Sicherheitstechnik mit AS-i Safety Gateways effizient in Feldbusse integrieren

Hochgeschwindigkeitszüge wie der ICE, der TGV oder der Shinkansen verbinden Metropolen – wer von außerhalb kommt, nutzt entsprechende Zubringerverkehre. In der Feldbustechnik übernehmen AS-i Safety Gateways von Bihl+Wiedemann diese Funktion: sie sammeln die Daten sicherheitstechnischer Komponenten in der Peripherie einer Anlage ein und transportieren sie in der Funktion eines „Bus-Bahnhofs“ in Netzwerke und Steuerungswelten unterschiedlicher Hersteller. Komplexe Auto­­matisierungslösungen können so dezentral –­ und damit transparenter, flexibler, performanter, beherrschbarer und deutlich kostengünstiger – organisiert und realisiert werden.

Um Sicherheitstechnik steuerungsunabhängig in Feldbussysteme oder Industrial Ethernet Systeme integrieren zu können, bietet Bihl+Wiedemann ein breites Portfolio an AS-i Safety Gateways an. Sie lassen sich mit der intuitiven, effizient visualisierten und bedienfreundlichen Software ASIMON360 auf einfache Weise konfigurieren und in Betrieb nehmen.

Auch bei großen Teilnehmerzahlen nur ein Feldbus-Slave
Die Zahl der Teilnehmer am Gateway führt – im Gegensatz zu deren direkter Einbindung in ein Netzwerk – nicht zu einem möglichen Performanceverlust, beispielsweise bei den Reaktionszeiten. Der Grund: AS-i Safety Gateways, die es mit Schnittstellen zu allen gängigen Feldbussystemen gibt, verfügen unter anderem über zwei AS-i Master für zwei AS-i Kreise. Damit stehen bis zu 62 zweikanalige sichere Eingänge zur Verfügung – zusätzlich zu den drei, die bereits direkt in die Geräte integriert sind. Noch performanter werden die Safety Gateways, wenn sie über die sichere Kopplung Safe Link um fast 2.000 sichere Einund Ausgänge erweitert werden. Für das übergeordnete Netzwerk stellt das Gateway unabhängig von der Teilnehmerzahl im Feld jedoch nur einen einzigen Slave dar, der die kommunikative Stabilität des Feldbusses nicht beeinträchtigt. Auf umfangreiche Diagnose- und Statusinformationen braucht die jeweils angeschlossene Steuerung nicht zu verzichten – sie werden von den AS-i Safety Gateways automatisch übermittelt.

Sicherheitstechnik hat „direkten Draht“ zu allen gängigen Steuerungen
Das Portfolio der AS-i Safety Gateways von Bihl+Wiedemann bietet Integrationslösungen unter anderem für Profibus, Profinet, Ethernet/IP, Sercos, EtherCAT, Powerlink, Modbus, CC-Link, oder CANopen. Die sichere Feldbuskommunikation ist in die Gateways integriert – sie verschaffen sicherheitsgerichteten Sensoren und Aktoren einen „direkten Draht“ zu allen gängigen Automatisierungssystemen. Dies bezieht sich nicht alleine auf die E/A-Signale – die auch in großer Zahl keine Performance vom Netzwerk nehmen – oder die ebenfalls verfügbaren, sicheren Analogwerte (z. B. 4…20 mA, 0…10 V, PT100 oder Thermoelemente), sondern auch auf die Bereitstellung von weitreichenden Status- und Diagnoseinformationen. Die automatisch erstellten Diagnoseprotokolle der AS-i Safety Gateways umfassen unter anderem eine Bewertung der Konfiguration, die Darstellung von Feldbusparametern wie Strom, Spannung, Symmetrie oder Erdschluss sowie eine einfache Ausführung und Interpretation der Daten. In zentralen Feldbuskonzepten mit direkt angebundenen Sensoren und Aktoren erfordert eine solche Diagnose bei großen Teilnehmerzahlen einen gewissen Zusatzaufwand, beispielsweise in Form von teuren Messtools.

Kosteneffizientes Integrationskonzept
Dies ist aber nur einer von einer ganzen Reihe von Kostenaspekten, mit der sich die wirtschaftliche Effizienz der AS-i Safety Gateways und der mit ihnen realisierten Konzepte belegen lässt. Einer der dominierenden Vorteile ist der wesentlich geringere Installations- und Verdrahtungsaufwand. Sollen beispielsweise die Daten von 31 Sicherheitssensoren eingesammelt werden, benötigt die herkömmliche Peripherie einer fehlersicheren Steuerung pro Sensor vier Drähte – also 124 Drähte von der Schaltanlage in das Feld. Mit AS-i Safety at Work als sicherer Installationstechnik genügt hierfür das gelbe Flachkabel. AS-Interface, das eine freie Wahl der Topologie erlaubt und damit beispielsweise auch Stern-, Baum- oder Netzstrukturen ermöglicht, sammelt die Signale über die ungeschirmte Zweidrahtleitung dort ein, wo sie anfallen – dies spart Platz im Schaltschrank und vermeidet die Installation von Vorschaltkästen im Feld. Hinzu kommt, dass der elektrische Anschluss in Piercing-Technik durchgeführt wird – eine teure Steckerkonfiguration für jeden Teilnehmer also nicht erforderlich ist. Die Spannungsversorgung erfolgt ebenfalls über das AS-i Kabel und muss nicht separat herangeführt werden.

Erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat auch die Anzahl der Teilnehmer und die Datenmenge, die sie generieren. Die direkte Integration von Sicherheitstechnik in die Steuerung erhöht ebenso direkt die Teilnehmerzahl im Feldbus und das Datenvolumen, das die Steuerung verarbeiten muss. Darüber hinaus leidet ab einer gewissen Kommunikationslast auch die Performance des Netzwerkes – vor allem die Reaktionszeiten sind hier ein kritisches Thema.

Dies alles führt ab einer bestimmten Teilnehmerzahl dazu, dass eine Steuerung nicht nur um das Safety-Feature erweitert, sondern auch gleich das nächst größere Steuerungsmodell vorgesehen werden muss. Musterkalkulationen zeigen, dass bei einzelnen Steuerungen der Aufpreis rein für Safety bei etwa 18 Prozent liegt, während die Mehrkosten für Safety in Verbindung mit dem Umstieg auf die nächste Steuerungsgröße schnell mehr als 90 Prozent betragen können. Der Einsatz von AS-i Safety Gateways ist wirtschaftlich somit deutlich effizienter. Weitere Kostenvorteile lassen sich bei der Inbetriebnahme erzielen. Hier macht die intuitive Software ASIMON360 mit ihrem integrierten Hardware-Katalog die Konfiguration und Parametrierung zum Kinderspiel. Eine aufwändige Programmierung in der Steuerung, wie sie bei der direkten Feldbusanbindung erforderlich ist, entfällt völlig. Somit wird „Programmieren zum Parametrieren“, was die Komplexität nochmals deutlich senkt. Die Software setzt stark auf die Automatisierung von Programmteilen – über einen Hardware-Katalog werden dem Anwender die verschiedenen Ausgangskreise mit den entsprechenden Eingangsmöglichkeiten für die logische Verknüpfung vorbereitet zur Verfügung gestellt.

Erfahrungsgemäß stellt sich mit AS-i Safety Gateways bei Aufbau, Verkabelung und Inbetriebnahme eine unmittelbare Kostenersparnis von über 50 Prozent ein. Soll der sicherheitstechnische Umfang zu einem späteren Zeitpunkt noch ergänzt werden, beispielsweise durch weitere Sensoren, Schalter oder Befehlsgeräte, sind solche Erweiterungen ohne zusätzliche Feldbuskoppler – und damit ohne zusätzliche Kosten dafür – möglich.

Flexibilität ohne Grenzen
Die nachträgliche Erweiterbarkeit ist über den Kostenaspekt hinaus auch ein Beweis für die Flexibilität, die die steuerungsunabhängige Integration von Sicherheitstechnik bietet. Das Portfolio der AS-i Safety Gateways spiegelt die Vielfalt der industriellen Feldbus- und Steuerungswelt wider. Die eigentliche Sicherheitstechnik kann unabhängig von der späteren Integration konfiguriert werden. Es lassen sich komplette, maschinenbezogene Safety-Konzepte entwickeln, die dann bei der Umsetzung nur noch das passende Safety Gateway benötigen - das heißt, nur die Feldbusschnittstelle wird an die übergeordnete Steuerung angepasst. Darüber hinaus können solche Safety-Konzepte aufgeteilt, feiner granuliert und später modulweise zusammengefügt werden. Die Funktionen der Sicherheitstechnik können bereits vorab in den AS-i Safety Gateways simuliert und optimiert werden – bei der Integration wird dann später nur noch ein voll funktionsfähiger Slave am Feldbus angebunden.

Transparenz macht Komplexität ­beherrschbar
Der Einsatz von AS-i Safety Gateways ist schließlich ein Plädoyer für eine dezentrale Sicherheitstechnik – weil sie Komplexität transparent und dadurch beherrschbar machen. Bei einem zentralen Systemaufbau kontrolliert eine entsprechend dimensionierte, fehlersichere Steuerung direkt die gesamte Sicherheitstechnik. Sicherheitsgerichtete Logiken und Funktionen sowie Status- und Diagnosedaten befinden sich an einer Stelle. Ist diese Organisation bei kleinen bis mittleren Anwendungen noch klar und stringent, so verliert sich die Übersichtlichkeit mit zunehmender Größe der Anlage und Vielschichtigkeit der Aufgabenstellung. Bei einem dezentralen Aufbau hingegen lässt sich die gesamte Sicherheitstechnik in gut handhabbare Teilbereiche untergliedern. Die Parametrierung und Inbetriebnahme speziell der Sicherheitstechnik wird deutlich einfacher, weil übersichtlicher. Die Komplexität wird beherrschbar – zumal sich Einstellungen und Funktionslogiken im Betrieb der Anlage oder bei einer sicherheitstechnischen Überprüfung auf klare Weise nachvollziehen lassen.

Steuerungsunabhängig ­integrierte ­Sicherheitstechnik bietet hohe ­Zukunftssicherheit
Das Konzept der steuerungsunabhängigen und feldbusübergreifenden Integration von Sicherheitstechnik bietet in vielerlei Hinsicht einzigartige Effizienzvorteile. Die universelle Vernetzung beliebig vieler Teilnehmer entspricht zudem den Anforderungen, wie sie die Smart Factory in Umsetzung von Industrie 4.0 an die Kommunikationsfähigkeit von Komponenten und Cyber-physischen Systemen stellt. Damit gewährleisten die AS-i Safety Gateways von Bihl+Wiedemann über die genannten System- und Kostenvorteile hinaus ein hohes Maß an Zukunftssicherheit.