Feldbuslösungen für die aktive Sicherheitstechnik

Sicherheit wird in der Automatisierungsbranche großgeschrieben. Für die aktive Sicherheitstechnik bietet Murrelektronik mit dem Feldbus­modul MVK Metall Safety eine interessante Lösung. Mit ihm können die höchsten Standards für Installationen erreicht werden: Safety Integrity ­Level 3 (nach IEC 61508 und IEC 62061) und Performance Level e (nach EN ISO 13849-1). Dabei gibt es neben ­einem reinen Eingangsmodul auch ein gemischtes Modul mit Ein- und Ausgängen.

Sicherheitstechnik ist wichtig. Darum sucht die Automatisierungsbranche ständig nach Lösungen, um Produktionsprozesse zu verbessern. Im Fokus stehen dabei auch häufig Aspekte wie Effektivität und Wirtschaftlichkeit. Die Verantwortlichen müssen aber auch sicher stellen, dass die am Produktionsprozess beteiligten Menschen konsequent vor Verletzungen oder gar lebensgefährlichen Situationen geschützt und die eingesetzten Maschinen vor Schäden bewahrt werden. Auch der Gesetzgeber fordert über Normen eine intensive Beschäftigung mit Aspekten der Sicherheitstechnik ein.

Aktive und passive Sicherheitstechnik
Dabei gilt es zwischen passiver und aktiver Sicherheitstechnik zu unterscheiden. In der passiven Sicherheitstechnik werden sichere Installationslösungen durch das Zusammenwirken von passiv sicheren Feldbusmodulen mit Sicherheitsrelais erreicht. Im Bedarfsfall - zum Beispiel, wenn eine Schutztüre geöffnet oder ein Lichtgitter durchgriffen wird - werden die Ausgänge der Module über die Relais spannungsfrei geschaltet und die betroffenen Maschinenbaugruppen somit sicher still gelegt.

Passiv sichere Feldbusmodule halten vorgegebene Luft- und Kriechstrecken ein. Abstände auf den Leiterplatten sind so dimensioniert, dass Querschlüsse konsequent ausgeschlossen werden können. Das stellt sicher, dass beim Auslösen der Sicherheitsfunktion keine Fremdspannungen auf die sicher abgeschaltete Spannungskreise gelangen können.

Feldbusmodule und Safety-Relais
Murrelektronik bietet passiv sichere Feldbusmodule (MVK Metall, Cube67 und MASI) sowie Safety-Relais der Baureihe MIRO Safe an. Bei der passiven Sicherheitstechnik wird somit bestehende Sicherheitstechnik(MIRO Safe) mit passiven sicheren „Standard"-Feldbusmodulen miteinander verknüpft. Das vereinfacht die Maschineninstallation, da bekannte Konzepte und Prinzipien beibehalten werden. Vorhandenes Know-how wird genutzt, mühevolles Umdenken auf neue Technologien ist nicht erforderlich. Das erleichtert den Einstieg bei Installationslösungen, wo lediglich sichere Ausgänge im Feld benötigt werden.

In der aktiven Sicherheitstechnik sieht es dagegen anders aus. Dort lautet das Grundprinzip: Die gesamte Feldbuslösung unterliegt sicherheitstechnischen Grundsätzen. Betroffene Ausgänge werden nicht allein durch Wegnahme der Spannung passiv still gelegt, stattdessen werden sie durch zielgerichtete Signale von der Steuerung deaktiviert. Solche Systeme setzen voraus, dass die einzelnen Komponenten sicherheitstechnischen Anforderungen genügen, dass eine sichere Steuerung (F-SPS) sichere Signale sendet und außerdem die Verlässlichkeit der Übertragung gewährleistet ist.

Eingangs- und gemischtes Modul
Das Feldbusmodul MVK Metall Safety gibt es als reines Eingangsmodul und als gemischtes Modul mit sicheren Ein- und Ausgängen. MVK Metall Safety ist die notwendige Komponente, um Feldbuslösungen nach dem Grundsatz der aktiven Sicherheitstechnik realisieren zu können. An den Eingängen werden dabei Sicherheitssensoren, Schutztürapplikationen, Not-Aus-Taster, Lichtgitter o. ä. angeschlossen und so in das sichere System integriert. An den sicheren Ausgängen werden Aktoren (bis 2A) wie beispielsweise Ventile oder Kleinmotoren angeschlossen, die im Bedarfsfall sicher deaktiviert werden müssen.

Damit die Daten sicher übertragen werden, arbeitet MVK Metall Safety mit den Übertragungsprotokollen Profinet/Profisafe oder Profibus/Profisafe. Dabei handelt es sich um sicherheitsgerichtete Erweiterungen der Protokolle Profinet und Profibus, die Standard in Industriellen Applikationen sind. Die Erweiterung Proifisafe wurde von den Unternehmen der Profibus-Nutzer-Organisation (PNO) entwickelt, ist herstellunabhängig und offen. Sie ist in der Norm IEC 61784-3-3 als internationaler Standard gelistet. Durch die Verknüpfung mit den bestehenden Protokollen können vorhandene Kommunikationstechnologien genutzt werden. Fehlersichere Daten und Standard-Daten werden mit Profisafe über dieselbe Busleitung übertragen. So entsteht kein unüberschaubarer Zusatzaufwand für Engineering und Installation. Außerdem können in die einzelnen Stränge der sicheren Feldbuslösung auch Standardmodule integriert werden. Das birgt ein enormes Einsparpotenzial in der Verkabelung. Außerdem kann die Feldbuslösung ohne wesentliche Änderungen zu einem sicheren System aufgebessert werden.

Oberflächenveredelt aus einem Stück
MVK Metall Safety besteht aus einem Metallgehäuse, das oberflächenveredelt und aus einem Stück gefertigt ist. Das ermöglicht beispielsweise den Einsatz in Schweißapplikationen. Aufgrund seiner Vibrationsfestigkeit (Schwingung 15 g und Schock 50 g) eignet sich MVK Metall Safety auch hervorragend für den Einsatz in rauer und extremer Umgebung, zum Beispiel in der Umformtechnik oder in der Blechbearbeitung. Durch den Vollverguss sind die Module medienbeständig gegenüber Kühl-Schmierstoffen, wie sie bei der spannenden Fertigung - drehen, fräsen, bohren - sehr häufig vorkommen. MVK Metall Safety erfüllt die Anforderungen für eine Einstufung nach Schutzart IP67.

Die Module sind sehr kompakt und verfügen über eine integrierte Feldbusanbindung. So muss bei der Installation kein zusätzlicher Busknoten angeschlossen werden. Ein weiterer Vorteil: Sowohl Feldbusleitung als auch Spannungsversorgung kann von Modul zu Modul weitergeschleift werden. Pro M12-Eingangsbuchse stehen zwei Eingänge zur Verfügung. Sie können, je nach Anwendung, für zwei einkanalige oder einen zweikanaligen Sicherheitskreis genutzt werden. Bei zweikanaligen Anwendungen können die Kanäle äquivalent oder antivalent zueinander parametriert werden. Außerdem ist die Diskrepanzzeit einstellbar. Das ist beispielsweise dann wichtig, wenn zwei Sensoren unterschiedliche Reaktionszeiten aufweisen und präzise aufeinander eingestellt werden müssen.

Übersicht durch klare ­Kennzeichnung
Damit Anwender auf den ersten Blick erkennen, dass es sich um ein Sicherheitsprodukt handelt, sind die Bezeichnungsschilder, die am Modul und an den Steckplätzen für Übersicht sorgen, in gelber Farbe gehalten. Diese Farbgebung setzt sich bei den Lichtleitringen sowie bei den Kontaktträgern an den Steckplätzen fort.

Wichtig ist die Querschlusssicherheit der Module. Dadurch, dass für jeden Eingang an MVK Metall Safety ein separates, parametrierbares Taktsignal vorliegt, werden Querschlüsse durch Kabelquetschungen oder Erdschlüsse sofort erkannt und gemeldet. Diese Taktung kann allerdings deaktiviert werden, zum Beispiel wenn Lichtgitter verwendet werden, die durch ihre eigene interne Logik selbst auf Querschlüsse hin übergeprüft werden.

Parameter in der Steuerung hinterlegt
Die Parameter der einzelnen Module werden in der Steuerung hinterlegt. Somit entfällt die umständliche Parametrierung über zusätzliche Programmgeräte oder Softwaretools beim Austausch. Dies hat den Vorteil, dass Module im Servicefall einfach ausgetauscht werden können und die relevanten Daten dennoch problemlos über die Steuerung ins Modul gelangen.

Da der Schlüssel zu Wirtschaftlichkeit in der Maschinen- und Anlageninstallation vor allem darin liegt, ungeplante Stillstandzeiten zu reduzieren, sind die ausgeprägten Diagnosefunktionalitäten ein wesentlicher Pluspunkt von MVK Metall Safety. Alle Kanäle werden unabhängig voneinander auf Fehler wie Überlast, Sensorkurzschluss oder Kabelbruch überwacht, durch LED exakt am betroffenen Steckplatz angezeigt und an die Steuerung gemeldet. Dabei ist sichergestellt, dass benachbarte Kanäle dadurch nicht beeinfluss werden.