Derzeit wächst der Markt für Sicherheitstechnik überproportional. Da SPS und Feldbusse heute entsprechende Aufgaben mit übernehmen, setzen jetzt auch Sicherheitstechnikanbieter auf den gemischten Betrieb von Safety und Automatisierung.
Achim Scharf ist Fachjournalist in München, Werner Möller ist Mitglied der Industrieanzeiger-Redaktion
Im Vergleich zu den kontaktbehafteten Sicherheitssteuerungen der achtziger Jahre bietet die heutige Technik erhebliche Vorteile:
- Tastende Sensoren erlauben eine abgestufte und auf die Anwendung hin optimierte Sicherheitstechnik,
- mit hoher Taktfrequenz arbeitende Rechner führen zu sehr kurzen Reaktionszeiten,
- Alterungsprozesse lassen sich per Software frühzeitig erkennen und
- sichere Feldbussysteme verringern den Verdrahtungsaufwand erheblich.
Mit diesen Techniken ist Sicherheit direkt durch die funktionale Steuerung in eine Maschine oder Anlage integrierbar und ganze Fertigungsanlagen lassen sich sicher miteinander vernetzen. Doch welches System setzt sich durch?
Nach einer Untersuchung der Fürstenfeldbrucker Leuze Lumiflex GmbH + Co. KG zählen aus heutiger Sicht zu den verfügbaren Sicherheits-Feldbussen erstens Profibus-DP mit dem Protokoll Profisafe, zweitens ASI Safety at Work sowie drittens der offene und mit rund 100 000 installierten Knoten etablierte Safetybus p.
Bei dem Safetybus p, der von der Ostfilderner Pilz GmbH & Co. KG entwickelt wurde, handelt es sich um ein dezentrales Multi-Master-System mit linearer Bustopologie auf Basis des Bussystems Can. Safetybus p arbeitet ereignisorientiert: Nachrichten werden nur dann gesendet, wenn sich der Zustand an den zentralen oder dezentralen E/A oder an den Busteilnehmern geändert hat. Aus diesem Grund eignet sich der Bus besonders gut zum Vernetzen von Anlagen mit unterschiedlich ausgeprägter Meldehäufigkeit und hohen Anforderungen an die Reaktionszeit. Neu auf dem Markt sind jetzt fiberoptische Router, die sichere Bustechnik auch für Entfernungen bis 40 km ermöglichen, sowie Funkrouter, die eine Verkabelung überflüssig machen.
Seit der Messe plant Pilz einen Strategiewechsel beim Thema Ethernet. Waren in der Vergangenheit oft zwei getrennte Busanschaltungen für das Automatisieren und Sichern nötig, so bietet das Ethernet jetzt auch für Pilz neue Möglichkeiten. Konkret will man Safetybus p in ein sicheres Ethernet überführen und arbeitet an betriebsmäßiger und sicherheitsgerichteter Funktionalität. „Kompatibilität und Investitionsschutz sind gewährleistet, und wer heute auf Safetybus p setzt, der kann das auch künftig tun“, sagt Klaus Stark. Der Leiter Produktmanagement will für Standard- und Sicherheitsanwendungen eine Plattform entwickeln, in der in Zukunft auch sichere Antriebe ihren Platz finden könnten.
Genau dies bietet auch Profibus mit Profisafe. Die Profilerweiterung Profisafe setzt oberhalb der Applikationsschicht auf und verpackt sichere Signale in einem Profibus-Datenpaket. Ein vom Tüv zertifizierter Treiber sorgt für eine Integration in die Sicherheitsgeräte und überträgt zyklisch Echtzeitdaten. Zu parametrierende Geräte werden über azyklische Dienste mit Parametern aus der Master-SPS versorgt oder schicken ihre Daten nach einer lokalen Parameteränderung zur Speicherung an die SPS. Sichere Geräte arbeiten gleichzeitig mit Standard-Geräten am selben Busstrang, jedoch kann auch ein separater Busstrang ausschließlich für sichere Geräte installiert werden.
Vorteile des Profisafe sind laut Volker Rohbeck, Kommunikationsspezialist bei Leuze, der Mischbetrieb von sicheren und nicht sicheren Geräten, die Verbreitung von Profibus in der Fertigungs- wie in der Prozess- Automation, die vielen Anbieter dieses wohl am weitesten verbreiteten Feldbusses sowie die relativ kostengünstige Einbindung von Sicherheitsgeräten für die Sicherheitslevels SIL 1, 2 und 3. Nachteile seien die relativ hohen Basiskosten des Profibus-Systems und die aufwendige Verkabelung, da der Bus durch alle Geräte geschleift werden muss.
Dagegen sind laut Rohbeck die Vorteile des ASI Safety at Work der geringe Aufpreis in den Komponenten für den Busanschluss, die völlig freie Busstruktur in Baumform und das einfache Parametrieren der Sicherheitsstruktur im Sicherheits-Monitor. Nachteilig sind die relativ geringe Leitungslänge von 100 m ohne Repeater, die fehlende Möglichkeit der Übertragung von Parametrierdaten über den Bus sowie spezielle Stromversorgungen.
Das ASI-Safetybus-System überträgt alle sicherheitsrelevanten Zustandsinformationen über das Standard-Protokoll. Alle Sicherheitssensoren mit integrierter Schnittstelle – von der Lichtschranke über den Lichtvorhang bis zum Laserscanner – werden direkt angeschlossen. Über sichere Eingangsmodule werden elektromechanische Komponenten wie Türverriegelungen, Not-Aus-Schalter oder auch Sicherheitslichtgitter ohne eigene ASI-Schnittstelle in das Netzwerk eingebunden. Der ASI-Sicherheitsmonitor ASM1 bildet innerhalb des Sicherheitsnetzwerks die Schnittstelle zwischen den Sicherheitseinrichtungen und der überwachten Maschine.
Noch nicht zertifiziert ist das Common Industrial Protocol (CIP) Safety, das Rockwell Automation, Haan, gemeinsam mit der Langenfelder Omron GmbH und der Sick AG aus Waldkirch entwickelt hat. Erste Prototypen für Devicenet Safety zeigte Omron mit seinem Network-Controller. Und da Dezentralisierung nicht ohne passende Remote I/Os funktioniert, wurden in Hannover gleich die neuen IP 20 Safety-I/O-Terminals vorgeführt. Rockwell ergänzte seine SPS Guard-PLC um ein Devicenet Safety-Interface, während Sick eine konfigurierbare multimasterfähige Sicherheitssteuerung sowie ein I/O-Modul in IP 67 zeigte. „Bei CIP werden Daten von Sensoren zur Verfügung gestellt und von Konsumenten verarbeitet. Damit haben die potenziellen Konsumenten die Daten zur gleichen Zeit, ein zentraler Master zur Verteilung ist nicht erforderlich“, so Günther Sälzler von Rockwell Automation. CIP verwendet zudem ein Objektmodell zum Übertragen insbesondere der sicheren Daten. Damit können schon einfache Geräte zwischen Standard- und Sicherheitsdaten auf unterer Protokollebene unterscheiden und entsprechende Prioritäten vergeben. Eine Interpretation der Daten wie bei aufgesetzten Sicherheitsprotokollen ist nicht erforderlich, und die Datenübertragung funktioniert auch über Netzwerkgrenzen hinweg.
Siemens setzt beim Vernetzen auf Profisafe und unterlagertes ASI im Konzept Safety Integrated. „Mit dem neuen Projektierungstool Safety Matrix für die Prozess- und Hybridindustrie werden Sicherheitsfunktionen durch eine Ursache-Wirkung-Tabelle ohne spezielle Programmierkenntnisse projektiert“, verspricht Helmut Gierse, Vorstandsvorsitzender der Nürnberger Siemens AG, Bereich A&D. Und die fehlersicheren, hochverfügbaren Simatic-S7-400-CPU weisen gegenüber den Vorgängermodellen eine bis zu dreimal schnellere Verarbeitungsgeschwindigkeit auf.
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