Mobile Safety-HMIs mit Wireless Roaming Feature
Kabellos unterwegs in der Produktion
Der Bewegungsradius bei der mobilen Maschinenbedienung war lange durch zwei Faktoren limitiert: die Kabellänge und die nötige Sicherheit im rauen industriellen Umfeld. Mit den Wireless-Bedien-Panels HGW 1033 von Sigmatek lassen sich genau diese Problemstellungen smart lösen. Die HMIs bieten große Freiheit beim Bedienen durch WLAN-Datenübertragung und integrierte Safety-Funktionen. Mit dem neuen Wireless Roaming Feature lässt sich zudem die Reichweite beliebig erhöhen.
Bild: Sigmatek GmbH & Co KGDer Trend zu Wireless-Lösungen hält vermehrt in die Maschinenhallen Einzug. Speziell das kabellose Bedienen und Beobachten weckt großes Interesse. WLAN-Panels sind die richtige Wahl, wenn große Bewegungsfreiheit benötigt wird. Das ist speziell im Einrichtebetrieb der Fall ist, wenn der Bediener die Position häufig wechseln muss. Aber auch beim täglichen Bedienen und Beobachten erleichtern kabellose HMIs die Arbeit an weitläufigen und verschachtelten Anlagen. Das Kabel muss nicht ständig ab- und wieder angesteckt werden und wird als potenzielle Stolperfalle eliminiert.
Wenn es um wireless Bedienung im industriellen Umfeld geht, sind bei Gesprächen mit Maschinen- und Anlagenbauern folgenden Faktoren entscheidend: Zum einen eine eindeutige, zuverlässige Verbindung mit der zu steuernden Maschine und die Datensicherheit - speziell bei sicherheitskritischen Anwendungen, wenn Safety-Elemente im HMI integriert sind. Und umso größer und verwinkelter die zu bedienende Anlage ist, umso häufiger kommt die Frage, wie es mit der Reichweitenabdeckung über die ganze Produktionsstraße aussieht.
Bild: Sigmatek GmbH & Co KGWireless und Safety vereint
Sigmatek bietet seit 2018 eine kabellose Bedienlösung mit Safety-to-go. Sie besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Wireless Panel der HGW-1033-Serie mit den TÜV-zertifizierten Sicherheitselementen Nothalt, Zustimmtaster und Schlüsselschalter (SIL3, PLe), der Basisstation BWH 001 als Accesspoint und einer S-Dias-Safety-Steuerung.
Beim Konzept von Sigmatek wird das HGW-Panel direkt mit der ausgewählten Maschinen- und Safety-Steuerung gekoppelt. Die Basisstation dient dabei als Kommunikationsbrücke zwischen drahtlosem und kabelgebundenem Netzwerk. Das hat den Vorteil, dass nicht für jede Maschine eine eigene Basisstation benötigt wird und so Kosten gespart werden können.
Der Koppelvorgang zwischen Wireless Panel und Safety-Steuerung sieht so aus: Auf der Basisstation befindet sich eine Lichtsäule, die bei Koppelung mit der ausgewählten Maschine Lichtsignale sendet, die auch auf externe Leuchtmelder umgeleitet werden können, sodass beim Koppelvorgang der Blick immer bei der richtigen Maschine, bzw. dem richtigen Nothalt-Kreis bleibt.
Safety-Daten übertragen
Die Übertragung der sicherheitsrelevanten Daten erfolgt, wie auch bei der kabelgebundenen Technik, über die Black-Channel-Methode. Bei diesem Prinzip wird die Datenübertragung über die vermeintlich nicht sichere Netzwerkverbindung durch ein übergeordnetes sicheres Kommunikationsprotokoll von der Safety-CPU auf Integrität überwacht. Das Verfahren macht die Datenübertragung unabhängig vom physisch eingesetzten Übertragungsmedium und ermöglicht es, dieses selbst aus der Sicherheitsbetrachtung zu extrahieren. Es spielt somit keine Rolle mehr, wie die physikalische Ebene aussieht. Egal ob WLAN, Bluetooth, Kabel, Infrarot.
Um die Qualität der Funkübertragung im direkten Maschinenumfeld zu erhöhen, ist ein redundantes Übertragungsverfahren im Einsatz. Safety- und Nutzdaten werden gleichzeitig über zwei WLAN-Frequenzen übertragen - 2,4 und 5GHz.
Die redundante Übertragung der Safety-Daten steigert die Verfügbarkeit des HMIs maßgeblich. Wird eine der beiden Drahtlosverbindungen unterbrochen, weil sich der Anwender zu weit von der Maschine bzw. der Basisstation wegbewegt, bleibt die sichere Verbindung über die zweite Verbindung weiterhin aufrecht. Der Anwender wird über die Visualisierungsanwendung am HMI laufend über die aktuelle Verbindungsqualität informiert. Das bietet dem Maschinenbediener die Flexibilität, auf veränderte Netzgegebenheiten zu reagieren und gegenzusteuern. Und wenn mehrere Basisstationen im Einsatz sind, ermöglicht das HMI eine zuverlässige und nahezu unbegrenzte WLAN-Flächenabdeckung.
Grenzenlose Reichweite mit Roaming
Bei umfangreichen und oft zig Hundert Meter langen Maschinen und Anlagen sind in der Praxis mehrere Basisstationen und oft auch mehrere Wireless Panels im Einsatz. Damit sich Anlagenbediener wirklich frei entlang der Produktionslinie bewegen können, hat Sigmatek das Wireless Roaming Feature entwickelt, mit dem sich die Reichweite der kabellosen Bedienlösung beliebig ausbauen lässt. Roaming bedeutet, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest über eine der beiden Frequenzen eine aktive Datenverbindung besteht.
Die bei Sigmatek entwickelte Lösung erlaubt die Safety-Kopplung direkt zwischen HGW-Panel und der Sicherheitssteuerung in der Maschine. Die Basisstation fungiert als Bridge zwischen LAN und WLAN. Indem die Schnittstellen der eingesetzten BWHs zu Bridges zusammengefasst werden, sind alle Teilnehmer über ein einziges Subnetz miteinander verbunden. Um das Netzwerk hochperfomant mit geringen Latenzzeiten zu betreiben, hat sich Sigmatek für die Verwendung eines VLan (Virtual Local Area Network) entschieden. Das unterbindet die Gefahr, dass übergeordnete Firmennetze Einfluss auf die Übertragungszeiten nehmen. Trotzdem lässt sich die bestehende Infrastruktur nutzen. Die Netzwerkkonfiguration ist rasch erledigt: Jede Basisstation hat lediglich eine IP-Adresse. Komplexe Strukturen mit zahlreichen Subnetzen sind deshalb überflüssig. Selbst umfangreiche Systeme, die aus vielen Bediengeräten, Basisstationen und Sicherheitssteuerungen bestehen, lassen sich so innerhalb kurzer Zeit konfigurieren. Für den Aufbau eines Roaming-Systems sind die einzelnen Systemkomponenten in beliebiger Anzahl miteinander kombinierbar: mehrere Basisstationen für die gewünschte Netzabdeckung, mehrere Sicherheitssteuerungen für die Aufteilung der Anlage in Sicherheitszonen und die gewünschte Anzahl an HMI-Panels für die Anlagenbediener. Die Einbindung der Wireless-Bedienlösung in das Leitsystem bzw. der Datenaustausch mit bereits bestehenden Steuerungssystemen anderer Hersteller läuft über die integrierte OPC-UA-Schnittstelle der Standardablaufsteuerungen von Sigmatek. So fungiert etwa die nur 25mm breite CPU-Baugruppe CP 112 mit ihren beiden voneinander unabhängigen Ethernet-Ports als Gateway zur Außenwelt.
Usability erhöhen
Für den Anwender bringt das Roaming ein Plus an Bedienkomfort, Funktionalität und Anlagenverfügbarkeit. Auf der HGW-Visualisierung sind alle verfügbaren Maschinen ersichtlich. Der Bediener verbindet sich am HMI drahtlos mit dem gewünschten Maschinen- bzw. Anlagenabschnitt. Während er sich mit dem Panel entlang der Anlage bewegt, wird auf Basis der aktuellen RSSI-Signalstärke nach dem besten Netzwerk gescannt. Das Umschalten kann durch Benutzerinteraktion oder automatisch erfolgen. Das Wireless Panel verlässt die aktuelle Basisstation erst dann, wenn einer der beiden Funkkanäle in hoher Signalstärke zuverlässig mit der nächsten Basisstation verbunden ist.
Der Bewegungsradius bei der mobilen Maschinenbedienung war lange durch zwei Faktoren limitiert: die Kabellänge und die nötige Sicherheit im rauen industriellen Umfeld. Mit den Wireless-Bedien-Panels HGW 1033 von Sigmatek lassen sich genau diese Problemstellungen smart lösen. Die HMIs bieten große Freiheit beim Bedienen durch WLAN-Datenübertragung und integrierte Safety-Funktionen. Mit dem neuen Wireless Roaming Feature lässt sich zudem die Reichweite beliebig erhöhen.
Bild: Sigmatek GmbH & Co KGDer Trend zu Wireless-Lösungen hält vermehrt in die Maschinenhallen Einzug. Speziell das kabellose Bedienen und Beobachten weckt großes Interesse. WLAN-Panels sind die richtige Wahl, wenn große Bewegungsfreiheit benötigt wird. Das ist speziell im Einrichtebetrieb der Fall ist, wenn der Bediener die Position häufig wechseln muss. Aber auch beim täglichen Bedienen und Beobachten erleichtern kabellose HMIs die Arbeit an weitläufigen und verschachtelten Anlagen. Das Kabel muss nicht ständig ab- und wieder angesteckt werden und wird als potenzielle Stolperfalle eliminiert.
Wenn es um wireless Bedienung im industriellen Umfeld geht, sind bei Gesprächen mit Maschinen- und Anlagenbauern folgenden Faktoren entscheidend: Zum einen eine eindeutige, zuverlässige Verbindung mit der zu steuernden Maschine und die Datensicherheit - speziell bei sicherheitskritischen Anwendungen, wenn Safety-Elemente im HMI integriert sind. Und umso größer und verwinkelter die zu bedienende Anlage ist, umso häufiger kommt die Frage, wie es mit der Reichweitenabdeckung über die ganze Produktionsstraße aussieht.
Sigmatek GmbH & Co KG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 12 (SPS-Messe) 2021 - 16.11.21.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
