Basic Safety & Security: AS-Interface-Systeme für Fabrikautomation

Basic Safety & Security: AS-Interface-Systeme für Fabrikautomation. Alida Anfang und Prof. Albert Einsteiger sind nicht nur pfiffig, sondern auch pädagogisch geschult. In GIT SICHERHEIT + MANAGEMENT widmen sie sich regelmäßig einem speziellen Thema aus Security und Safety. Der Hintergrund: Sicherheitsverantwortliche tragen in Unternehmen eine hohe Verantwortung – es geht um den Schutz von Mitarbeitern, Know-how und Sachwerten. Sie sind es, die letztlich entscheiden, welche Maßnahmen zum Einsatz kommen.

Das moderne Security- & Safety-Management stellt jedoch vielschichtige Anforderungen, die einen hohen Spezialisierungsgrad erfordern. Da ist es nicht einfach, auf allen Gebieten ein Fachmann zu sein. In diesem kleinen Repetitorium erklären Prof. Albert Einsteiger und seine Assistentin Alida Anfang deshalb die wichtigsten Basisbegriffe der Sicherheit – jeweils zusammen mit einem Experten: Diesmal ist es Heinz Schreyer, Beratender Sicherheitsingenieur bei Leuze lumiflex.

Aktuator-Sensor-Interface, so lautet der volle Name. Dabei handelt es sich um ein System, das in der Fabrikautomation zu Hause ist. Also da, wo komplexe Herstellungsprozesse gesteuert und überwacht werden müssen. Es stellt eine – wirtschaftlich interessante – Alternative zur konventionellen Verdrahtung dar, denn es ist einfach zu nutzen, zu erweitern und unter Spannung steckbar. Das bedeutet: Einzelne Komponenten können ohne Unterbrechung der übrigen Anlageteile ausgetauscht werden. Ein zweiadriges "gelbes Kabel" sorgt für die Übertragung der Versorgungsspannung zu den Komponenten und gleichzeitig auch für die Übermittlung von Daten, die sozusagen auf der Versorgungsspannung aufmoduliert sind.

Der Querschnitt des "gelben Kabels" ist so geformt, dass es nicht versehentlich falsch gepolt werden kann. Werden Komponenten angeschlossen, z. B. eine M12-Verbindung für einen Sensor, geschieht das in sog. "Piercing"-Technik. Nadelförmige Anschlüsse stechen dabei durch die Isolation des Kabels und stellen dadurch zuverlässig die Verbindungen zu den Adern her. Würde der Anschluss wieder entfernt, verschlössen sich die Einstichstellen und die Isolation bliebe an dieser Stelle wirksam wie zuvor.

Das "gelbe Kabel" stellt keine Ansprüche an die Verlegungsart. Es kann in Sternform, als Strang, als Linie oder in baumförmiger Struktur zum Einsatz kommen. An beliebiger Stelle kann eine Erweiterung vorgenommen werden. Wenn die Applikation Leitungslängen über 100 m hinaus erforderlich macht, stehen dafür sog. Repeater zur Verfügung. Der einfache Anschluss, die Ansteuerung durch die SPS als E/A-Baugruppe und umfassende Diagnosemöglichkeiten sind weitere Merkmale des AS-Interface. Zusammen führen sie zu beträchtlichen Einsparungen bei Projektierung, Installation, Dokumentation und Wartung, sowie zu kurzen Stillstandszeiten im Fehlerfall.

Das System hat sich mehr als bewährt: Aus den ursprünglich elf Gründungsmitgliedern im Jahr 1992 sind heute weltweit ca. 300 Mitgliedsfirmen geworden, die das herstellerunabhängige AS-Interface-System zu einem etablierten Standard gemacht haben.

Schaltsignale einfach, schnell und sicher übertragen

AS-Interface ist für die unterste Ebene der Automatisierung konzipiert und bietet hier einfache, sichere und schnelle Übertragung von Schaltsignalen bei optimalem Preis-Leistungsverhältnis. Es ist flexibel erweiterbar und lässt sich unabhängig in autark arbeitenden Teilbereichen in Betrieb nehmen. Das AS-Interface-Logo weist Geräte unterschiedlicher Hersteller aus, die von der unabhängigen AS-Interface Prüfstelle zertifiziert sind. Der AS-Interface Master mit entsprechenden Diagnosemöglichkeiten stellt die Zentrale dar. Er steuert und überwacht den Datenaustausch mit den Modulen bzw. den AS-Interface Sensoren/ Aktoren im Master-Slave-Prinzip.

Zusätzliche Komponente "Sicherheitsmonitor"

"Safety at Work" ist ein Sicherheitskonzept, das auf dem Standard AS-Interface basiert und Applikationen für die Sicherheit von Maschinen und Anlagen ermöglicht. Dazu müssen ein oder mehrere Sicherheitsmonitore und Sicherheitssensoren wie: Not-Aus-Taster, optische Schutzeinrichtungen oder Sicherheitsschalter auf dem Strang installiert werden. Ein gemischter Betrieb von sicheren und nicht sicheren AS-Interface-Slaves ist problemlos möglich.

Der Sicherheitsmonitor "hört und überwacht" dabei die Datenkommunikation des AS-Interface Masters mit den sicheren Slaves. Jeder sichere Slave enthält eine unverwechselbare Codetabelle aus 8 x 4 Bit. Diese Codetabellen werden während der Inbetriebnahme vom Sicherheitsmonitor als Soll-Sequenz eingelesen und bei jedem Buszyklus zeilenweise mit der Ist-Sequenz verglichen. Bei Abschalten eines sicheren Slaves, aber auch bei Übertragungsstörungen der Code-Sequenz schaltet der Sicherheitsmonitor den entsprechenden Freigabekreis binnen 40 ms ab.

Sicherheitssensoren als AS-Interface-Busteilnehmer

Ebenso wie das AS-Interface-Netzteil, der Master oder der Sicherheitsmonitor müssen die AS-Interface-Sicherheitssensoren von der AS-Interface Association geprüft und mit dem AS-Interface Logo gekennzeichnet sein. Alle heute bekannten Arten von schaltenden Sicherheitssensoren wie Laserscanner, Lichtvorhänge, Lichtschranken, Schaltmatten, Zweihandschalter, Zustimmungsschalter, Not-Aus-Taster oder Sicherheits-Türschalter von verschiedenen Herstellern stehen zum Anschluss an das AS-Interface zur Verfügung.

Sicherheitssensoren mit integrierter AS-Interface Schnittstelle eignen sich zum unmittelbaren M12-Anschluss an das "gelbe Kabel". Für Sensoren ohne eine solche Schnittstelle bieten sich sog. AS-Koppelmodule an, entweder für kontaktbehaftete Schaltsignale wie von Sicherheits-Türschaltern oder für Halbleiterschaltausgänge wie sie bei bspw. bei Sicherheits-Lichtvorhängen üblich sind.

Logische Verknüpfungsbausteine

Werden mehrere Sicherheitssensoren in einen Freigabekreis verknüpft, geschieht das standardmäßig mit "Und"-Funktionen. Aber die Konfigurations- und Diagnosesoftware des Sicherheitsmonitors bietet eine Reihe weiterer logischer Verknüpfungsmöglichkeiten wie z. B. "Oder"- Funktionen, Flip-Flop, Ein- und Ausschaltverzögerungen, um damit komplexe Sicherheitsaufgaben auf sehr einfache Weise lösen zu können.

Die Freigabekreise des Sicherheitsmonitors

Jeder Sicherheitsmonitor kann mit einem oder zwei Abschaltkreisen ausgestattet sein, die jeder für sich einem Freigabekreis zugeordnet werden können. Für Stopp-Kategorie 1 kann der zweite Abschaltkreis die verzögerte Abschaltung des selben Freigabekreises übernehmen, der im ersten Abschaltkreis zur sofortigen Abschaltung führt, bspw. um einen raschen Bremsvorgang unter Gegenspannung einzuleiten. Die Verzögerungszeit des zweiten Abschaltkreises zur Trennung der Energie lässt sich für den speziellen Antrieb konfigurieren und sie wird vom Sicherheitsmonitor überwacht. Jeder Abschaltkreis ist mit einer separaten Schützkontrollfunktion ausgestattet, die sich bei Einsatz von zwangsgeführten Rückführkontakten konfigurieren lässt.

Ausblick

Mit der Einbindung sicherer Sensoren in das AS-Interface haben sich dessen Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz erheblich verbessert. In einem weiteren Schritt soll es in naher Zukunft möglich sein, sog. sichere Aktoren nicht nur direkt durch die Abschaltkreise des Sicherheitsmonitors, sondern alternativ über das "gelbe Kabel" sicher abzuschalten. Dafür wird ein weiterentwickelter Sicherheitsmonitor sorgen, der über AS-Interface laufend mit einem sicheren Aktor oder einer sicheren Aktorgruppe kommuniziert.

Zusätzlich lässt sich der geplante sichere Aktor über eine Standard-A/ B-Adresse mit Befehlen aus der Steuerung z. B. für Links-/Rechtslauf und/oder Langsam-/Schnelllauf ansteuern. Der sichere Aktor wird auch in der Lage sein, Rückführsignale von Sicherheitsventilen oder zwangsgeführten Schützen am Ort des Aktors auszuwerten. Eine aufwendige Kabelführung zurück zum Sicherheitsmonitor entfällt.

Die neue Generation des Sicherheitsmonitors sieht darüber hinaus die Kopplung von AS-Interface-Netzen vor, so dass z. B. Not-Aus- oder Startbefehle über mehrere AS-Interface-Netze übertragen werden können. Dadurch eröffnen sich neue Möglichkeiten bei Anwendungen, die mit mehr als 31 AS-Interface Adressen auszustatten und für die keine übergeordneten Bus-Lösungen vorgesehen sind.