Diagnose in der Reihenschaltung
Die Safety Fieldbox von Schmersal unterstützt die gängigen Safety-Protokolle in der Automatisierung. (Quelle: Schmersal)
Ein Nachteil der Reihenschaltung besteht auf den ersten Blick im Verlust von Information. So ist in unserem Beispiel der Öffnungszustand einzelner Türen zunächst nicht mehr ersichtlich. Abhilfe könnte schaffen, den üblicherweise vorhandenen Diagnoseausgang der Sicherheitsschalter parallel auf die Auswerteeinheit oder übergeordnete (Prozess-)Steuerung zu verdrahten. Dies würde allerdings die zuvor beschriebenen Vorteile der Reihenschaltung konterkarieren.
Als sinnvolle Lösung bieten sich in der Regel proprietäre, nichtsicherheitsgerichtete Kommunikationskanäle an, die den Zustand der Sensorik über ein Gateway an die übergeordnete Steuerung weiterleiten. Oftmals können auch weitere Diagnoseinformationen übertragen werden. Ein Beispiel hierfür ist die „Serielle Diagnose“ (SD) von Schmersal: Dabei lassen sich bis zu 31 Geräte in Reihe verschalten und Informationen, wie Zustand der Tür, Fehler oder Schaltabstand im Grenzbereich, gerätespezifisch auslesen.
Über diese Schnittstelle ist auch ein Bedienfeld mit drei beleuchteten Tastern inklusive Not-Halt in eine solche Kette integrierbar. Der Vorteil wird schnell deutlich, wenn man die Aufwände vergleicht, nämlich zum einen die notwendigen Signale dieser Komponente parallel an eine Steuerung anzuschließen und zum anderen der einfache Anschluss über eine konfektionierte 8-polige Verbindungsleitung.
Die Diagnose ist zudem übergreifend über verschiedene Sicherheitsfunktionen nutzbar und somit nicht auf eine einzelne Daisy-Chain beschränkt.
Sollen neben Sensoren beispielsweise auch Zuhaltungen derart in Reihe geschaltet werden, muss Folgendes beachtet werden: Zuhaltungen benötigen in der Regel deutlich höhere Ströme, was zu signifikanten Spannungsabfällen über die Leitungslänge führen kann. Zur Abschätzung solcher Spannungsabfälle bietet Schmersal ein Online-Tool an, und ebenso Lösungsmöglichkeiten, die Kette bei Bedarf neu einzuspeisen.
Aktive Feldboxen
Heute ist die Safety-Logik vielfach bereits in die Prozesssteuerung integriert – das gilt insbesondere bei umfangreicheren Anlagen. Auch stellt sich die Herausforderung, die Sensorik der Feldebene zu verbinden. Aktive Feldboxen bringen die sicheren Feldbus-Protokolle, wie Profisafe oder FSoE (Fail Safe over Ethercat), in die Verdrahtungsebene. Im Wesentlichen gelten die gleichen Vorteile wie für die zuvor beschriebenen passiven Lösungen: Die Aufwände für die Verdrahtung und die Fehleranfälligkeit bei der Inbetriebnahme sinken. Der sichere Feldbus übernimmt gleichzeitig die Funktion des Diagnosekanals.
Die Feldbox von Schmersal unterstützt die gängigen sicheren Feldbus-Protokolle Profinet/Profisafe, Ethercat/FSoE sowie Ethernet/IP/CIPSafety. 8-polige M12-Steckverbinder erlauben den direkten Anschluss der meisten Schmersal-Sicherheitsschalter über vorkonfektionierte Leitungen. Auch das bereits erwähnte Bedienfeld ist in einer speziellen Version für die Schmersal-Feldbox erhältlich.
Ein Vorteil gegenüber der beschriebenen Daisy-Chain-Lösung: Der Sicherheitsstatus jedes einzelnen Teilnehmers wird ebenfalls sicher übertragen. Dem Anwender stehen diese Informationen in seiner Steuerung zur Verfügung, und er kann diese beliebig logisch verschalten. Dieser Aspekt ist allerdings bei der eingangs skizzierten Verpackungsanlage weniger relevant. Wie so häufig lässt sich die Frage nach der optimalen Lösung nicht einfach beantworten. Es kommt auf die jeweilige Applikation an. Die sichere aktive Feldbox benötigt darüber hinaus immer eine sichere Steuerung, die diesen Bus unterstützt. Damit einher gehen dann auch die zumeist komplexere Bedienung dieser Systeme und die enge Verflechtung von Safety und Prozess.