Safety-Block-I/O-Module kombinieren Safety- und Standard-I/Os sowie IO-Link
Sicherheit im Block
Wer bislang seine Maschine mit Profinet-Steuerung und IP67-Ethernet-I/O-Modulen ausstatten wollte, musste Standard- und Safety-Module einsetzen. In den meisten Fällen fielen dabei überflüssige Kanäle an. Turck bietet nun hybride Safety-I/O-Module an, die sich an den konkreten Signalbedarf vor Ort optimal anpassen lassen. Neben vier sicherheitsgerichteten Ein- und Ausgängen können auf der Standardseite der Module über IO-Link bis zu 32 Standard-Ein- oder Ausgänge bereitgestellt werden.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGMaschinen- und Anlagenbauer finden auf dem Markt für Sicherheitstechnik unterschiedliche Lösungen, um die gesetzlichen Vorgaben des Personenschutzes sicherheitstechnisch umzusetzen. Die Palette reicht von zahlreichen Sicherheitssensoren über Sicherheitsrelais-Bausteine bis zur kompletten Automatisierungslösung mit integrierter Sicherheitssteuerung für feldbusbasierende Systeme und passenden Antriebssystemen mit Sicherheitsfunktion. Egal, welche dieser Sicherheitsarchitekturen gewählt wird, sie erfüllen alle denselben Zweck: Im Notfall, also bei möglicher Gefährdung von Personen, die beispielsweise eine Sicherheitstür öffnen oder einen Notaustaster betätigen, sorgt die Sicherheitsarchitektur mit höchster Zuverlässigkeit für ein Abschalten der Maschine.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGKaum IP67-I/O für Safety
Auch in der Feldbustechnologie hat die Sicherheitstechnik vor Jahren Einzug gehalten. Heute integriert jedes Feldbusprotokoll eine Sicherheitsoption. Doch trotz der zahlreichen Feldbussysteme (inklusive Ethernet) mit Safety-Option ist die überwiegende Mehrzahl der Komponenten für den Schaltschrank in IP20 ausgelegt. So müssen die Kunden vieler Hersteller sämtliche Signale der sicheren Sensorik und Aktuatorik in Schaltschränke oder Unterverteilungen führen und dort auf I/O-Module verdrahten. Für Profinet/Profisafe ist das Angebot an robusten Lösungen in Schutzart IP67/69K bislang sehr überschaubar. Doch auch unabhängig von der Schutzart deckt das sicherheitstechnische Angebot der Feldbustechnik- Hersteller die Realität des Maschinen- und Anlagenbaus nur unzureichend ab. Reinen Sicherheits-I/O-Modulen stehen reine Standard-I/O-Module gegenüber. Es ergeben sich bei der Planung und der Installation im Feld aber fast immer unterschiedliche Anzahlen von Standard- und Sicherheitssignalen. Sichere Signale müssen direkt neben normalen Signalen zur Steuerung gebracht werden. Es fehlt aber bisher an I/O-Modulen, die diese Aufgabe erfüllen. Der Anwender hatte bei IP67-Verdrahtung in der Maschine nur die Möglichkeit, reine Safety- oder reine Standard-Module zu wählen. Dabei blieben häufig zu viele Kanäle ungenutzt - entweder auf den Standard- oder auf den Safety-I/O-Modulen. Die Alternativen einer Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung oder einer separaten Sicherheitssteuerung erfordern wiederum hohen Verdrahtungsaufwand.
Hybrides Safety-I/O-Modul für Profinet und Profisafe
Turck schließt diese Lücke mit seinem I/O-Modul TBPN. Das Hybrid-Modul vereint vier sichere Profinet/Profisafe-Kanäle und vier Standard-I/Os. Es bietet zwei sicherheitsgerichtete Eingänge für Profisafe, an denen zweikanalige Sicherheitskomponenten wie mechanische Sicherheitsschalter oder auch elektronische Sicherheitssensoren mit OSSD-Signalen, wie zum Beispiel Lichtgitter, angeschlossen werden. Zusätzlich stehen zwei sichere universelle digitale Kanäle als sicherheitsrelevante Ein- oder Ausgänge zur Verfügung.
Flexibilität durch zwei IO-Link-Master
Auf der Standardseite bietet das TBPN-Modul vier universelle Ein- oder Ausgänge. Zwei von ihnen können als IO-Link Master definiert werden, was die Einsatzmöglichkeiten der Module potenziert. Durch den Einsatz von Turck-I/O-Hubs an den beiden IO-Link-Mastern reduzieren Anwender den Verkabelungsaufwand für zusätzliche Standardsignale auf ein Minimum. Mit zwei I/O-Hubs können über IO-Link bis zu 32 zusätzliche digitale Signale angebunden werden. Diese Flexibilität vereinfacht die Projektierung von Maschinen und reduziert die Anzahl von nicht genutzten Kanälen auf ein Minimum. Da in den meisten Fällen mehr Standard-I/Os als Safety-I/Os benötigt werden, ist das TBPN mit seiner IO-Link-Option eine geeignete Lösung.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGDezentrale Logik beschleunigt Reaktionszeit
Das TBPN bietet aber nicht nur flexible Ein- und Ausgänge für Safety- und Standardsignale. Mit seinen bordeigenen Logikfunktionen kann das Hybrid-Modul gleichzeitig als dezentrale Safety-Kleinsteuerung fungieren. Der Anwender kann so von einer kürzeren Reaktionszeit des Gesamtsystems profitieren und dies bei der Konstruktion von Maschinen und Anlagen berücksichtigen. Ohne dezentrale Logik muss das auslösende Signal zunächst per Profisafe an die entfernte Safety-Steuerung gelangen, von dieser verarbeitet und dann an die zu stoppenden Aktoren gesendet werden. Die Gesamtreaktionszeit des Systems ist dabei länger als bei einer dezentralen Abschaltung direkt vor Ort durch Turcks Hybrid-Modul. So kann beispielsweise der Abstand eines Lichtgitters zu einer gefährlichen Bewegung von vornherein kleiner geplant werden als bei einer klassischen Sicherheits-SPS-Lösung.
Hybrides Safety-I/O-Modul für
Ethernet/IP mit CIP Safety
Während das Safety-Modul TBPN bereits seit Oktober 2016 zum Turck Portfolio gehört, komplettiert das TBIP Turcks Safety-Portfolio ab September 2017. Das TBIP ist ein weiteres hybrides Safety-Block-I/O-Modul, das Standard- und sichere Ein-/Ausgänge in einem Gerät kombiniert - in diesem Fall für Ethernet/IP und CIP Safety. CIP Safety ist die Safety-Variante von Ethernet/IP, dem in den USA am meisten eingesetzten Ethernet-Protokoll. Mit der Entwicklung des TBIP erfüllt der Anbieter den Wunsch des europäischen Maschinen- und Anlagenbaus nach einer Safety-Lösung für den amerikanischen Markt. In seinen Spezifikationen gleicht das TBIP denen des TBPN, mit Ausnahme des Ethernet-Protokolls. Beide IP67-Hybrid-Module können flexibel an den konkreten Signalbedarf in der Maschine angepasst werden und auch als dezentrale Sicherheitscontroller fungieren. Die Sicherheitsfunktionen lassen sich auch ohne Anschluss an die spätere Sicherheits-SPS konfigurieren und testen. Die hohe Schutzart erlaubt den Einsatz in anspruchsvollsten Umgebungen. Zudem können dezentrale Anlagen und modulare Maschinenkonzepte ohne zusätzliche Schaltkästen realisiert werden.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGGSDML-Datei und Konfigurations-Software
Die Logikfunktionen und die Eigenschaften der sicherheitsrelevanten I/Os werden mit Hilfe des Turck Safety Configurators für die Safety-Kanäle festgelegt. Dies ist für jede Applikation notwendig, da unterschiedliche Sicherheitskomponenten mit unterschiedlichem Verhalten eine individuelle Auswahl notwendig machen. Abhängig von der I/O-Belegung konfiguriert die Software das Modul vor. Die Standardkonfiguration basiert auf der Annahme, dass eine Sicherheitssteuerung angeschlossen wird. Eine Anpassung an die individuellen Anforderungen ist jederzeit möglich. Der Safety Configurator basiert auf Microsoft Windows und beschleunigt die Konfiguration der Safety-I/Os durch sein intuitives Interface. Der Webserver des Geräts erleichtert Diagnose und Inbetriebnahme.
Speicherstick erspart Neukonfiguration
Um dem Kunden eine Neu-Konfiguration von Modulen im Fall eines Defekts zu ersparen, sind diese mit einem steckbaren Speicherstick ausgestattet. Der Turck Safety Configurator legt die parametrierten Sicherheitseigenschaften nicht nur im Sicherheits-Hybrid-Modul, sondern zusätzlich auch auf dem Stick ab. Im Austauschfall zieht man den Speicherstick einfach am defekten Modul ab und steckt ihn in das Ersatzgerät. Nach Anlegen der Versorgungsspannung werden die Konfigurationsdaten automatisch in das neue Modul übertragen und der Betrieb kann unverändert sicher weitergehen.
Sichere Abschaltung und Spannungsversorgung
Drei der vier universellen Kanäle können als abschaltbare Standard-Ausgänge verwendet werden. Dabei koppelt das Modul intern die Versorgungsspannung sicher ab. Das gilt auch für die Versorgungsspannung für einen der beiden IO-Link-Master. Dadurch wird das sicherheitsgerichtete Abschalten von Hilfsantrieben, Ventilinseln oder anderen Aktuatoren möglich, was den Schaltungs- und Verdrahtungsaufwand für die Aktuatoren minimiert. Alle Ausgänge - Sicher und Standard - schalten bis zu 2 Ampere. Sie lassen sich somit auch für Aktuatoren wie Ventilinseln oder Schütze einsetzen, die stärkere Ströme benötigen. Die maximal zwei sicheren Ausgänge können per Konfigurations-Software als zweikanalige unipolare (P-schaltend) oder bipolare (P/N-schaltend) Ausgänge konfiguriert werden. Es lassen sich somit mechanische Kontakte von Sicherheitsschützen, aber auch elektronische Sicherheitssignale für Antriebssysteme ansteuern und sicher abschalten.
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGErweiterte Einsatzmöglichkeiten: I69K, PL e, SIL3
Die IP67-Profinet/Profisafe-Module werden vor allem im europäischen Maschinen- und Anlagenbau eingesetzt. Hier stehen Papier- und Holzverarbeitungsmaschinen, aber auch die Förder- und Lagertechnik im Fokus. Darüber hinaus eignen sich die Module für die Automobilbranche, insbesondere den Automobil-Rohbau und Roboter-Applikationen. Dank des erweiterten Temperaturbereichs von -40 bis +70 °C sowie der Schutzarten IP65, IP67, IP69K stehen den Modulen über diese Branchen hinaus nahezu alle Einsatzbereiche offen. Sowohl die Schutzarten als auch der weite Temperaturbereich werden bisher von keinem IO-Block-Modul auf dem Markt erreicht. Das robuste Design mit Vollverguss und Metallsteckverbindern unterstreicht diesen Anspruch. Auch in Applikationen, die funktionale Sicherheit erfordern, sind die TBPN/TBIP-Module bis zu SIL3 (IEC 61508) einsetzbar. Geht es um Maschinen, wo meist die EN 13849-1 gefordert ist, kann der Kunde die Module bis zu Performance Level e/Kategorie 4 einsetzen. Dass die Geräte auch über einen integrierten Switch für Linientopologien verfügen, geht bei diesem Leistungs- und Spezifikationsumfang fast unter.
Flexibel durch Hybridmodule
Derzeit gibt es keinen anderen Anbieter auf dem Markt, der mit hybriden IP67-Safety-Standard-Modulen diese Flexibilität bietet. Im Schaltschrank kommt man auch mit reinen Standard- und Safety-Modulen aus. Hier laufen ohnehin alle Signale zusammen und können entsprechend verteilt werden. An der Maschine hingegen müssen die Signale dort eingesammelt werden, wo sie anfallen. Bislang war der Anwender gezwungen, im IP67-Bereich entweder mehrere unterschiedliche Module einzusetzen, auch wenn nur ein zusätzliches Signal benötigt wurde, oder lange Kabelwege zu einem entfernten Modul zu akzeptieren. Das Profisafe-Modul TBPN und das CIP-Safety-Modul TBIP runden Turcks Ethernet-Angebot aus TBEN-L- und TBEN-S-Modulen ab. Die Ethernet-Familie bietet Standard-I/Os, IO-Link-Master und Safety-I/Os. Mit Profisafe und CIP Safety deckt der Automationsspezialist bereits einen Großteil des Weltmarkts für sichere Automatisierungslösungen ab.
Sicherheitsportfolio: SIL3, PL e,
ATEX und Namur-Standard
Neben sicherer I/O-Technik und kompakten Sicherheitssteuerungen in IP20 und IP67 umfasst Turcks Safety-Portfolio sichere induktive Näherungsschalter, Lichtgitter, Zweihandbedienungen, Notaustaster und mechanische Sicherheitspositionsschalter. Dabei sind einige SIL2-zertifizierte induktive Sensoren nun auch für SIL3 und PL e zertifiziert. Damit können diese funktionell sicheren Sensoren in redundantem Aufbau in Verbindung mit Turcks Interfacegeräte-Reihe IMX12 nun auch für Anwendungen mit hoher Anforderungsrate in Kreisen bis SIL3 nach IEC 61508 und PL e nach ISO 13849-1 eingesetzt werden. Turcks Sicherheitssensoren sind nach Namur-Standard gebaut und als eigensichere Betriebsmittel ausgeführt. In Verbindung mit Turcks Interfacegeräte-Reihe IMX12 sind so Applikationen bis SIL2 auch im explosionsgeschützten Bereichen möglich. Mit Lichtgittern und Scannern bietet das Unternehmen aus Mülheim an der Ruhr berührungslos wirkende Personenschutzsysteme für die Bereichs- und Zugangssicherung an gefährlichen Maschinen. Die Geräte verfügen über kompakte und robuste Gehäuse zur einfachen und wirtschaftlichen Anwendung.
www.turck.de
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KGKaum IP67-I/O für Safety
Auch in der Feldbustechnologie hat die Sicherheitstechnik vor Jahren Einzug gehalten. Heute integriert jedes Feldbusprotokoll eine Sicherheitsoption. Doch trotz der zahlreichen Feldbussysteme (inklusive Ethernet) mit Safety-Option ist die überwiegende Mehrzahl der Komponenten für den Schaltschrank in IP20 ausgelegt. So müssen die Kunden vieler Hersteller sämtliche Signale der sicheren Sensorik und Aktuatorik in Schaltschränke oder Unterverteilungen führen und dort auf I/O-Module verdrahten. Für Profinet/Profisafe ist das Angebot an robusten Lösungen in Schutzart IP67/69K bislang sehr überschaubar. Doch auch unabhängig von der Schutzart deckt das sicherheitstechnische Angebot der Feldbustechnik- Hersteller die Realität des Maschinen- und Anlagenbaus nur unzureichend ab. Reinen Sicherheits-I/O-Modulen stehen reine Standard-I/O-Module gegenüber. Es ergeben sich bei der Planung und der Installation im Feld aber fast immer unterschiedliche Anzahlen von Standard- und Sicherheitssignalen. Sichere Signale müssen direkt neben normalen Signalen zur Steuerung gebracht werden. Es fehlt aber bisher an I/O-Modulen, die diese Aufgabe erfüllen. Der Anwender hatte bei IP67-Verdrahtung in der Maschine nur die Möglichkeit, reine Safety- oder reine Standard-Module zu wählen. Dabei blieben häufig zu viele Kanäle ungenutzt - entweder auf den Standard- oder auf den Safety-I/O-Modulen. Die Alternativen einer Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung oder einer separaten Sicherheitssteuerung erfordern wiederum hohen Verdrahtungsaufwand.
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Hans Turck GmbH & Co. KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 7 2017 - 10.07.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
