sicherheitssteuerung entwickelt, deren Safety-Funktionen sich auf bis zu elf sichere I/O-Module, eine Standardsteuerung und die Visualisierung verteilen. Bei einer Kleinst-Applikation mit einem Not-Halt und einem einzigen Abschaltpfad reduzieren sich die unmittelbaren Komponentenkosten um 37 % gegenüber einer klassischen Safelogic-Lösung. Zusätzlich spart der Anwender Platz im Schaltschrank, den Aufwand für die Verkabelung und Ersatzteilhaltung.

Eine zusätzliche Sicherheitssteuerung entfällt. Der Clou: Ein wesentlicher Teil der Sicherheitsfunktionen – das Parameter-Handling und Konfigurations-Management – wird dazu aus der Safety-Hardware herausgelöst und in die Standard-Hardware übertragen, zum Beispiel einen Panel-PC oder SPS-Controller. Die Applikationsabarbeitung erfolgt dagegen im sicheren I/O-Modul.

Die mit dem Safe-Designer des Engineeringtools Automation Studio entwickelte Sicherheitsapplikation wird dazu diversitär kompiliert und zusammen mit allen sicherheitsrelevanten Parametern im Speicher der funktionalen Steuerung gespeichert. Ein sicheres Task-Set bestehend aus aktiven Tasks und invers implementierten Überwachungs-Tasks sind dafür verantwortlich, die Programme und Parameter auf die richtigen Komponenten im Netzwerk mit SIL3-Qualität zu verteilen. Anschließend arbeiten die sicherheitsgerichteten Komponenten im Netzwerk diesen Code ab und tauschen die Daten über das Open-Safety-Protokoll untereinander aus. Ein Modul des Typs ‚sicherer digitaler Eingang‘ übernimmt dabei die Abarbeitung der Sicherheitsapplikation.

Das Task-Set in der funktionalen Steuerung ist in diesen Vorgang nicht mehr unmittelbar involviert. Es ist lediglich für die Verteilung der Programme sowie Parameter im Netzwerk und die Überwachung der sicheren Komponenten notwendig.

Wächst die Anwendung im Laufe der Zeit oder besteht Bedarf an sicheren Robotik-Funktionen, kann die virtuelle Safety-Lösung mit der sicheren Hardware-SPS Safelogic erweitert werden. Der Anwender kann auch beliebig zwischen beiden Konzepten skalieren: Ein Kunde, der sich bei Projektstart für eine Safelogic-X-Anwendung entscheidet, kann bei wachsenden Anforderungen einfach auf eine klassische Safelogic wechseln. Da das gleiche Engineeringtool und die gleichen Kommunikations-Protokolle genutzt werden, ist das gegeben.