Das Anybus-Safety-Modul ist eine standardisierte und vorzertifizierte Lösung zur Realisierung sicherer I/O-Signale in Automatisierungsgeräten.

Das Anybus-Safety-Modul ist eine standardisierte und vorzertifizierte Lösung zur Realisierung sicherer I/O-Signale in Automatisierungsgeräten.HMS

Gerätehersteller stehen vor einer Herausforderung: die Integration sicherer und über Profinet steuerbarer I/O-Signale. Der Grund: Die Sicherheitstechnik zählt oft nicht zu den Kernfunktionen des Geräts und folglich auch nicht zur Kernkompetenz der Zulieferer. Eine typische Schweißsteuerung benötigt beispielsweise nur einen einzigen sicheren digitalen Eingang, um bei einer Störung den Fehlerfall an die übergeordnete Steuerung zu melden, damit diese den Schweißprozess sicher unterbrechen kann. In heutigen Schweißsteuerungen ist dieser sichere Eingang diskret ausgeführt, das heißt über ein Sicherheitsrelais und per Signalleitung hart verdrahtet.

Entsprechend den Vorgaben der Aida (Arbeitsgemeinschaft der deutschen Automobilhersteller Audi, BMW, Daimler, Volkswagen) muss auch dieses einzelne sicherheitsrelevante Signal künftig über Profisafe übertragen werden. Der Entwicklungsaufwand für die Umstellung auf integrierte Sicherheitstechnik mit Profisafe ist allerdings immens. Doch damit nicht genug: Der TÜV muss diese Lösung zertifizieren. Das treibt die Kosten zusätzlich. Die Firma HMS geht davon aus, dass bei einer Eigenentwicklung von integrierten Safety-Lösungen Kosten von über einer Millionen Euro entstehen. Eine Investition, die Hersteller aufgrund der zu erwartenden Stückzahlen scheuen. Dadurch verbauen sie sich aber die Einsatzmöglichkeiten in künftigen Fertigungs­linien der Automobilanbieter.

HMS hat für Anbieter, die vor dieser Problematik stehen, ein spezielles Safety-­Modul entwickelt, das sichere Ein- und Ausgänge gemäß Profisafe zur Integration in Steuerungen zur Verfügung stellt. Die Lösung ist für Komponenten gedacht, bei denen Safety nur eine untergeordnete Rolle spielt und nur wenige sichere Signale benötigen. Beispiele sind Geräte aus den Bereichen Schweißen, Kleben, Schrauben, Bedienterminals mit Notaus-Taster, Schutzgitter-Steuerungen, Türschloss-Controller, Lasersteuerungen und Mikro-Antriebe. Das Sicherheitskonzept des Safety-Moduls wurde in Zusammenarbeit mit dem TÜV Rheinland erarbeitet und erfüllt die Sicherheitsanforderungsstufe SIL3 beziehungsweise den Performance Level PLe.

Integrierte Sicherheitstechnik am Beispiel Schweißsteuerung

Eine typische Anwendung für das Safety-Modul ist eine industrielle Schweißsteuerung. Deren Sicherheitsfunktion beschränkt sich im Wesentlichen darauf, den Schweißprozess im Fehlerfall sicher zu unterbrechen. In heutigen Anwendungen wird diese Funktion in der Regel mit sicheren 24-V-Signalen und sicher ausgeführten dezentralen I/O-Komponenten realisiert.

Status quo: Die Schweißsteuerung in typischen Roboterzellen hat noch eine diskret ausgeführte Sicherheitstechnik.

Status quo: Die Schweißsteuerung in typischen Roboterzellen hat noch eine diskret ausgeführte Sicherheitstechnik.HMS

Im Fehlerfall unterbricht das diskret verdrahtete sichere Steuersignal den Schweißstrom über ein Sicherheitsrelais und einen sicheren digitalen Eingang. Diese diskrete Lösung ist erprobt  und in vielen Roboterzellen erfolgreich im Einsatz, hat aber einen Nachteil: Die Sicherheitsabschaltung erfolgt nicht über das Kommunikationsnetzwerk (Profinet), sondern benötigt zusätzliche Komponenten (sichere dezentrale I/Os, Sicherheitsrelais) und eine diskrete Verkabelung.

Dieses Manko eliminiert die Integration sicherer I/O-Signale in die Steuerung. Ziel ist, dass alle Kommunikationsfunktionen – Prozessdaten in Echtzeit, Qualitätsdaten über TCP/IP-Protokolle und sichere Signale – über die Profinet/Profisafe-Schnittstelle der Schweißsteuerung übertragen werden.

Geht es nach dem Willen der Aida-Mitglieder sieht die Integration der Schweißsteuerung und anderer Nebenaggregate künftig so aus: Integrierte Sicherheitstechnik, die über Profinet/Profisafe kommu-niziert.

Geht es nach dem Willen der Aida-Mitglieder sieht die Integration der Schweißsteuerung und anderer Nebenaggregate künftig so aus: Integrierte Sicherheitstechnik, die über Profinet/Profisafe kommu-niziert.HMS

Durch den Entfall der dezentralen I/Os reduziert sich der Engineeringaufwand sowie Flexibilität und Durchgängigkeit des Systems werden erhöht.

Diesen Vorteilen steht zwar ein höherer Preis der Profinet-Schnittstelle mit integrierter Profisafe-Funktionalität und integrierten sicheren I/Os gegenüber. Unterm Strich sparen die Automobilhersteller je Roboterzelle aber Kosten im Bereich mehrerer hundert Euro ein.

Mit dem Anybus-Safety-Modul bietet HMS Geräteherstellern eine standardisierte, modulare und kostengünstige Profisafe-Anbindung für einfache Safety-­Anwendungen. Für den Austausch von betriebsmäßigen Daten über Profinet kommt das Standard-Kommunikationsmodul aus der Produktfamilie Anybus Compact Com zum Einsatz. Die Profisafe-­Kommunikationsfunktionen übernimmt das Safety-Modul, das nach dem Black-Channel-Prinzip mit dem Kommunikationsmodul Daten austauscht. Im Fall von Profinet übernimmt das Kommunikationsmodul die Aufgabe eines Profinet I/O-Devices und das Safety-Modul realisiert den Profisafe-Layer. Das Safety-Modul stellt dem Gerätehersteller drei sichere zweikanalig ausgeführte Eingänge sowie ein sicheren Ausgang zur Ansteuerung der geräteinternen Sicherheitsfunktionen zur Verfügung. Da für die Schweißsteuerung nur ein sicherer Eingang benötigt wird, erfüllt das Safety-Modul alle Anforderungen hinsichtlich der integrierten Sicherheitstechnik.

Das kompakte Anybus-Safety-Modul (70 x 40 x 15 mm) unterstützt zunächst Profisafe und stellt drei sichere Eingänge sowie einen sicheren Ausgang zur Verfügung.

Das kompakte Anybus-Safety-Modul (70 x 40 x 15 mm) unterstützt zunächst Profisafe und stellt drei sichere Eingänge sowie einen sicheren Ausgang zur Verfügung.HMS

Anstatt Zeit und Geld in eine individuelle Lösung zu investieren, können Gerätehersteller mit dem embedded Safety-Modul bis zu 80 % Entwicklungskosten sparen und sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren. Außerdem vereinfacht sich der Zertifizierungsprozess für die Hersteller: Da das Safety-Modul vom TÜV Rheinland vorzertifiziert ist, muss der Geräte-hersteller nicht mehr die gesamte Safety-Lösung zertifizieren, sondern nur, wie er das Modul in seinem Gerät einsetzt. Für die Gerätezertifizierung beim TÜV genügt der Nachweis, wie der Gerätehersteller die vom TÜV vorgegebenen Implementierungsrichtlinien umgesetzt hat. Das Anybus-Safety-Modul erleichtert also Geräteherstellern die Realisierung busgesteuerter sicherer I/O-Signale. Im ersten Schritt unterstützt das Modul Profisafe über Profinet und ist Ende 2013 in Serie verfügbar. Funktionskompatible Varianten für CIP Safety, Open-Safety, Functional Safety over Ethercat (FSoE) sowie Safety over Sercos sind geplant.