Lesedauer: 12min
Modulare Diagnoselösungen für Sicherheitssysteme
Diagnose immer

Jul 22, 2020 | Analytics/OEE, Arbeitsschutz

Durch intelligente Produktionsprozesse, in denen alles mit allem vernetzt ist, kann die Produktivität deutlich gesteigert werden. Dazu müssen jedoch vielfältige Daten verfügbar sein. Innovative Diagnoselösungen sollten sich flexibel skalieren lassen und für die Anforderungen der smarten Fabrik gerüstet sein.
 Mit dem Schutztürsystem PSENmlock und der Pilz-Diagnoselösung Safety Device Diagnostics können Türen per Einkabellösung verbunden und einzeln angesteuert werden.
Mit dem Schutztürsystem PSENmlock und der Pilz-Diagnoselösung Safety Device Diagnostics können Türen per Einkabellösung verbunden und einzeln angesteuert werden.Bild: Pilz GmbH & Co. KG

Um die funktionale Sicherheit zu gewährleisten, müssen Anlagen z.B. sofort stoppen, wenn die Schutztür zu einem gefährlichen Bereich geöffnet wird. Der Status dieser Türen wird über Sicherheitssensoren erfasst, die häufig nach dem folgendem standardisierten Verfahren in Reihe geschaltet sind: OSSD-Ausgänge des einen Sensors werden mit Eingängen des folgenden Sensors verbunden.Um herauszufinden, welcher Sensor ausgelöst hat, mussten bisher alle in einer Sternverkabelung einzeln verdrahtet werden, was aufwändig und teuer ist. Außerdem konnten lediglich 1Bit übertragen werden, nämlich die Information, ob ein Sensor den Betätiger erkannt hat oder nicht. Mit einer Diagnoselösung wie Safety Device Diagnostics von Pilz können jetzt sowohl Statusinformationen von Sicherheitsgeräten abgefragt als auch deren Konfigurationsparameter ausgelesen und Aktionen visualisiert werden. Und in der Folge die erhöhte Verfügbarkeit von Anlagen.

Reihenschaltung für Linienverkabelung

Mit der Diagnoselösung aus Feldbusmodul, Verteiler und sicherer Sensorik lässt sich das bewährte Prinzip der Reihenschaltung jetzt erstmals auch in einer kostengünstigen Linienverkabelung mit Sicherheitsgeräten verschiedener Hersteller umsetzen. Darüber hinaus unterstützt dieses System – wenn auch die Sensoren eingesetzt werden – Diagnosefunktionen, die wahlweise aktiviert werden können. Das bietet dem Anlagenbetreiber große Flexibilität. Für den Anschluss der Sensoren genügt ein Standardkabel. Zudem sind je nach Einsatzszenario passive Verkabelungshilfen in Schutzart IP67 oder IP20 erhältlich.

Mehr Funktion durch smarte Sensoren

Da die Diagnoseinformationen hier bis zu 300Byte umfassen können, lassen sich Funktionen realisieren,die bisher nur sehr komplexen Sensoren bzw. SPSen vorbehalten waren, z.B. Einzel-Seriennummern, den Versionsstand, aktuelle Zustände oder auch Fehlerzustände in der Vergangenheit. Solche und andere Daten bzw. Informationen sind nun auf dem Sensor hinterlegt. Je nachdem,welche der Anwender gerade benötigt, bietet dieser sie optional an. Anwender könnten etwa wählen zwischen einem hochcodierten Schalter und codierten Schalter unter Verwendung von Diagnoseinformationen. Beides erzielt einen sehr guten Manipulationsschutz: Bei Ersterem istt der Schutz fest und starr im Schalter implementiert. Aber Anwender können nun einige Daten der codierten Schalter einfach in den Speicher der Steuerung holen und dort sozusagen flexibel den hochcodierten Schalter abbilden.

In Kombination mit der Safety Device Diagnostics (SDD) können einzelne Schalter bzw. Türen gezielt angesteuert werden – ohne eine kostenaufwendige Einzelverdrahtung im Schaltschrank. Die SDD ermöglicht zudem eine einfache und umfangreiche Diagnose der Sicherheitsschalter und verringert so Stillstandzeiten.
In Kombination mit der Safety Device Diagnostics (SDD) können einzelne Schalter bzw. Türen gezielt angesteuert werden – ohne eine kostenaufwendige Einzelverdrahtung im Schaltschrank. Die SDD ermöglicht zudem eine einfache und umfangreiche Diagnose der Sicherheitsschalter und verringert so Stillstandzeiten.Bild: Pilz GmbH & Co. KG

Überwachung vor Ort und remote

Dort 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 Feldbusmoduls, dem Monitor einer SPS oder – via Webserver – auf dem Bildschirm eines Rechners übersichtlich angezeigt. Mit anderen Worten: Sie stehen sowohl dem Bediener der Maschine als auch via Fernzugriff zur Verfügung. Die Diagnoselösung ist für den Anschluss von bis zu sechzehn Sicherheitssensoren ausgelegt, wobei die Architektur der Sicherheitsschaltkreise keine Rolle spielt. Also kann eine Diagnoseschnittstelle für die Sicherheitssensoren z.B. für die linke und die rechte Maschinenseite verwendet werden, wobei diese jeweils von einem Sicherheitsauswertegerät getrennt verarbeitet werden können. Dabei lassen sich alle Sensoren über ein Mastergate des Diagnosesystems zentral verwalten, was die Überwachung mehrerer Sicherheitsgeräte deutlich erleichtert. Je nachdem, wie die Netzwerkstruktur ausgelegt ist, kann das Mastergate entweder via DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) bzw. über eine zuvor festgelegte IP-Adresse angebunden werden. Dies ermöglicht Anwendern größere Freiheitsgrade mit Blick auf die Netzwerkanbindung ihrer bestehenden Applikation. Welche Diagnoseinformationen können erfasst werden? Zunächst einmal der Status der Sicherheitssensoren sowie der Zustand ihrer Ein- und Ausgänge. Außerdem lassen sich Warnungen hinsichtlich Über- oder Unterspannung auslesen, die insbesondere bei langen Leitungen auftreten können, wenn diese zuvor nicht sorgfältig vermessen wurden. Denn die Diagnoselösung kann im Unterschied zu anderen Systemen insgesamt 900m abdecken,wodurch sich erstmals etwa große Hochregallager,Anwendungen in der Intralogistik oder ausgedehnte Anlagen der Stahlindustrie über eine Einkabellösung anbinden lassen.

Eindeutige Identifizierung von Fehlern

Darüber hinaus können auch Geräteeigenschaften wie die Artikelnummer, die Produktversionsnummer und die Seriennummer abgerufen oder Betriebsmittelkennzeichnungen hinterlegt werden, was im Fall eines Fehlers den Austausch erleichtert. Außerdem lässt sich anhand dieser Informationen auch in unübersichtlichen Anlagen schnell feststellen, wo sich ein defekter Sicherheitssensor befindet. Ferner dokumentiert das Feldbusmodul selbst nach einem Spannungs-Reset alle Statusänderungen, wodurch Fehler – anders als über die LEDs von Sicherheitssensoren – eindeutig identifiziert werden können. Das ist deshalb wichtig, weil 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. Kurzum: Die Diagnoselösung sorgt dafür, dass Anlagen schneller wieder in Betrieb genommen werden können.Außerdem 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. Da das Feldbusmodul der Diagnoselösung die Direktansteuerung von bis zu sechs Leuchten unterstützt, wird der Engineering- und Programmierungsaufwand für die Visualisierung reduziert. Das heißt, der Anlagenbetreiber profitiert von einer einfachen Verkabelung im Feld und ist dennoch genau im Bilde, um welche Tür es sich handelt.

Zuhaltung einzeln ausführen

Zusammen mit dem sicheren Schutztürsystem PSENmlock können mit der neuen Pilz-Lösung trotz ausgedehnter Einkabellösung Schutztüren erstmals auch einzeln angesteuert werden. Wenn in einer Anlage etwa Wartungsarbeiten oder ein Werkzeugwechsel anstehen, lässt sich definieren, welche Türen nach der Abschaltung geöffnet werden dürfen und wer zugangsberechtigt ist. Dadurch wird sichergestellt, dass nur entsprechend geschultes und autorisiertes Personal an die Anlage gelangt.

Dokumentation von Veränderungen

Da sich mit der Lösung vielfältige Diagnosedaten vor Ort oder aus der Ferne erfassen lassen, kann sie auch für eine vorausschauende Wartung eingesetzt werden. Das gilt nicht nur mit Blick auf den rechtzeitigen Austausch verschlissener Teile, sondern auch für die Aufrechterhaltung der Betriebssicherheit. Wenn ein Betreiber vielleicht Jahre später ein Problem meldet, konnte der Hersteller bisher nicht ohne Weiteres feststellen, was in der Zwischenzeit möglicherweise in der Maschine verändert wurde. Mit den gespeicherten Daten lässt sich jetzt der ursprüngliche Zustand sozusagen per Mausklick mit dem aktuellen vergleichen, und zwar ohne die sonst erforderliche zusätzliche Hardware auf der Steuerungsebene.

Modularer Ansatz unterstützt

Ein anderes modernes Szenario sind intelligente Lösungen für die funktionale Sicherheit modularer Anlagen. Durch die Linienverkabelung der Diagnoselösung ist es vergleichsweise einfach, ein weiteres Modul hinzuzufügen. Will etwa ein Kunde 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. Es müssen – neben dem Stromkreis – 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 Feldbusmoduls. Die Norm sind jedoch nicht mehr als sechs, acht oder höchstens zehn Sensoren in Reihe, so dass dieser Umfang mehr als ausreichend ist.

Alternative IO-Link Safety?

Der gesamte Funktionsumfang der Lösung steht dann zur Verfügung, wenn alle Komponenten eingesetzt werden. Mit IO-Link Safety wird zurzeit ein alternatives Verfahren entwickelt. Es gewährleistet Interoperabilität bis hin zu den Sensoren, funktioniert also auf allen Ebenen mit Sicherheitsgeräten verschiedener Hersteller. Daten werden sicher gerichtet vom Sensor hin zur SPS übertragen, dadurch entstehen neue Anwendungsmöglichkeiten. So schaltet bei IO-Link Safety die SPS und nicht der Sensor, wodurch teure Sicherheitsarchitekturen vorgegeben sind und neue Abhängigkeiten zwischen Sensor und SPSen z.B. im Austauschfall entstehen. Außerdem basiert dieses Verfahren auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, das heißt gleichsam auf einer Sternverkabelung im Feld oder in den Schaltschrank hinein. Unter dem Strich sind sowohl die Installations- als auch die Engineering-Kosten deutlich höher, da nicht nur der Verkabelungsaufwand zunimmt, sondern auch sichere SPSen erforderlich sind, um die Daten der Sensoren auszuwerten. Man muss kein Prophet sein, um vorherzusagen, dass es über kurz oder lang zwei Diagnosesysteme geben wird. Je nach Applikation entscheidet das Kosten/Nutzen-Verhältnis für das eine oder andere System. Zurzeit ist IO-Link Safety jedoch noch Zukunftsmusik. Dagegen kann die Diagnoselösung von Pilz bereits heute eingesetzt werden.

Fit für die Fabrik der Zukunft

Eine Diagnoselösung wie Safety Device Diagnostics verringert Serviceeinsätze deutlich durch eine detaillierte und eindeutigere Diagnose. Übersichtlich visualisierte Informationen sowohl vor Ort als auch via Fernzugriff stehen zur Verfügung. Darüber hinaus erweitert die clevere Einkabellösung die Grenzen der Reihenschaltung: Die innovative Reihenschaltung für Sicherheitssensoren und die direkte Auswertung der Daten vom Sensor ermöglichen nun nicht nur eine wesentlich erhöhte Verfügbarkeit. Sie stellt durch ihren modularen Ansatz auch für die Fabrik der Zukunft eine adäquate Diagnoselösung an.

Autor:
Firma: Pilz GmbH & Co. KG
http://www.pilz.com

MARKT – TRENDS – TECHNIK

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