Seit vielen Jahren werden Lichtgitter eingesetzt, um Maschinen- und Anlagenbediener zu schützen. „Das bisherige Konzept der Hartverdrahtung stößt jedoch an seine Grenzen, wenn Mensch und Maschine tatsächlich Hand in Hand arbeiten“, erklärt Paolo Zanetta, Product Manager Safety bei Datalogic. Daher hat Datalogic gemeinsam mit der Ethernet Powerlink Standardization Group (EPSG) das netzwerkbasierte Lichtgitter SG4 Fieldbus entwickelt, das konzeptionell auf das Industrial Internet of Things (IIoT) ausgerichtet ist.
Keine Hartverdrahtung nötig
Das intelligente Lichtgitter basiert auf dem praxiserprobten Lichtgitter SG4 und wird direkt an das Echtzeitnetzwerk Powerlink angeschlossen. Das darauf aufsetzende Sicherheitsprotokoll OpenSafety ersetzt die bisher notwendige Hartverdrahtung des Lichtgitters und erweitert es um zahlreiche Funktionen. „Aufgrund der effizienten Applikationsentwicklung, Installation, Wartung und Diagnose sowie der Einsparung von sicheren I/Os, ist eine Anwendung mit dem OpenSafety-Lichtgitter in der Gesamtkostenbetrachtung günstiger als eine hartverdrahtete Lösung“, erklärt Zanetta.
Programmierung in der Software
Bei einer Automatisierungslösung mit dem OpenSafety-Lichtgitter wird das Muting – ebenso wie Blanking oder andere Sicherheitsfunktionen – einfach in der Automatisierungs-Software mit Funktionsblöcken parametriert. Möglich wird dies durch OpenSafety-Profile der EPSG, die die Funktionsweise des Lichtgitters beschreiben. Dadurch lassen sich die OpenSafety-Lichtgitter nahtlos in jedes Automatisierungssystem integrieren, das die Profile unterstützt. Wird ein OpenSafety-Lichtgitter im Feld installiert, wird lediglich die projektierte Knotennummer am Gerät eingestellt, die eigentliche Konfiguration läuft dann vollautomatisch ab. Herkömmliche Lichtgitter müssen umständlich über DIP-Schalter am Gerät oder mit spezieller Software konfiguriert werden. Im eingebauten Zustand sind DIP-Schalter häufig schwer zu erreichen. Zudem stellen sie eine mögliche Fehlerquelle dar, wenn z.B. das Handbuch falsch gelesen oder interpretiert wird.
Schnelle Inbetriebnahme
„Besonders bei Seriengeräten wird mit dem OpenSafety-Lichtgitter der Arbeitsaufwand bei der Inbetriebnahme erheblich verringert“, erklärt Zanetta. Die Sicherheitsapplikation wird einmal geschrieben und dann für jede Maschine wiederverwendet. Das Lichtgitter muss lediglich an das Netzwerk angeschlossen werden. Die Sicherheitssteuerung erkennt automatisch, ob es sich um das korrekte Lichtgittermodell handelt und überträgt die passende Konfiguration auf das Gerät. Fehler durch manuelle Konfigurationen oder Verdrahtungen vor Ort werden ausgeschlossen. Die intelligenten Lichtgitter lassen sich beliebig mit Linientopologie kaskadieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Modellen kann dabei immer festgestellt werden, welches der kaskadierten Lichtgitter durchbrochen wurde. Somit lassen sich z.B. physische Sicherheitskäfige durch einen virtuellen Käfig aus mehreren Lichtgittern ersetzen.
Diagnoseinformationen in Klartext
„Auch die Diagnosemöglichkeiten des intelligenten Lichtgitters sind ein massiver Fortschritt“, sagt Zanetta. Mussten Fehlermeldungen bisher mühsam von blinkenden LEDs direkt am Gerät abgelesen und interpretiert werden, kann der Bediener nun alle Diagnoseinformationen in Klartext über die Visualisierung am HMI-Terminal abrufen – und das ohne die Wegstrecke zum Lichtgitter zurücklegen zu müssen. Das ermöglicht viel detailliertere Diagnosen als bisher, wodurch sich unter anderem Stillstandszeiten wesentlich verkürzen oder direkt verhindern lassen. Sollte ein Gerät ausgetauscht werden müssen, werden lediglich Netzwerkkabel und Spannungsversorgung umgesteckt, sämtliche nötigen Konfigurationen sowie Firmwarestände sind auf der OpenSafety-Steuerung gespeichert und werden automatisch auf das neue Gerät übernommen. Auch wenn es ein Firmware-Upgrade gibt, ist lediglich ein Knopfdruck in der Automatisierungs-Software nötig. Die Daten werden automatisch über das Sicherheitsnetzwerk übertragen und die Firmware sicher aktualisiert.
Strahlen einzeln auswerten
Neben der einfacheren Installation, Diagnose und Wartung, bieten die neuen Lichtgitter noch weitere Vorteile: Mit dem Advanced-Modell des SG4 Fieldbus können alle Strahlen des Lichtgitters einzeln ausgewertet werden. Aus der Information, wann welcher Lichtstrahl durchbrochen wird, lassen sich die Umrisse des Objektes bestimmen und vermessen. Zusätzliche Hardware, wie Näherungssensoren sind in diesem Fall nicht notwendig. Die Sicherheitssteuerung stellt fest, ob exakt das erwartete Produkt durch das Lichtgitter fährt. Sollte sich z.B. ein Mensch auf das Produkt setzen, um die Lichtschranke zu passieren, wird die Maschine in den sicheren Zustand versetzt. „Lösungen mit herkömmlichen Lichtgittern können solche Manipulationsversuche nur mit hohem technischen Aufwand feststellen“, so Zanetta. Als erster Steuerungshersteller bietet B&R Funktionsbausteine an, mit denen die fortschrittlichen Funktionen des Advanced-Modells umgesetzt werden können. „Mit Funktionen wie Box muting, small objects muting und teach-in muting lassen sich Herstellungsprozesse mit häufig wechselnden Produkten abwickeln, ohne dass der Aufwand für die Sicherheitstechnik signifikant steigt“, erklärt Christoph Gugg, Technology Manager Open Automation Technologies bei B&R. „Ein weiteres Anwendungsszenario ist die räumlich und zeitlich definierte Bewegung eines Roboters, welcher das Lichtgitter passieren muss, um Arbeiten im geschützten Bereich durchzuführen. Aufgrund der Synchronisation zwischen Lichtgitter und Roboter wird der sichere Zustand in diesem Fall nicht herbeigeführt – ein deutlicher Gewinn an Sicherheit und Produktivität.“
