Die in Reutlingen ansässige Manz AG gehört zu den weltweit führenden Maschinenbauern im Hightech-Bereich. Das 1987 gegründete Unternehmen hat sich in den vergangenen Jahren vom Automatisierungsspezialisten zum Anbieter integrierter Produktionslinien für kristalline Solarzellen und Dünnschicht-Solarmodule sowie für die Herstellung von Flachbildschirmen entwickelt. Ein neues Geschäftsfeld liegt in der Konzeption und Fertigung von Produktionssystemen für Lithium-Ionen-Batterien. Manz beschäftigt derzeit rund 1900 Mitarbeiter weltweit, davon etwa 600 in Deutschland.

Material sicher transportieren

Weil in den Produktionslinien die unternehmenseigene Standardsteuerung aico.control verwendet wird, suchten die Verantwortlichen bei Manz nach einem Konzept, das sicherheitsgerichtete Funktionen ohne zusätzliche Sicherheitssteuerung ausführt. Zudem sollten sowohl die sicheren als auch die nicht-sicheren Signale zwischen dem fahrbaren Roboter und dem Hauptschrank übertragen werden können. Aufgrund der Nutzung von Safemotion – einem Applikationsprofil für sichere Antriebe – auf den Servoantrieben von Bosch Rexroth musste die Logik für die Sicherheitsansteuerung der Antriebsverstärker ebenfalls in die Safety-Bridge-Lösung integriert werden.

Der Manz Cassette Robot (MCR), der innerhalb eines Zentralkorridors angesiedelt ist, transportiert mit Dünnfilmgläsern befüllte Kassetten zwischen den einzelnen Pufferplätzen und den Prozess-Versorgungsstationen. Die Prozesslinien, die um den Puffer angeordnet sind, werden an den sich an der Rückseite des Puffers befindlichen Versorgungsstationen durch die Manz Substrate Robots (MSR) be- und entladen. Auf diese Weise wird das Material zwischen den Prozessen gefördert und die einzelnen Prozesse werden gepuffert.

Zugriff auf alle Sicherheitsinformationen

Die Steuerung des MCR erfolgt durch die unternehmenseigene Maschinensteuerung aico.control. Diese ist mit den Antriebsverstärkern und einem Inline-Controller ILC 370 PN 2TX IB von Phoenix Contact auf dem fahrbaren MCR in einem Schaltschrank installiert. Der ILC 370 PN 2TX IB fungiert dabei als eine Art intelligente Busklemme. Er ist lediglich für die Kommunikation mit den im Hauptschrank montierten Signalen wie Not-Halt, Lichtgitter und weiteren Sicherheitssignalen via Profinet oder Bluetooth zuständig.

Aus der Risikobewertung des Zentralkorridors leitet sich eine Absicherung bis zur höchsten Sicherheitskategorie SIL3 ab. Zu diesem Zweck werden sichere Eingangssignale wie Not-Halt, Türschalter und Lichtgitter ausgewertet und logisch verknüpft. Löst eine Sicherheitsfunktion aus, müssen die auf dem MCR verbauten Antriebe in den sicheren Halt gehen oder respektive in eine Langsamfahrt versetzt werden. Außerdem wird das Abschaltkommando zum stationären Hauptschrank übertragen, in dem der Hauptschütz der Stromschiene und der Visualisierungsrechner untergebracht sind.

Die sichere Erfassung, Diagnose, Weiterleitung und logische Verknüpfung der Signale sowie das Stillsetzen des Prozesses übernehmen die in das Standard-I/O-System Inline eingebundenen Safety-Bridge-Module. Sie arbeiten zwar unabhängig von der Standard-Maschinensteuerung, erlauben dieser durch die Integration von SBT in das Standard-Netzwerk jedoch den Zugriff auf sämtliche wichtigen Signal- und Diagnoseinformationen. Der aico.control sind somit alle wichtigen Daten bekannt, sie muss aber nicht sämtliche Sicherheitsfunktionen bearbeiten.

Drahtlose Safety- Kommunikation

Die sicherheitsrelevanten Daten werden über SBT abgesichert und im Logikmodul IB IL 24 LPSDO miteinander verknüpft. Das Logikmodul führt hierbei die klassischen Aufgaben einer zentralen Sicherheitssteuerung aus wie die Absicherung der Übertragung, die Logikverarbeitung der Sicherheitsfunktion sowie gleichzeitig die Ansteuerung der sicheren Antriebe von Bosch Rexroth. Darüber hinaus dynamisiert der IB IL 24 LPSDO die Ansteuersignale entsprechend den Anforderungen der sicheren Antriebe, woraus sich eine gute Fehlerdiagnose ergibt. Dies ist aufgrund des für diese Applikation notwendigen Sicherheits-Integritäts-Levels 3 (SIL3) erforderlich.

Als ein besonderer Vorteil für Manz erweist sich der drahtlose Austausch der sicheren Signale zwischen den Safety-Komponenten via Bluetooth. Auf diese Weise muss der MCR nicht mehr mit teuren und wartungsintensiven Schleifkontakten oder Schleppkabeln versorgt werden. Der MCR erhält seine Energie vielmehr ausschließlich über eine Stromschiene. Datentechnisch kommunizieren Roboter und Hauptschrank ebenfalls nur per Funk. Dabei wird zwischen höherprioren Nutzdaten und niederprioren Management-Daten unterschieden. Zu den Nutzdaten zählen beispielsweise die sicheren I/O-Signale, die zwischen MCR und Hauptschrank übertragen werden müssen. Unter Management-Daten fallen alle Informationen, welche zum Beispiel das Bedienpult zu Visualisierungs- und Diagnosezwecken über eine WLAN-Verbindung mit dem MCR austauscht. Zur zyklischen Datenkommunikation per Bluetooth werden die EPA-Komponenten (Ethernet Port Adapter) einfach geteached. Sie stellen sich dann automatisch auf eine speziell für Profisafe optimierte Betriebsart ein, sodass die Weiterleitung zuverlässig und performant funktioniert.

Sicherheitsmodule einfach austauschen

Die Safety-Bridge Technology verbindet die Vorteile der räumlich begrenzten konfigurierbaren Sicherheitsschaltgeräte mit modularem Aufbau mit der Flexibilität und Netzwerkfähigkeit einer Sicherheitssteuerung, ohne dafür eine Safety-SPS oder ein sicheres Netzwerk einsetzen zu müssen. Die Manz-Standardsteuerung aico.control ist direkt mit dem ILC 370 PN 2TX IB vernetzt, durch den der gesamte Datenverkehr zwischen den einzelnen Modulen der so genannten Safety-Bridge fließt. Deshalb hat die Standardsteuerung automatisch und ohne den sonst üblichen zusätzlichen Projektierungs- und Verdrahtungsaufwand lesenden Zugriff auf

· alle sicheren Eingänge der SBT-Eingangsmodule

· sämtliche sicheren Ausgänge der SBT-Ausgangsmodule

· alle Diagnoseinformationen der sicheren Ein- und Ausgangskanäle sowie

· die Statusinformationen der Sicherheitslogik des SBT-Logikmoduls.

Die mit der Konfigurationssoftware Safeconf erstellte Sicherheitslogik wird als Binär-Datei im ILC 370 PN 2TX IB abgelegt und nur bei Bedarf – beispielsweise im Fall einer Umprojektierung oder eines Gerätetauschs – ausgelöst durch die Visualisierung der Standardsteuerung in das Logikmodul der Safety Bridge geladen. Dies hat den Vorteil der einfachen Handhabung, denn zum Auswechseln von Modulen wird kein Software-Tool oder eine Speicherkarte benötigt. Außerdem lässt sich die Sicherheitsfunktion komfortabel diagnostizieren.

Zahlreiche Erweiterungen

Mit dem aktuellen Safety-Bridge-Systemschritt V2 lassen sich innerhalb einer Safety-Bridge-Insel nun bis zu fünf abgesetzte sichere I/O-Module unterschiedlicher Art wahlfrei in das Standard-Netzwerk integrieren. Neben den bereits zertifizierten Feldbussystemen Profibus, Profinet und Interbus ist SBT ab dem Systemschritt V2 auch zur Nutzung in Sercos III-, Modbus-TCP-, Ethernet/IP- und Devicenet-Netzwerken freigegeben. Das SBT-Portfolio wurde zudem um die sicheren Ausgangsmodule PSDO-8, PSDOR-4 und PSDO-4/4 ergänzt. Das Logikmodul LPSDO V2 bietet zusätzliche Hardware-Ressourcen. Zur einfachen Konfiguration der Sicherheitsfunktion mittels der Software Safeconf stehen 14 von der PLCopen standardisierte Sicherheits-Funktionsbausteine zur Verfügung Neben den funktionalen Erweiterungen wurde bei der Weiterentwicklung von Safety-Bridge insbesondere auf ihre noch einfachere Integration in unterschiedliche Steuerungssysteme Wert gelegt.

DIE AUTOREN Steffen Horn, Fachleiter Sicherheitstechnik bei Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont (www.phoenixcontact.de); Björn Märtens und Thomas Höwelmann, Applikation Software TFS-Handling bei der Manz AG in Reutlingen (www.manz.com)