Dezentrales I/O-System Einfache Integration sicherer Sensoren und Aktoren

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Phoenix Contact Electronics GmbH

Lenord, Bauer & Co. GmbH

SAB Bröckskes GmbH & Co KG

ipf electronic gmbh

Anforderungen im Bereich der Feldinstallation nach Lösungen für die funktionale Sicherheit erfordern adaptierte Komponenten und Systeme. Insbesondere für Anwender von IO-Link ergibt sich mit IO-Link Safety erstmals ein Ansatz zur Integration sicherer Sensoren und Aktoren in ein IO-Link-System.

Mit der nächsten Generation des I/O-Systems Axioline E gestaltet Phoenix Contact sein Produktportfolio noch zukunftssicherer. Zum ersten Mal werden Geräte für die Ein- und Ausgabe von Standardsignalen sowie Signalen mit einer erhöhten Anforderung an die funktionale Sicherheit in den marktrelevanten Industrial-Ethernet-Protokollen verfügbar sein.

In Blockbauweise ausgeführt, bieten die Geräte der Produktfamilie Axioline E die Lösung für eine schaltschranklose dezentrale Automatisierung. Aufgrund der Schutzart IP65/67 eignen sich die I/O-Module im vollvergossenen Zinkdruckguss-Gehäuse für den direkten Einsatz in einer Maschine – selbst unter rausten Umgebungsbedingungen. Ein erweiterter Temperaturbereich sowie die hohe Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen, gängigen Kühl- und Schmiermitteln sowie Schweißperlen erlauben ihre Nutzung in vielen verschiedenen Applikationen.

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Die Geräte umfassen eine L-kodierte Spannungsversorgung mit einem M12-Power-In- und einem M12-Power-Out-Anschluss. Durch diese leistungsstarke Spannungsversorgung mit bis zu 2 x 16 A sowie in Kombination mit dem eingebauten Zwei-Port-Switch lassen sich mehrere Geräte in einer einfachen Linientopologie in der Anlage installieren. Bei der Montage der I/O-Module kann der Anwender durch die M12-Duo-Kontur neben den bewährten M12-Schraubsteckverbindern ebenfalls eine Feldverdrahtung mit der neuen M12-Push-Pull-Schnellanschlusstechnik realisieren.

Als sogenanntes Security-by-Design-Produkt erfüllen die Axioline E-Geräte zudem die Anforderungen des TÜV-zertifizierten Prozesses gemäß IEC 62443-4-1.

Sicherheitsgerichtet Abschaltung der Versorgungsspannung

Die I/O-Module der nächsten Generation der Baureihe Axioline E eröffnen mit ihren passiv sicheren Ausgängen bis Sicherheitsklasse SIL 3 nach IEC 62061 und bis Kat. 4/PL e nach EN ISO 13894-1 die Möglichkeit der sicherheitsgerichteten Abschaltung der Ausgangssignale innerhalb einer Versorgungslinie:

• Die Sicherheitsabschaltung basiert auf dem Prinzip, dass sich die für die Ausgangsgruppen zugeführte Versorgungsspannung über ein vorgeschaltetes Sicherheitsschaltgerät – zum Beispiel die Sicherheitsrelais der Produktfamilie PSR von Phoenix Contact – sicherheitsgerichtet abschalten lässt. Somit werden die Ausgänge unabhängig vom Steuersignal in den energielosen Zustand geführt und die Gerätediagnose sowie die Kommunikation finden weiterhin statt.

Mit dieser sicherheitsgerichteten Abschaltung stellt das Produktportfolio die passende Lösung für einfache Sicherheitsanwendungen zur Verfügung. Die Zertifizierung erfolgt für die digitalen Ausgänge eines Profinet Devices, die IO-Link-Masterports Typ B eines Profinet Devices sowie für die digitalen Ausgängen einer IO-Link-I/O-Box.

Zugriffssicherheit

Gemeinsam wirkungsvolle Schutzkonzepte realisieren

Sichere Abschaltung reicht nicht mehr aus

Bei der Konstruktion von komplexen Maschinen und Anlagen entstehen oftmals umfangreiche Anforderungen an das Sicherheitskonzept. Zur Umsetzung solcher Lösungen reicht eine sichere Abschaltung nicht mehr aus, weshalb eine sichere Kommunikation nahezu unausweichlich ist. Durch die neue Technologie IO-Link Safety gibt es die Möglichkeit, auf der Grundlage einer sicheren IO-Link-Übertragung sogenannte IO-Link Safety Devices in das Automatisierungssystem zu integrieren. Auf Basis einer sicheren Punkt-zu-Punkt-Verbindung lassen sich folglich anspruchsvolle Geräte einbinden.

In einem typischen Automatisierungssystem mit IO-Link fungiert beispielsweise die Steuerung als Auswerteeinheit, welche die Signale und Daten der IO-Link-Sensoren und -Aktoren verarbeitet. Mit dem Einsatz von IO-Link Safety wird die Lösung um die funktionale Sicherheit ergänzt, sodass eine Sicherheitssteuerung notwendig ist.

IO-Link

Lückenlose Kommunikation - bis hin zum Sensor

Durch die Nutzung eines sicheren Feldbussystems – zum Beispiel Profinet/Profisafe oder Ethercat/FSoE – können IO-Link Safety Master sichere Prozessdaten mit der Steuerungseinheit austauschen. Dabei führt der IO-Link Safety Master eine Gateway-Funktionalität aus und stellt die Schnittstelle zu den IO-Link Safety Devices her.

Bei den IO-Link Safety Devices kann es sich sowohl:

• um Sensoren und Aktoren sowie

• mechatronische Geräte handeln.

Die Devices verwenden IO-Link Safety zur Weiterleitung von sicheren Prozessdaten – beispielsweise einem Temperaturwert – über den IO-Link Master an die sichere Steuerung.

Nicht-sichere und sichere Prozessdaten übermitteln

Abgesehen von den klassischen sicheren Prozessdaten unterstützen die IO-Link Safety Master ebenfalls einen Mixmode. Das bedeutet, dass die Devices sowohl nicht-sichere als auch sichere Prozessdaten übermitteln können. Diese Daten werden im IO-Link Safety Master verarbeitet und über das sichere Feldbussystem und die sichere Steuerungseinheit kommuniziert, wodurch sich die Vielfältigkeit an Informationen von IO-Link Safety Devices nochmals erweitern lässt.

Neben den vielseitigen Parametrierungsoptionen von IO-Link und IO-Link Safety ergeben sich aufgrund der Systemergänzung und der dort realisierten Feature Level neue Wege zur Umsetzung eines Maschinen- und Anlagenkonzepts. Über die Betriebsarten IO-Link, IO-Link Safety und den Mixmodus aus beiden Ansätzen lassen sich zusätzlich nicht-sichere und sichere digitale Signale konfigurieren, was die Flexibilität der IO-Link Safety Master weiter erhöht. Insbesondere in Bereichen, in denen der verfügbare Bauraum für Installationen begrenzt ist, können gemischte Funktionen von einem IO-Link Safety Master verarbeitet werden.

In der Systemerweiterung wird ferner der Class B-Port thematisiert. Dieser kann IO-Link Devices und IO-Link Safety Devices in Zukunft mit einem höheren Strombedarf versorgen und vervollständigt damit die Anforderungen an das System. Wegen der umfangreichen Funktionen erlaubt der neue Standard eine einfache Migration der im Feld vorhandenen sicherheitstechnischen Lösungen. Außerdem erhält der Anwender ein zukunftssicheres Konzept zur Ausführung seiner Digitalisierungsstrategie.

Durchgängiges Konzept für die dezentrale Automation

Erstmals umfasst das Produktportfolio von Phoenix Contact Geräte für die schaltschranklose dezentrale Automatisierung, welche die Ein- und Ausgabe von Standardsignalen sowie von Signalen mit einer erhöhten Anforderung an die funktionale Sicherheit ermöglichen. Mit der sicheren Abschaltung bis zur sicheren Kommunikation lässt sich mit den Geräten der nächsten Generation des I/O-Systems Axioline E ein durchgängiges Konzept für die dezentrale Automatisierung realisieren, das eine optimale Lösung für verschiedene Applikationen bietet.

Das Startportfolio der nächsten Axioline E-Generation umfasst digitale Ein-/Ausgabegeräte und IO-Link Master als Profinet Devices sowie IO-Link-I/O-Boxen und eine IO-Link Safety-I/O-Box. Die Module sind ab der Hannover Messe 2023 bestellbar. Darüber hinaus wird das Portfolio sukzessive um zusätzliche Feldbussysteme und Funktionalitäten ergänzt.

* Mats Kölling, Produktmanagement I/O-Systems, und Marcel Franzke, Strategisches Produktmarketing Safety, beide Phoenix Contact Electronics GmbH, Bad Pyrmont

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