Hochgeschwindigkeitszüge wie der ICE, der TGV oder der Shinkansen verbinden Metropolen – wer von außerhalb kommt, nutzt entsprechende Zubringer. In der Feldbus-Technik übernehmen unter anderem ‚AS-i Safety Gateways‘ diese Funktion: Sie sammeln die Daten sicherheitstechnischer Komponenten in der Peripherie einer Anlage ein und transportieren sie in der Funktion eines ‚Bus-Bahnhofs‘ in Netzwerke und Steuerungswelten unterschiedlicher Hersteller. Komplexe Automatisierungslösungen lassen sich so dezentral – und damit transparenter, flexibler, performanter, beherrschbarer und deutlich kostengünstiger – organisieren und realisieren. 

Ein großer Vorteil eines solchen Ansatzes: Im Gegensatz zu deren direkter Einbindung in ein Netzwerk führt die Zahl der Teilnehmer am Gateway nicht zu einem möglichen Performanceverlust, etwa bei den Reaktionszeiten. Der Grund: Im Fall der AS-i Safety Gateways von Bihl+Wiedemann, deren  Portfolio Integrationslösungen etwa für Profibus, Profinet, Ethernet/IP, Sercos, Ethercat, Powerlink, Modbus, CC-Link oder CANopen umfasst, sind in den Geräten unter anderem zwei AS-i-Master für zwei AS-i-Kreise vorhanden. Damit sind bis zu 62 zweikanalige sichere Eingänge verfügbar – zusätzlich zu den drei, die bereits direkt in die Geräte integriert sind. Die Performance lässt sich noch weiter steigern über die sichere Kopplung ‚Safe Link‘, mit der die Lösung um theoretisch bis zu 2000 sichere Ein- und Ausgänge erweitert werden kann. Für das übergeordnete Netzwerk stellt das Gateway unabhängig von der Teilnehmerzahl im Feld jedoch nur einen einzigen Slave dar, der die kommunikative Stabilität des Feldbusses nicht beeinträchtigt.

Der ‚direkte Draht‘ zu allen gängigen Steuerungen

Indem die sichere Feldbus-Kommunikation in die Gateways integriert ist, erhalten sicherheitsgerichtete Sensoren und Aktoren also einen ‚direkten Draht‘ zu gängigen Automatisierungssystemen. Dies bezieht sich nicht alleine auf die E/A-Signale oder die ebenfalls verfügbaren, sicheren Analogwerte (zum Beispiel 4 bis 20 mA, 0 bis 10 V, PT100 oder Thermoelemente), sondern auch auf die Bereitstellung von weitreichenden Status- und Diagnose-Informationen. Die automatisch erstellten Diagnoseprotokolle der Geräte umfassen unter anderem eine Bewertung der Konfiguration, die Darstellung von Feldbus-Parametern wie Strom, Spannung, Symmetrie oder Erdschluss sowie eine einfache Ausführung und Interpretation der Daten. Demgegenüber erfor-dert eine solche Diagnose in zentralen Feldbus-Konzepten mit direkt angebundenen Sensoren und Aktoren bei großen Teilnehmerzahlen einen gewissen Zusatzaufwand, beispielsweise in Form von teuren Messtools.

Dies ist aber nur ein Kostenaspekt von vielen, mit denen sich die wirtschaftliche Effizienz von AS-i Safety  Gateways und der damit realisierbaren Konzepte belegen lässt. Einer der do-minierenden Vorteile ist der wesentlich geringere Installations- und Verdrahtungsaufwand. Sollen beispielsweise die Daten von 31 Sicherheitssensoren eingesammelt werden, benötigt die herkömmliche Peripherie einer fehlersicheren Steuerung pro Sensor vier Drähte – also 124 Drähte von der Schaltanlage ins Feld.

Mit AS-i Safety at Work als sicherer Installationstechnik genügt hierfür das gelbe Flachkabel. Hinzu kommt, dass der elektrische Anschluss in Piercing-Technik durchgeführt wird – eine teure Steckerkonfiguration für jeden Teilnehmer also nicht erforderlich ist. Die Spannungsversorgung erfolgt ebenfalls über das AS-i-Kabel und muss nicht separat herangeführt werden.

Über 'AS-i Safety Gateways' ist auf der Basis eines modularen Systems ein ­universelles Sicherheitskonzept für alle Steuerungstypen realisierbar, das auch Safe-Motion-Applikationen mit einschließt.

© Bihl+Wiedemann

Im Falle einer direkten Integration von Sicherheitstechnik in die Steuerung nehmen 1:1 die Teilnehmerzahl im Feldbus und das Datenvolumen zu, das die Steuerung verarbeiten muss. Darüber hinaus leidet ab einer gewissen Kommunikationslast auch die Performance des Netzwerkes – vor allem die Reaktionszeiten sind hier ein kritisches Thema. Dies alles führt ab einer bestimmten Teilnehmerzahl dazu, dass eine Steuerung nicht nur um das Safety-Feature erweitert werden muss, sondern auch gleich das nächstgrößere Steuerungsmodell vorzusehen ist. Musterkalkula­tionen zeigen, dass bei einzelnen Steuerungen der Aufpreis rein für Safety bei etwa 18 % liegt. Und mit dem Umstieg auf die nächste Steuerungsgröße können die Mehrkosten für Safety sogar schnell mehr als 90 % betragen.

Der Einsatz von AS-i Safety Gateways ist wirtschaftlich somit deutlich effizienter. Weitere Kostenvorteile lassen sich bei der Inbetriebnahme erzielen. So erleichtern intuitive Software-Lösungen, wie etwa Asimon360 von Bihl+Wiedemann, mit ihrem integrierten Hardware-Katalog die Konfiguration und Parametrierung spürbar. Diese Software stellt dem Anwender die verschiedenen Ausgangskreise mit den entsprechenden Eingangsmöglichkeiten für die logische Verknüpfung vorbereitet zur Verfügung. Eine aufwendige Programmierung in der Steuerung, wie sie bei der direkten Feldbus-Anbindung erforderlich ist, entfällt dabei völlig. Somit wird Programmieren zum Parametrieren, was die Komplexität nochmals deutlich senkt.

Erfahrungsgemäß stellt sich mit AS-i Safety Gateways bei Aufbau, Verkabelung und Inbetriebnahme eine unmittelbare Kostenersparnis von über 50 % ein. Soll der sicherheitstechnische Umfang zu einem späteren Zeitpunkt noch ergänzt werden, beispielsweise durch weitere Sensoren, Schalter oder Befehlsgeräte –, sind solche Erweiterungen ohne zusätzliche Feldbus-Koppler – und damit ohne zusätzliche Kosten – möglich.

Hier kommt ein weiterer wichtiger (Kosten-)Aspekt ins Spiel, der für AS-i Safety at Work spricht: Die Granularität, mit der Sicherheitslösungen realisierbar sind. Nicht immer werden viele sichere Eingangs- und Ausgangsdaten an einem einzigen Punkt eingesammelt. Häufig sind – auf mehrere Stellen verteilt – jeweils lediglich ein Sensor oder nur ein paar Sensoren mit wenigen E/A anzuschließen. Mittels aktiver Verteiler mit integriertem AS-i-Chip von Bihl+Wiedemann lässt sich das ebenso einfach und wirtschaftlich realisieren wie die Einbindung besonderer Sensoren, die keine Feldbus-Schnittstelle integriert haben.
 

Flexibel in puncto Granularität und ­Erweiterbarkeit

Die nachträgliche Erweiterbarkeit ist über den Kostenaspekt hinaus ebenfalls ein Beleg für die Flexibilität, die die steuerungsunabhängige Integration von Sicherheitstechnik bietet. Mit anderen Worten: Die eigentliche Sicherheitstechnik kann unabhängig von der späteren Integration konfiguriert werden. Es lassen sich komplette, maschinenbezogene Safety-Konzepte entwickeln, die dann bei der Umsetzung nur noch das passende ‚Safety Gateway‘ benötigen. Das heißt: Lediglich die Feldbus-Schnittstelle ist an die über-geordnete Steuerung anzupassen. Darüber hinaus können solche Safety-Konzepte aufgeteilt, feiner granuliert und später modulweise zusammengefügt werden. Die Funktionen der Sicherheitstechnik lassen sich bereits vorab in den Gateways simulieren und optimieren – bei der Integration wird dann später nur noch ein voll funktionsfähiger Slave am Feldbus angebunden.

Mit aktiven Verteilern lassen sich die unterschiedlichsten Sensoren, Taster oder Schalter einfach und ohne großen Aufwand einbinden. Der Anwender kann sich aus einer Vielzahl von Möglichkeiten genau das Gerät für die jeweilige Anwendung aus­suchen.

© Bihl+Wiedemann

Schlussendlich ist der Einsatz von AS-i Safety Gateways auch ein Plädoyer für eine dezentrale Sicherheitstechnik – weil sie Komplexität transparent und dadurch beherrschbar machen. Bei einem zentralen Systemaufbau kontrolliert eine entsprechend dimensionierte, fehlersichere Steuerung direkt die gesamte Sicherheitstechnik. Sicherheitsgerichtete Logiken und Funktionen sowie Status- und Diagnosedaten befinden sich an einer Stelle. Ist diese Organisation bei kleinen bis mittleren Anwendungen noch klar und stringent, so verliert sich die Übersichtlichkeit mit zunehmender Größe der Anlage und Vielschichtigkeit der Aufgabenstellung.

Bei einem dezentralen Aufbau hingegen lässt sich die gesamte Sicherheitstechnik in gut handhabbare Teilbereiche untergliedern. Die Parametrierung und Inbetriebnahme speziell der Sicherheitstechnik wird deutlich einfacher, weil übersichtlicher. Last but not least wird die Komplexität beherrschbar – zumal sich Einstellungen und Funktionslogiken im Betrieb der Anlage oder bei einer sicherheitstechnischen Überprüfung auf klare Weise nachvollziehen lassen.

Autor: Johanna Schüßler ist tätig im Produktmangement bei Wihl+Wiedemann, Mannheim