Dezentral sicher – analog und digital

Mit der aktuellen Steuerung von Pilz steht nicht nur ein Automatisierungssystem zur Verfügung, das Sicherheits- und Steuerungsfunktionen in einer Lösung intelligent verzahnt, sondern das auch die Dezentralisierung deutlich vereinfachen will. Die dazu gehörende Software-Plattform leistet einen entscheidenden Beitrag, indem sie auch auf verteilte Steuerungsstrukturen eine zentrale Sichtweise erlaubt. Modular und feingranular aufgebaute Hardware macht das System flexibel und ermöglicht es, den Ausbau exakt an die Anforderungen einer Maschine oder Anlage anzupassen. Sichere Analogeingangsmodule erweitern nun den Einsatzbereich des Systems deutlich.

Die Zukunft der Automatisierung gehört der Modularisierung und der Dezentralisierung. Ausgehend von heute angebotenen Lösungen bei der Vernetzung mehrerer Steuerungen erwartet der Anwender zunächst eine höhere Komplexität. An diesem Punkt setzt jedoch die Software-Plattform PAS 4000 (Pilz Automation Suite) an. Sie bietet dem Anwender umfassende Unterstützung und gewährleistet, dass heutige Schnittstellen-Probleme bei der Zusammenschaltung mehrerer Steuerungen gar nicht mehr in Erscheinung treten werden. Damit kann der Anwender die Aufgaben der Dezentralisierung noch einfacher umsetzen, als er dies heute kennt. Ganz egal, ob er nun eine Einzelsteuerung oder einen Verbund von Steuerungen nutzt. Darüber hinaus trägt PAS 4000 dazu bei, Aufwand und Kosten des Engineerings zu reduzieren. Es ermöglicht es Anwendern, auch auf dezentrale, verteilte Steuerungsstrukturen eine zentrale Sichtweise beizubehalten. Damit lassen sich modulare Architekturen mit dezentralen Steuerungen im Hinblick auf mechatronische Konzepte wesentlich einfacher umsetzen.

Die Programmierung der Steuerung erfolgt nach IEC 61131-3: Ein kompletter und funktionsidentischer Befehlssatz übernimmt dabei sowohl die Standardsteuerungs- als auch die Sicherheitsfunktionen. Trotz der Mischung von Standardautomation und sicherheitsgerichteter Automation bleibt in der Software die Rückwirkungsfreiheit erhalten. Der mechatronisch geprägte Modularisierungsansatz kann somit im gleichen Sinne für die Programmierung für Standard und Sicherheitsaufgaben angewandt werden.

Module für jede Anforderung

Das Automatisierungssystem PSS 4000 basiert auf dem bewährten dezentralen E/A-System PSSuniversal. An den Kopfmodulen, die sowohl für alle Sicherheits- wie auch für Standardsteuerungsfunktionen zur Verfügung stehen, docken dem individuellen Bedarf entsprechend feingranulare E/A-Module an. Die Kopfmodule können wahlweise für Steuerungsfunktionen, für eine lokale Vorverarbeitungsfunktion oder eine reine Kommunikationsanschaltung ausgestattet sein.

Die Skalierbarkeit von Hard- und Software stellt einen zentralen Nutzen des Automatisierungssystems dar. Denn durch den flexiblen Aufbau lassen sich Erweiterungen oder Maschinenoptionen wesentlich einfacher berücksichtigen und zu jedem späteren Zeitpunkt umsetzen. Die Skalierbarkeit einer Lösung ist ein Maß für den Investitionsschutz des Anwenders.

Die Tools der Software-Plattform PAS 4000 stellen sicher, dass sowohl über das Netzwerk wie auch für jedes Gerät der Familie PSS 4000 eine identische Sichtweise auf Anwenderprogramm und Konfiguration bestehen bleibt. Dies erfolgt komplett unabhängig von der jeweils gewählten Leistungsklasse.

Fester Bestandteil ist stets die Anbindung an das Realtime-Ethernet Safetynet p. Es dient der Vernetzung aller Steuerungskomponenten und überträgt sichere als auch nicht sichere Daten sowie Daten für Diagnose und Visualisierung.

Sichere Daten schnell und zuverlässig übertragen

Safetynet p ist ein Standard für die Ethernet-basierte Feldbus-Kommunikation in der Automatisierungstechnik und ist aufgrund des Echtzeitverhaltens als Anlagen- und Antriebsbus geeignet. Das Kommunikationssystem kann entsprechend der Normforderungen aus EN 61508 und EN 61511 in Sicherheitskreisen bis einschließlich Kategorie SIL 3 eingesetzt werden. Neben dem Einsatz als Ethernet-basierter Feldbus ist ein Schwerpunkt von Safetynet p die Kommunikation von Daten mit sicherheitsgerichtetem Inhalt. Damit kommt das System überall dort zum Einsatz, wo die zeitliche und inhaltliche Konsistenz der kommunizierten Daten zur Absicherung von Gefahren erforderlich ist.

Das Protokoll RTFN (Real time frame network) nutzt zur Kommunikation herkömmliche Ethernet-IP-Frames. Die Mechanismen für Sicherheit und Echtzeit sind auf den OSI-Ebenen 3 und höher angesiedelt. Als Kommunikationsprinzip wird ein Producer-Consumer-Modell benutzt. Safetynet p RTFN ist voll kompatibel zu allen IP-basierten Ethernet-Protokollen und kann mit diesen auf demselben Medium gemischt eingesetzt werden.

Dezentrale Erfassung von Analogwerten

Alle Applikationen, die eine sichere und dezentrale Erfassung von Analogwerten benötigen, sind mit den neuen fehlersicheren Analogeingangsmodulen für PSS 4000 zugänglich. Durch redundante Eingangsdaten wird nach EN ISO 13849-1 PL e (Kat. 4) und nach EN/IEC 62061 SIL CL 3. erreicht. Mögliche Einsatzbeispiele sind die Überwachung der Ventilstellung, der Temperatur oder des Füllstands in prozesstechnischen Anlagen. Hinzu kommen der Bereich der Gebäudeautomation, wenn es Brandschutzklappen zu überwachen gilt, die Überwachung von Lampen an Bahnübergängen oder allgemeinen Verkehrssignalanlagen oder von Geräten zur Lebensmittelverarbeitung.

Mit den analogen Eingangsmodulen erreicht das Automatisierungssystem einen wichtigen Meilenstein und erweitert sein Einsatzgebiet in erheblichem Maße. Der wesentliche Nutzen ist in erster Linie in der dezentralen, sicheren Erfassung von Analogwerten zu sehen. Denn in räumlich weit verteilten Anlagen reduzieren kurze Verkabelungswege die notwendigen Installationsaufwendungen. Gleichzeitig lassen sich Störeinflüsse auf Messleitungen minimieren, Maßnahmen zur Abschirmung reduzieren und sich Verlegevorschriften für Steuer- und Leistungskabel leichter einhalten.

Neben den Modulen für den normalen Einsatzbereich stehen in einer Sonderversion auch Module für den erweiterten Einsatzbereich zur Verfügung. Durch spezielle Maßnahmen können die funktional identischen Module unter verschärften Umgebungsbedingungen – wie in einem Temperaturbereich von -40 bis +70 °C – eingesetzt werden. Höhere mechanische Robustheitswerte wie Beschleunigungsgrenzwerte von bis zu 5 g, eine Schwingbeanspruchung von 10 bis 1000 Hz oder eine erweiterte Schockbeanspruchung von 25 g/6 ms verringern mechanische Kompensationsmaßnahmen.

Daraus resultiert für den Anwender eine Reihe von Vorteilen. Das gesamte Automatisierungssystem kann unter Beibehaltung der vollen Funktionalität im erweiterten Einsatzbereich verwendet werden, ohne dass zusätzliche Maßnahmen zum mechanischen Schutz am Einbauort erfolgen müssen. Mechanische Feder- oder Dämpfungselemente, Schaltschrankklimatisierung oder Maßnahmen zur Entfeuchtung sind nicht notwendig. Aufwendungen für Planung und Installation lassen sich so minimieren. Das Handling seitens Projektierung und Programmierung unterscheidet sich jedoch nicht gegenüber der Standardversion.

Dipl.-Ing. Armin Glaser ist Leiter Produktmanagement bei Pilz GmbH & Co. KG in Ostfildern ( www.pilz.com )