Die Integration sicherer und über Profisafe steuerbarer E/A-Signale nach IEC61508 – und den harmonisierten Normen EN13849-1 bzw. 62061 – stellt Gerätehersteller vor immense Herausforderungen, denn die Sicherheitstechnik zählt meist weder zu den Kernfunktionen des Automatisierungsgerätes noch zu den Kernkompetenzen des Geräteherstellers. So benötigt eine typische Schweißsteuerung beispielsweise nur einen einzigen sicheren digitalen Eingang um im Fehlerfall den Schweißprozess sicher zu unterbrechen. In den heute eingesetzten Schweißsteuerungen ist dieser sichere Eingang meist diskret ausgeführt. Der Entwicklungsaufwand für die Umstellung auf integrierte, vernetzte Sicherheitstechnik mit Profisafe ist immens. Doch damit nicht genug, denn die Lösung muss auch noch z.B. durch den TÜV zertifiziert werden. Bei der Eigenentwicklung einer integrierten Safety-Lösung erreichen die Entwicklungskosten schnell die Eine-Million-Euro-Marke. Eine Investition, die Hersteller oftmals scheuen und dadurch Marktanteile in einem stark wachsenden Markt verpassen, denn: Laut Profibus Nutzerorganisation verzeichnet Profisafe jährlich zweistellige Wachstumsraten (Bild 3). HMS hat dieses Problem erkannt. Mit dem neuen Safety-Modul stellt HMS erstmals eine nach EN13849-1 bzw. EN62061 vorzertifizierte und einsatzfertige Lösung zur kostengünstigen Integration sicherer Ein- und Ausgänge gemäß Profisafe-Standard zur Verfügung. Die Lösung eignet sich insbesondere für Geräte, bei denen sich die sicheren Funktionen klar von den nicht-sicheren Funktionen des Automatisierungsgerätes trennen lassen und nur wenige sichere Signale erforderlich sind. Typische Beispiele sind Geräte aus den Bereichen Schweißen, Kleben, Schrauben, Bedienterminals mit Notaus-Taster, Schutzgitter-Steuerungen, Türschloss-Controller, Lasersteuerungen und Mikro-Antriebe. Das Safety-Modul erfüllt die Sicherheitsanforderungsstufe SIL CL3 gemäß EN62061 und den Performance Level PLe / Kategorie 4 nach IEC13849-1. Das Sicherheitskonzept des Safety-Moduls wurde in Zusammenarbeit mit dem TÜV Rheinland erarbeitet und zertifiziert.
Integrierte Sicherheitstechnik am Beispiel einer Schweißsteuerung
Eine typische Anwendung für das Safety-Modul ist eine industrielle Schweißsteuerung. Die Sicherheitsfunktion beschränkt sich hierbei im Wesentlichen darauf, den Schweißprozess im Fehlerfall sicher zu unterbrechen. Diese Funktion wird in heutigen Anwendungen typischerweise durch diskret ausgeführte sichere 24-Volt-Signale realisiert. Die Ansteuerung erfolgt über sicher ausgeführte dezentrale E/A-Komponenten. Mit dem diskreten sicheren Steuersignal wird dann über ein Sicherheitsrelais und einen digitalen Eingang der Schweißstrom im Fehlerfall sicher unterbrochen. Die diskrete Lösung ist erprobt und in vielen Roboterzellen erfolgreich im Einsatz. Nachteil ist jedoch, dass die Sicherheitsabschaltung nicht direkt über das Kommunikationsnetzwerk (Profinet) erfolgt, sondern zusätzliche Komponenten (sichere dezentrale E/A, Sicherheitsrelais) und diskrete Verkabelung erforderlich sind. Diese Nachteile sollen durch die direkte Integration sicherer E/A-Signale in die Steuerung vermieden werden. Ziel ist es, dass alle Kommunikationsfunktionen – Prozessdaten in Echtzeit, Qualitätsdaten über TCP/IP-Protokolle und sichere Signale über die Profinet-Schnittstelle der Schweißsteuerung übertragen werden. Dadurch entfallen die diskrete Verkabelung und die dezentralen sicheren E/A-Komponenten. Durch den Entfall der dezentralen E/A reduziert sich der Engineeringaufwand und last but not least wird die Flexibilität und Durchgängigkeit des Systems deutlich erhöht. Den genannten Vorteilen steht ein höherer Preis der Profinet-Schnittstelle mit integrierter Profisafe-Funktionalität und integrierten sicheren E/A gegenüber. Unter dem Strich lassen sich mit einer integrierten Lösung wie dem Safety-Modul in einer Roboterzelle Kosteneinsparungen im Bereich mehrerer hundert Euro erzielen.
Safety-Modul Ixxat Safe T100: So einfach kann Profisafe sein
Mit dem Safety-Modul bietet HMS Geräteherstellern die passende Lösung: eine standardisierte, modulare und kostengünstige Profisafe-Lösung für einfache Safety-Anwendungen. Bild 5 zeigt das Funktionsprinzip. Für den Austausch von nicht sicheren Daten über Profinet kommt das Standard-Kommunikationsmodul aus der Produktfamilie Anybus CompactCom zum Einsatz. Die Profisafe-Kommunikationsfunktionen übernimmt das Safety-Modul Ixxat Safe T100. Das Safety-Modul und das Anybus-Kommunikationsmodul arbeiten eng zusammen. Das Safety-Modul kommuniziert nach dem Black-Channel-Prinzip mit dem Anybus-Kommunikationsmodul. Im Fall von Profinet übernimmt das Kommunikationsmodul die Aufgabe eines Profinet I/O Devices und das Safety-Modul realisiert den Profisafe-Layer. Das Safety-Modul stellt dem Gerätehersteller 3 sichere zweikanalige digitale Eingänge und einen sicheren zweikanaligen digitalen Ausgang zur direkten Ansteuerung der geräteinternen Sicherheitsfunktionen zur Verfügung. Da für die Schweißsteuerung im obigen Anwendungsbeispiel nur ein sicherer Eingang benötigt wird, erfüllt das Safety-Modul alle Anforderungen hinsichtlich der integrierten Sicherheitstechnik.
Ixxat Safe T100 – standardisiert, kostengünstig, vorzertifiziert
Das Safety-Modul Ixxat Safe T100 ist eine vorzertifizierte und kostengünstige Lösung für integrierte Sicherheitstechnik in Automatisierungsgeräten. Anstatt viel Zeit und Geld in die Entwicklung einer individuellen Lösung zu investieren, können Gerätehersteller mit dem einbaufertigen Safety-Modul bis zu 80% Entwicklungskosten sparen und sich so besser auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren. Außerdem wird der Zertifizierungsprozess mit dem Safety-Modul für die Hersteller deutlich einfacher. Für die Gerätezertifizierung stellt HMS ein ausführliches Safety-Manual zur Verfügung. Dieses beschreibt alle notwendigen Integrations- und Verifikationsschritte um die TÜV-Zertifizierung von \’Ixxat Safe T100\‘-basierten Endprodukten mit erheblich reduziertem Aufwand zu erreichen. Hier kommt vor allem die klare Trennung der sicherheitsrelevanten Funktionen von den nicht-sicheren Funktionen des Endgerätes durch das vorzertifizierte Safety-Aufsteckmodul zum Tragen. Das Safety-Modul erleichtert Geräteherstellern die Realisierung vernetzter sicherer E/A-Signale. Es unterstützt im ersten Schritt Profisafe über Profinet und ist ab Q1/2015 in Serie verfügbar. Funktionskompatible Varianten für CIP Safety und Functional Safety over EtherCAT (FSoE) sind in Vorbereitung. n
