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Industrie 4.0: Funktionale Sicherheit in der 'smarten' Fabrik

Industrie 4.0 treibt die Vision, dass sich Anlagen rasch und dynamisch an die Erfordernisse einer veränderlichen Produktion anpassen. Dies stellt komplett neue Anforderungen an die funktionale Sicherheit.

Safety für modulare Konzepte, Sigmatek Bildquelle: © Sigmatek

Herkömmliche, starre Sicherheitskonzepte stellen eine bedeutende Hürde auf dem Weg zur viel diskutierten Industrie-4.0-Produktion dar. Das betrifft zwei Aspekte der Sicherheitstechnik, die stets als Gesamtheit zu behandeln sind, in diesem Kontext jedoch eine isolierte Betrachtung verdienen. Zunächst besteht natürlich nach wie vor die Forderung nach durchdachten Schutzvorrichtungen. Angesichts zunehmender Modularität und Funktionsintegration manifestiert sich in diesem Kontext allerdings nachhaltig der Übergang von Schutzzäunen hin zur Ausrüstung von Einzelmaschinen und Anlagenteilen mit Türkontakten, Lichtgittern und artverwandten Maßnahmen. Der zweite Aspekt betrifft die Logik, die mittels sicherheitsgerichteter Auswertung der Sensorik und der Ansteuerung sicherer Aktoren die Anlage in einen für den Menschen gefahrlosen Zustand bringt. Sie bildet damit einen substanziellen Teil der gesamten Steuerungsintelligenz. Um die neuen Herausforderungen in Smart Factories zu lösen, gilt es für Maschinenhersteller und Automatisierer, diese beiden Kompetenzfelder zu einer Einheit zu verschmelzen.

Franz Aschl, Sigmatek Bildquelle: © Sigmatek

Franz Aschl, Sigmatek: "Hart verdrahtete Sicherheitslösungen rücken in den Hintergrund und busintegrierte, programmierbare Safety-Systeme bestimmen ganz klar die Richtung."

Zwar habe laut Franz Aschl, zu­ständig für das Innovationsmanagement bei Sigmatek, das bewährte ­Sicherheitsrelais in Einzelfällen durchaus nach wie vor seine Berechtigung, aber: „Je komplexer Maschinen und Anlagen werden, desto zweckmäßiger sind Sicherheitssteuerungs-Konzepte mit Datentransport über Ethernet.“ Die Verkabelung wird damit wesentlich vereinfacht, da die sicherheitsgerich­teten Signale über größere Entfernungen den vorhandenen Systembus mitbenutzen. Zudem entfällt die doppelte Verdrahtung der Sicherheits-Sensorik, da die funktionsgerichtete Steuereinheit aktuelle Zustandsinformationen gleichzeitig über den gemeinsamen Bus erhält.

Hinsichtlich der Anpassung des Steuerverhaltens und für die Visualisierung öffnen sich damit neue Wege. Das gilt auch für die Zustandsübermittlung an übergeordnete ERP- und MES-Datensysteme. Selbst das Stichwort Cloud fällt bereits vereinzelt im Zusammenhang mit Sicherheitssteuerungen. 

Wurden programmier- und konfigurierbare Steuerungen lange Zeit mit vergleichsweise hohen Investitionskosten und aufwendiger Programmierung in Verbindung gebracht, so hat sich dieses Bild bis heute deutlich verändert. Kostengünstige und gleichermaßen leistungsfähige Sicherheitssteuerungen dominieren den Markt. Mit ihrem äußerst geringen Platzbedarf haben sie selbst für einfache Anwendungen die klassischen Relais-Schaltungen abgelöst. Und mit TÜV-zertifizierten Funktionsbausteinen sind Software-Anwendungen in Minutenschnelle umgesetzt und gleichzeitig normgerecht dokumentiert. Derart erstellte Automatisierungssysteme erfüllen aktuelle Sicherheitsnormen wie SIL CL 3 nach IEC 62061 beziehungsweise Performance Level PLe, Kat. 3 und 4 gemäß EN ISO 13849-1/-2.

Ein Beispiel für eine solche Sicherheitslösung ist das Safety-System S-Dias. Den Kern des modularen Systems für die DIN-Schiene bildet der Safety-Controller, der die Applikation überwacht und steuert sowie das Businterface zu Modulen mit sicheren Ein- und Ausgängen bereitstellt. Darunter finden sich zusätzliche Baugruppen für die Auswertung von Absolut- und Inkrementalgebern. Antriebssysteme mit sicherheitsgerichteten Funktionen machen das System komplett. Die Kommunikation erfolgt über den lokalen Systembus und bei dezentralem Aufbau der Anlage über Varan oder Ethernet. Dabei sind unterschiedliche Topologien und Aufbauvarianten möglich. Sämtliche Safety-Module der S-Dias-Familie sind lediglich 12,5 mm breit, zusätzlich gibt es ein sicheres Relais-Ausgangsmodul mit der doppelten Breite.