Maschinensicherheit: Safety wird Teil der Automatisierungslösung

Die Entwicklung eines Sicherheitskonzepts ist ein wesentlicher Faktor des Maschinendesigns. Die Einbe­ziehung der Maschinensicherheit in die frühe Konstruktionsphase spart Entwicklungszeiten und vermeidet Kosten für Anpassungen innerhalb eines Maschinenlebenszyklus. Einen wesentlichen Beitrag zu einem ­intelligenten Sicherheitskonzept können Sicherheitssysteme leisten, die flexibel sind und sich vollständig integrieren lassen.

Eine neue Lösung bietet Omron mit dem programmierbaren Safety-Controller Sysmac NX und den dazugehörigen Modulen mit sicheren Ein- und Ausgängen. Die Safetylösungen sind weitere Bausteine der Automatisierungsplattform Sysmac. Sie fügen sich nahtlos in das Gesamtkonzept des Maschinencontrollers Sysmac NJ zusammen mit Motion, Ablaufsteuerung und Bildverarbeitung ein. Wesentliche Anwendungsvorteile ergeben sich aus der durchgängigen Programmierung des Gesamtsystems mit dem integrierten Softwaretool Sysmac Studio sowie aus der einheitlichen Kommunikation über EtherCat. Als neues Element innerhalb der Entwicklungssumgebung steht jetzt ein völlig neuer Funktionsblockeditor zur Verfügung, der die Implementierung der Sicherheitsfunktionen in das Steuerungssystem der gesamten Maschine wesentlich erleichtert.
Die Vorteile von softwarebasierenden Sicherheitssystemen liegen auf der Hand. Der Systementwurf ist nicht mehr in die zwei Schritte „Zeichnen" und „Verdrahten" aufgeteilt, da in der Software bereits die komplette Funktion festgelegt wird. Zusätzlich unterstützt die integrierte Entwicklungsumgebung mit zahlreichen Simulations- und Testmöglichkeiten den Evaluierungsprozess der Safety-Applikation. Sollten während der Inbetriebnahme Änderungen erforderlich sein, so können diese leicht in der Software verändert werden, ohne dass in die häufig sehr komplexe Funktionsverdrahtung der Sicherheitsauswertegeräte eingegriffen werden muss. Dass das einmal gewonnene Know-how im wahrsten Sinne des Wortes kopiert werden kann, ist das Wesen von softwarebasierenden Lösungen. Alle nötigen Dokumentationen erstellt das Softwaretool automatisch und zudem wird der Funktionsstand eindeutig definiert, wo hingegen eine Manipulation der Verdrahtung nach Auslieferung der Anlage nie ausgeschlossen werden kann.
Safety-Integration in die Software
Durch die Integration von Safety in eine einheitliche Entwicklungsumgebung werden Systementwurf, Einrichtung und Wartung erheblich vereinfacht. Die Programmierung des Sysmac Safety-Controllers erfolgt mit derselben Entwicklungsumgebung wie für den Sysmac NJ Controller nach IEC61131-3. Dadurch, dass die Safety-Variablen automatisch in das Ablaufprogramm des Standardcontrollers integriert sind, lassen sich Anwendungen noch schneller und einfacher erstellen.
Für die Programmierung der Safety-Anwendung stehen 46 verschiedene Funktionsbausteine zur Verfügung. Darunter befinden sich neben den Basisfunktionen wie boolschen Operationen oder Vergleichsfunktionen auch Bausteine für Sicherheitsfunktionen wie Not-Halt und die Auswertung von Sicherheitslichtgittern mit diversen Muting Varianten. Mit diesem Baukasten lassen sich selbst komplexe Sicherheitsanwendungen einfach und übersichtlich im neuen graphischen Funktionsblockeditor erstellen. Alle verwendeten Funktionsbausteine sind nach PLCopen Safety zertifiziert. Damit ist die Automatisierungsplattform Sysmac ein sehr offenes System, das die Einarbeitungszeiten deutlich reduziert und den Know-How-Transfer zwischen den unterschiedlichen Automatisierungslösungen auf dem Markt erheblich vereinfacht.
Safety over EtherCat
Durchgängigkeit und Offenheit sind auch bei der Kommunikation gewährleistet. Der Safety-Controller kommuniziert mit den Safety E/A-Modulen über das EtherCat-Protokoll FSoE (Fail Safe over EtherCat). Controller und E/A-Module lassen sich an beliebiger Stelle innerhalb des EtherCat-Netzwerks einsetzen. Sichere und nicht sichere Baugruppen können dabei gemischt betrieben werden. Änderungen der physischen Anordnung der Safety-E/A im System ziehen keine neue Zertifizierung der Safety-Applikation nach sich. Es sind keinerlei zusätzliche Anforderungen an EtherCat-Koppler und an die Netzwerk-Infrastruktur nötig. So schafft Omron die Basis für flexible und leistungsfähige Sicherheitsanwendungen.
Das Funktionsprinzip von Safety over EtherCat basiert auf dem sogenannten Black-Channel-Konzept. Bei diesem Konzept werden die funktionalen Sicherheitsdaten und die nicht sicherheitsbezogenen Daten in einem gemeinsamen Kommunikationssystem eingebettet. Über den dabei implementierten Protokollmechanismus wird der gewünschte Sicherheits-Integritätslevel erzielt. Die Wahrscheinlichkeit eines nicht erkannten Fehlers liegt bei FSoE bei einem Fehler in 100.000 Jahren.
In dieser Architektur führt der Standardcontroller die nicht-sicheren Steuerungsaufgaben und die Masterfunktion für das EtherCat-Netzwerk aus, während der Safety-Controller die Sicherheitslogik übernimmt. Sichere Signale werden über das FSoE-Protokoll transportiert, während gleichzeitig die nicht-sicheren Signale mittels Standard EtherCat (CoE - Can over EtherCat) ausgetauscht werden. Demzufolge kann der NJ-Controller auch die Daten, die aus den Sicherheits-E/A-Modulen stammen, überwachen und verwenden.
Der Sysmac Safety-Controller erfüllt die höchsten Sicherheitsanforderungen bis PLe gemäß DIN EN ISO 13849-1 sowie SIL3 gemäß IEC 61508. Das skalierbare System bietet zwei verschiedene Safety-Controller mit maximal 256 oder 1024 E/A-Punkten in einer Sicherheitsapplikation.
Hochpräzise E/A-Module
Der Safety-Controller ist in eine komplett neue E/A-Baureihe eingebunden, die aus über 70 verschiedenen digitalen und analogen Baugruppen besteht. Das Highlight der neuen NX-Baureihe ist die verwendete NsynX-Technologie, die Eingänge mit hochgenauem Zeitstempel einlesen und Ausgänge mit einer Genauigkeit im Nanosekundenbereich schalten kann. Die NsynX-Technologie basiert auf den „Distributed Clock" von EtherCat, die für eine einheitliche Zeitbasis in allen EtherCat Teilnehmern sorgen. Für den Datenaustausch zwischen den einzelnen E/A-Scheiben und dem Koppler hat Omron eine neue High-Speed-Kommunikation mit einer Datenrate von 3Gb/s entwickelt. Die hohe Präzision der NX-Geräte trägt zusammen mit der hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit des NJ-Maschinencontrollers zu einem höheren Produktdurchsatz und höherer Produktqualität bei.
Omron wird seine neue integrierte Sicherheitslösung im Rahmen der SPS/IPC/Drives ausführlich präsentieren. Des Weiteren sind auf dem Omron-Messestand neben neuen konventionellen Sicherheitskomponenten auch weitere neue intelligente Sicherheitssensoren zu sehen.