Das Kommunikationsprotokoll IO-Link Safety (IOLS) ist in der IEC 61139-2 weltweit standardisiert und bietet höchste Sicherheit bis zu PL e nach EN ISO 13849-1 (beziehungsweise SIL 3 nach IEC 61508/62061). Auch die Integration von Sicherheitssensoren und -aktoren ist bei IO-Link Safety-Systemen grundsätzlich in jedes bestehende Feldbussystem, unabhängig von übergeordneten Systemen, möglich.

Sichere Konnektivität – einfach umsetzbar

Um Prozesse optimieren zu können, sind große Datenmengen nötig. Hier eröffnet IO-Link Safety neue Möglichkeiten: Die Technologie lässt als Punkt-zu-Punkt-Kommunikation die einfache und sichere Integration von Sicherheitssensoren bis ins Feld zu. Darüber hinaus bietet sie die Chance, den Bereich der Selbstdiagnose und Datenauswertung zu optimieren. Nun stehen für die sichere Kommunikation ins Feld erste IO-Link Safety-Geräte bereit: Pilz zum Beispiel setzt auf eine Komplettlösung mit Master, Sensoren, Feldgeräten sowie passenden Konfigurationstools. Solche Pakete aus einer Hand bedeuten für den Anwender, dass er seine Integration der IO-Link Safety-Technologie in Maschinen und Anlagen nochmals vereinfachen kann, da die passenden Konfigurationstools die Integration der Geräte erleichtern. Der IO-Link Safety Master von Pilz ermöglicht auch die Integration von IO-Link-Produkten sowie marktüblichen Sicherheitssensoren. Denn zu den Anforderungen, die von Anwenderseite im Fokus stehen, gehören die einfache Installation sowie die Reduzierung von Lagerfläche: Das heißt, die Systeme müssen in Punkto Verdrahtung und Produktkonfiguration einfach zu handhaben sein, weniger Komponenten im Lager – und später im Schaltschrank – sind das an der Praxis orientierte Ziel.

Praxisfall: Verkettete Anlagen

Beim Materialtransport müssen Zugang und Schutztüren gut abgesichert werden. IO-Link Safety ermöglicht eine einfache Integration der Zugangsabsicherung und Absicherung der Schutztür(en).

© Monty Rakusen/Cultura/Getty Images, Pilz

In einer verketteten Verpackungsanlage sind in der Regel mehrere Sensoren im Einsatz, wodurch nicht nur viel Platz für die Verkabelung nötig ist, sondern insgesamt auch ein hoher Zeitaufwand für die Installation entsteht. Eine Lösung mit IO-Link Safety sieht dann so aus:

Der Master wird dezentral im Feld eingesetzt, so dass durch die reduzierte Kabellänge bereits Platz eingespart wird. Durch die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ist die Verdrahtung von Sicherheitssensoren deutlich einfacher umzusetzen. Gleichzeitig können Anwender das System flexibel nutzen, da sowohl übliche Sicherheitssensoren als auch IO-Link Safety Sicherheitssensoren und IO-Link Geräte beispielsweise an die acht Ports des IO-Link Safety Master angeschlossen werden können. An vier IOLS-Ports sind dabei sowohl IOLS-Sicherheitssensoren als auch IO-Link Standardsensoren anschließbar.

Um die Redundanz der Safety sicherzustellen, sind zweikanalige Anschlussmöglichkeiten unerlässlich: Mit so genannten FDIO Ports (Failsafe Digital Input Output) kann der Anwender zwischen einem sicheren Eingang oder einem sicheren Ausgang wählen und auch ob dieser zweikanalig sein soll. Damit können klassische Sicherheitssensoren wie Sicherheitsschalter, Türzuhaltungen oder Not-Halt-Geräte angeschlossen werden. Auch OSSD (Output Signal Switching Device)-Signale lassen sich so verarbeiten. Die Pilz-Lösung bietet vier FDIO-Ports, wodurch eine hohe Flexibilität mit Blick auf die Anschlussmöglichkeiten durch den IO-Link Safety Master gegeben ist.

Einfach und platzsparend installieren

Die IO-Link-Systemlösung von Pilz umfasst Master, Sensoren sowie Feldgeräte und passendes Zubehör. Zu den Geräten, die mit IO-Link Safety-Funktionalität ausgestattet sind, gehören die Sicherheits-Lichtgitter PSENopt II advanced IOLS, die Bedieneinheit PITgatebox IOLS sowie der IO-Link Safety Master PDP67 IOLS.

© Pilz

Die Kommunikation über IO-Link Safety läuft grundsätzlich immer über ungeschirmte Kabel, da nur eine Distanz von bis zu 20 m zu überbrücken ist. Dazu nutzt IO-Link Safety industrieübliche Anschlüsse. So werden weniger Kabel benötigt, die Installation und der Gerätetausch vereinfacht sich. In der Praxis ist der Anschluss einer Standard M12-Verbindung in weniger als einer Minute möglich – bei der herkömmlichen Verdrahtung hingegen ist mit über einer Stunde Zeit zu rechnen. Die Verbindung ist auch weniger anfällig für Verdrahtungsfehler: Da die IO-Link Safety-Technologie die Daten für die Diagnose gleich mitliefert, kann ein Gerät, das am falschen Port angeschlossen wurde, auch sofort erkannt und der Fehler behoben werden.

Ein weiterer Vorteil: Alle Geräte in der verketteten Anlage werden eigenständig identifiziert und parametriert. So optimiert das sichere Kommunikationsprotokoll die Installations-, Inbetriebnahme- und Wartungszeiten deutlich. Ausfallzeiten zum Beispiel bei anstehenden Reparaturen lassen sich erheblich verkürzen und die Wartung vorausschauend planen. Die Stromversorgung und der Datentransfer laufen dabei über ein einfaches, ungeschirmtes Kabel: IO-Link Safety kann bis zu 32 Byte Daten bidirektional mit bis zu 230,4 kbit/s übertragen.

Praxisfall: Materialtransport

Ganz anderen Anforderungen muss sich das sichere Kommunikationsprotokoll stellen, wenn es etwa um Fertigungszellen im Bereich Materialtransport geht, in denen sich eine integrierte Robotik befindet.

Häufig müssen der Zugang und die Schutztüren in solchen Anwendungen gut abgesichert und überdies Maschinenstillstandzeiten minimiert werden. IO-Link Safety gewährleistet hierbei, dass sowohl die Integration der Zugangsabsicherung als auch die Absicherung der Schutztür(en) einfach und zeitsparend möglich ist. Die Pilz-Lösung sieht folgendermaßen aus: Die Taster-Unit ‚PITgatebox IOLS‘ mit der Sicherheitszuhaltung ‚PSENmlock‘ wird über nur einen Port an den IO-Link Safety Master (‚PDP 67 IOLS‘) angeschlossen. Das heißt, die Taster-Unit ermöglicht die Verbindung zur Zuhaltung, ohne dass weitere Ports am IOLS Master belegt werden. Denn: Sowohl die Sicherheitslichtgitter als auch die Taster-Unit können direkt an das Feldgerät – den IOLS Master – angeschlossen werden; Stichwort: schnelle Verkabelung.

Dazu überwacht die Lösung die Anwendung ‚smart‘, insofern als die Daten der Sicherheitslichtgitter ausgewertet werden können. Beispielsweise liefern sie Informationen über den Temperaturzustand innerhalb der Sensoren und lassen so Rückschlüsse zu auf die Umgebungstemperatur: So sind Temperaturschwankungen über das normale Maß hinaus früh genug erkennbar, bevor sie Einfluss auf die Produktion nehmen können.

Vorausschauend produzieren

Die IOLS-Geräte verfügen über eine Funktion zur Selbstdiagnose, die einen potenziellen Maschinenstillstand vorhersehen und damit ausschließen oder minimieren kann. Dies kann bei Reparatur und Wartung Vorteile bringen: Die relevanten Daten zum Maschinenzustand werden direkt an die verantwortliche Schnittstelle in Person zum Beispiel eines Produktionsleiters geliefert. Die IOLS-Sensoren stellen Information über den Ist-Zustand bereit – beispielsweise können Informationen darüber, wie häufig die Wartungstür geöffnet, der Not-Halt betätigt oder in Lichtgitter eingegriffen wurde, in der übergeordneten Steuerung erfasst werden. Aufgrund solcher Daten lassen sich Konzepte für Wartung und Reparatur erstellen, um Fehlerzustände schnellstmöglich beheben zu können.

Generell kann IOLS bei optoelektronischen Geräten die Sicherheit durch eine spezifische Diagnose erheblich optimieren: Über eine so genannte Einzelstrahlauswertung wird jeder inaktive Lichtstrahl sofort erkannt. Dadurch kann beim Materialtransport zusätzlich eine Objektgrößenerkennung überwacht werden. Sind beispielsweise im Prozess Paletten mit der Größe von 1 m zulässig, werden kleinere oder größere Paletten durch die Einzelstrahlauswertung erkannt. Mit diesen Informationen kann die übergeordnete Steuerung eine entsprechende Aktion einleiten.

Der Autor: Matthias Wolfer ist Produktmanager Controller bei Pilz in Ostfildern.

© Pilz

Zudem bietet das Sicherheitslichtgitter erweiterte Funktionen wie Blanking und Muting, unterschiedlichen Arten der sicheren Unterbrechung von Strahlen, um Material durchführen zu können. Darüber hinaus ist es möglich, die Signalstärke auszuwerten, um permanent die korrekte Ausrichtung der Sicherheitslichtgitter zu gewährleisten. Mit den in der Steuerung hinterlegten Daten kann der Maschinenbediener Rückschlüsse auf mögliche Probleme ziehen und einen Stillstand verhindern, oder eine Reparatur beziehungsweise Wartung ansetzen, um Maschinenausfälle proaktiv zu verhindern. Letztlich kann IO-Link Safety als Maßnahme der ‚Predictive Maintenance‘ auch die Maschinenlaufzeit im Feld deutlich erhöhen.