Maschinen- und Anlagenbauer müssen ihren Kunden häufig individuelle HMI-Systeme ausliefern, die am besten direkt an der Maschine zugänglich sind – montiert via Tragarm oder Standfuß. Eine neue rundum IP65 geschützte Systemlösung kombiniert jetzt die Vorteile eines Bediengerätes mit flexiblen und individuellen Erweiterungsmöglichkeiten durch Taster und Schalter. Die Extension Units sind als zusätzliche Komponente der Simatic-HMI-PRO-Geräte von Siemens konzipiert. Sie ergänzen Bediengeräte um frei wählbare und leicht aufbaubare Bedienfelder in der gleichen hohen Schutzart. Die Einheiten gibt es in insgesamt vier Größen von 12 bis 22 Zoll mit einer jeweils unterschiedlichen Anzahl möglicher Bedienelemente. Dabei kann die Extension Unit passend zur Displaygröße des Bediengerätes gewählt werden. Ferner lassen sich bis zu zwei Extension Units an einem Gerät einsetzen – die Zahl der möglichen Konfigurationen ist praktisch unbegrenzt. Neben der klassischen hartverdrahteten Variante (Hardwired), bei der die Bedienelemente direkt mit der übergeordneten Steuerung verdrahtet werden, stehen busfähige Versionen mit Profinet und Profisafe zur Verfügung. Je nach Anforderung, vorhandenem Platz und Designaspekten erhält der Maschinenbauer damit die Möglichkeit, die für seine Maschine passende Kombination individuell auszuwählen und umzusetzen – und zwar mit Standardkomponenten.

Ein weiterer Vorteil: Extension Unit und Bediengerät sind getrennt voneinander austauschbar, sodass auch Nachrüstungen und/oder der Austausch nur einer Komponente möglich sind. So kann beispielsweise mit einer neuen Extension Unit der Wunsch des Kunden nach mehr oder anderen Bedienelementen einfach und kostengünstig erfüllt werden, da das Bediengerät ja weiter genutzt werden kann. Somit ermöglicht das Baukastensystem aus Bediengerät und Extension Unit eine standardisierte Visualisierung und Anlagenbedienung. Der Maschinenbauer kann damit für jeden Kunden eine individuelle Lösung aufbauen und in sein Maschinendesign integrieren.

Auswahl und Konfiguration

Im TIA-Portal beginnt für den Anwender die Auswahl und Konfiguration der korrekten Erweiterung: Per TIA Selection Tool kann er mittels eines intuitiven grafischen Editors inklusive einer Bildvorschau der Bedienelemente die passende Lösung via Drag&Drop zusammenstellen und danach die Komponenten bestellen. Dabei hat er die Auswahl aus drei Kommunikationsvarianten – Hardwired, Profinet und Profisafe – sowie zahlreichen Bedienelementen wie Leuchtdrucktaster, Leuchtmelder, Wahl- und Schlüsselschalter und Not-Halt-Drucktaster. Außerdem lassen sich die Erweiterungsmodule zusätzlich mit einer frontseitigen USB-Schnittstelle sowie einem RFID-Lesegerät bestücken. Die Bedienelemente werden als Kit geliefert, das alle für die Montage notwendigen Teile beinhaltet: ein elektronisches Verbindungsmodul, Befestigungen und – je nach Typ – Leuchtvorsätze in fünf Farben oder Schildträger zur Kennzeichnung. 

Für die Konfektionierung haben die Geräte entsprechende Ausstanzungen für die Montageplätze, sodass die Bedienelemente mit wenigen Handgriffen montiert, verdrahtet und mit Einlegeschildern oder Schildträgern beschriftet werden können. Dabei kann der Anwender auch individuelle Schilder mit einem handelsüblichen Laserdrucker selbst erstellen. Am Ende wird die Extension Unit mit dem HMI-PRO-Gerät verbunden und montiert. 

Einbindung in die Automatisierung

Bei der Einbindung in die Automatisierungslösung, bei denen die Bedienelemente mit Ein-/Ausgängen einer SPS-Steuerung direkt verdrahtet werden sollen, erleichtert die Extension Unit Hardwired dank ihres Kommunikationsmoduls die Installation: Die I/O-Module der Steuerung werden mit zwei Steckerleisten einfach an das Kommunikationsmodul angeschlossen, sodass keine einzelnen Leitungen verbunden werden müssen.

Bei den busfähigen Varianten spart sich der Anwender ebenso das aufwendige Verlegen von Leitungen und zusätzliche Hardware-Investitionen für das Einbinden der Bedienelemente in die Netzwerk-Architektur. Die Extension Units Profinet und Profisafe verfügen über zwei Profinet-fähige Onboard-Ethernet-Schnittstellen und können durch die integrierte Switch-Funktionalität direkt in bestehende Automatisierungsnetze integriert werden. In sicherheitsrelevanten Anwendungen sorgt die integrierte Safety-Funktionalität Profisafe für eine fehlerfreie Übertragung sicherheitsrelevanter Signale vom Bedienfeld zur Steuerung: Über zwei zusätzliche Failsafe-Eingänge erfasst das Gerät im fehlersicheren Betrieb Signalzustände von bis zu zwei Not-Halt-Tastern und sendet Sicherheitstelegramme an die SPS. Dabei lassen sich die Sicherheitsfunktionen komfortabel über die Parametrierung des F-Moduls der Profisafe-Variante im TIA Portal parametrieren. Für die sichere Kommunikation mit einem Profisafe-Gerät muss die Profisafe-Adresse lediglich an der Extension Unit durch den DIP-Schalter eingestellt und im TIA Portal als Zahlenwert projektiert werden. Durch Projektierung der Sicherheitsfunktionen einer fehlersicheren Steuerung (F-CPU) im TIA-Portal ist ein fehlersicherer Betrieb bis zu SIL3 (Safety Integrity Level) nach IEC 61508 bei einem Not-Halt möglich.

Darüber hinaus verfügen die Einheiten mit Profinet und Profisafe über einen Redundanzmechanismus, mit dem auftretende Störungen überbrückt werden können. Durch das Media Redundancy Protocol (MRP) für Netze in Ring-Topologie wird ein Leitungsbruch oder ein Komponentenausfall kompensiert, indem der Switch einen zweiten Kommunikationspfad durch das Netzwerk öffnet. Die jeweilige Extension Unit ist als MRP-Client eingetragen. So lässt sich ganz einfach eine Ring-topologie aufbauen, um die Verfügbarkeit weiter zu erhöhen.

Mit den Extension Units profitieren Maschinen- und Anlagenbauer demnach sowohl von den Vorteilen einer integrierten Lösung als auch von der Flexibilität eines modularen Systems, das sich ohne Schaltschrank auf einem Tragarm oder Standfuß montieren lässt. Ein nachträgliches Tauschen oder Erweitern ist möglich; so kann der Anwender die gewünschte Funktionalität schnell und kostengünstig implementieren. 

Autoren:
Luisa Fernanda Garcia Cuartas ist Produktmanagerin für HMI/IPC bei Siemens, 
Mathias Albrecht ist zuständig für das Marketing HMI/PCbased-Automation bei Siemens.

Bis zu 12 Einbauplätze

Die Extension Units sind in verschiedenen Varianten erhältlich, die sich in der Breite und der Anzahl an Einbauplätzen unterscheiden:

• Extension Unit 12 Zoll mit 6 Einbauplätzen
• Extension Unit 15 Zoll mit 8 Einbauplätzen
• Extension Unit 19 Zoll mit 10 Einbauplätzen
• Extension Unit 22 Zoll mit 12 Einbauplätzen

Dabei kann jede Extension Unit mit jeder Displaygröße kombiniert oder eine zweite Extension Unit unterhalb des PRO-Geräts montiert werden. In einer Extension Unit Hardwired können bis zu acht Standard-Bedienelemente und zwei Not-Halt-Taster eingebaut und angeschlossen werden. In einer Extension Unit Profinet oder Profisafe können alle Einbauplätze mit Bedienelementen belegt werden. Zwei dieser ­Bedienelemente können Not-Halt-Taster sein.