Um die funktionale Sicherheit zu gewährleisten, müssen Anlagen sofort stoppen, wenn eine Schutztür zu einem gefährlichen Bereich geöffnet wird. Sicherheitssensoren erfassen den Status dieser Türen. Dabei sind die Sensoren häufig standardisiert in Reihe geschaltet: OSSD-Ausgänge (Output Switching Signalling Device) des einen Sensors werden mit Eingängen des folgenden Sensors verbunden. Um herauszufinden, welcher Sensor ausgelöst hat, mussten bisher alle Sensoren in einer Sternverkabelung einzeln ver-drahtet werden. Zudem konnte lediglich 1 Bit übertragen werden – und zwar einzig die Information, ob ein Sensor den Betätiger erkannt hat oder nicht.

An dieser Stelle setzt die Diagnose­lösung ‚Safety Device Diagnostics‘ von Pilz an. Mit ihr lassen sich sowohl Status­informationen von Sicherheitsgeräten abfragen als auch deren Konfigurations­parameter auslesen und Aktionen visualisieren. 

.... Die Reihenschaltung für Sicherheitssensoren und die direkte Auswertung der Daten vom Sensor ermöglichen so ­unter anderem eine höhere Verfügbarkeit.

© Pilz

Da die Diagnose-Informationen bis zu 300 Byte umfassen können, lassen sich Funktionen realisieren, die bisher nur sehr komplexen Sensoren beziehungsweise speicherprogrammierten Steuerungen vorbehalten waren – zum Beispiel Einzel-Seriennummern, Versionsstand, aktuelle Zustände oder auch Fehlerzustände der Vergangenheit. Solcherlei Informationen befinden sich nun auf dem Sensor, und je nachdem, welche der Anwender gerade benötigt, kann er diese entsprechend abrufen. So kann ein Anwender beispielsweise wählen zwischen einem hochcodierten und einem codierten Schalter unter Verwendung von Diagnose-Informationen. Der Manipulationsschutz ist bei beiden hoch: Nimmt der Anwender einen hochcodierten Schalter, ist der Schutz fest im Schalter implementiert; beim codierten Schalter können Anwender einige Daten in den Speicher der Steuerung holen und dort flexibel den „hochcodierten Schalter abbilden“. Hier lassen sich die Daten via Modbus oder Profibus und künftig auch via Profinet oder Ethernet/IP abfragen und verarbeiten. Danach werden sie auf dem Display des Feldbus-Moduls, dem Monitor einer SPS oder – via Webserver – auf dem Bildschirm eines Rechners angezeigt. So stehen sie sowohl dem Bediener an der Maschine als auch via Fernzugriff zur Verfügung.

Ausgelegt ist die Diagnoselösung für den Anschluss von maximal 16 Sicherheitssensoren, wobei die Architektur der Sicherheitsschaltkreise keine Rolle spielt. Ergo kann eine Diagnose-Schnittstelle für die Sicherheitssensoren zum Beispiel für die linke und für die rechte Maschinenseite verwendet werden; dabei können diese jeweils von einem Sicherheitsauswerte-gerät getrennt verarbeitet werden. Alle Sensoren lassen sich über ein Mastergate des Diagnosesystems zentral verwalten, was die Überwachung mehrerer Sicherheitsgeräte erleichtert. Je nachdem, wie die Netzwerk-Struktur ausgelegt ist, erfolgt die Anbindung des Mastergate entweder via DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) oder über eine zuvor festgelegte IP-Adresse. Dies eröffnet Anwendern größere Freiheitsgrade hinsichtlich der Netzwerk-Anbindung in einer bestehenden Applikation.

Große Distanzen trotz ­Einkabellösung

An Diagnose-Informationen lässt sich zunächst einmal der Status der Sicherheitssensoren sowie der Zustand ihrer Ein- und Ausgänge erfassen. Da die Diagnoselösung insgesamt Distanzen bis zu 900 m abdecken kann, lassen sich auch Warnungen hinsichtlich Über- oder Unterspannung auslesen, die insbesondere bei langen Leitungen auftreten können. So sind beispielsweise große Hochregallager, Anwendungen in der Intralogistik oder ausgedehnte Anlagen der Stahlindustrie über eine Einkabellösung anbindbar.

Darüber hinaus ist es möglich, Geräte-Eigenschaften wie die Artikelnummer, die Produktversionsnummer und die Seriennummer abzurufen oder Betriebsmittelkennzeichnungen zu hinterlegen, was im Fehlerfall einen Austausch erleichtert. Anhand dieser Informationen lässt sich zudem selbst in unübersichtlichen Anlagen schnell feststellen, wo sich ein defekter Sicherheitssensor befindet. Das Feldbus-Modul der Diagnoselösung dokumentiert ferner – selbst nach einem Spannungs-Reset – alle Statusänderungen, wodurch Fehler eindeutig identifizierbar sind – anders als über die LEDs von Sicherheitssensoren. Dies ist insofern von Bedeutung, als im Zuge von Reparaturarbeiten leicht weitere Fehler passieren können – etwa durch das Ziehen von Steckern, wodurch sich der ursprüngliche Fehler möglicherweise nicht mehr erkennen lässt. 

Last but not least lassen sich Warnleuchten in einem Schaltschrank direkt ansteuern, wenn ein Sicherheitssensor eine Schutztür geöffnet hat. Diese Methode ist in der sicheren Automatisierung nach wie vor weit verbreitet. Der Engineering- und Programmierungsaufwand für die Visualisierung wird dadurch reduziert, dass das Feldbus-Modul der Diagnoselösung die Direktansteuerung von maximal sechs Leuchten unterstützt.

Zuhaltung einzeln ausführbar

Das sichere Schutztürsystem ­'PSENmlock' von Pilz bietet sichere Zuhaltung und sichere Verriegelung in einem Gerät. Zusammen mit der Diagnoselösung 'Safety Device Diagnostics' lassen sich Schutz­türen erstmals auch einzeln ansteuern.

© Pilz

Zusammen mit dem sicheren Schutztürsystem ‚PSENmlock‘ ist es mit der Diagnoselösung möglich, auch weit verteilt angebrachte Schutztüren einzeln anzusteuern. Stehen in einer Anlage etwa Wartungsarbeiten oder ein Werkzeugwechsel an, lässt sich definieren, welche Türen nach der Abschaltung geöffnet werden dürfen (ohne Verwendung der ‚Safety Device Diagnostics‘ würden sich alle öffnen) und wer zugangsberechtigt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass nur entsprechend geschultes und autorisiertes Personal an die Anlage gelangt. 

Vorausschauende Wartung

Da sich Diagnosedaten vor Ort oder aus der Ferne erfassen lassen, lässt sich die Lösung auch für die vorausschauende ­Wartung nutzen. Dies gilt nicht nur mit Blick auf den rechtzeitigen Austausch ­verschlissener Teile, sondern ebenso für die Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit.

Meldet ein Betreiber vielleicht nach ­Jahren ein Problem, konnte der Her­steller bislang nicht ohne Weiteres feststellen, was in der Zwischenzeit möglichweise in der Maschine verändert wurde. Mit den in der Diagnoselösung gespeicherten Daten hingegen lässt sich der ursprüng­liche Zustand ‚per Mausklick‘ mit dem aktuellen vergleichen, und zwar ohne die sonst erforderliche zusätzliche Hardware auf der Steuerungsebene. Dies trägt dazu bei, Stillstandzeiten zu ver­kürzen.

Der modulare Ansatz

'Safety Device Diagnostics' besteht aus einem Feldbus-Modul plus Verteiler sowie sicherer Sensorik. Die Diagnoselösung ermöglicht es, Daten einfach und zudem über Distanz abzurufen.

© Pilz

Ein anderes Beispiel für Industrie-4.0-­Szenarien sind intelligente Lösungen für die funktionale Sicherheit modularer Anlagen. Dank der Linienverkabelung der Diagnoselösung ist es für Maschinenbauer vergleichsweise einfach, ein weiteres Modul hinzuzufügen.

Will etwa ein Anwender seine Produkte nicht nur fer­tigen, sondern auch folieren und ver­packen, sind dazu weder eine neue Ver­kabelung noch Veränderungen im Schaltschrank und an den Konstruktionsplänen oder zusätzliche Sicherheitsgeräte erforderlich. Neben dem Stromkreis müssen lediglich pro Modul die Sicherheits­sensoren für die rechte und linke Schutztür installiert und über einen weiteren Verteiler an den bisher letzten Sensor in der Linie angebunden werden. Erst wenn bereits 16 Sensoren an die Diagnoselösung angeschlossen sind, bedarf es eines zusätzlichen Feldbus-Moduls. Da in der Regel jedoch nicht mehr als sechs, acht oder höchstens zehn Sensoren in Reihe angeschlossen werden, ist dieser Umfang aus­reichend.

Autor: 
Martin Bellingkrodt ist Product Manager Sensors bei Pilz in Ostfildern.