INTERBUS-Safety

Sicheres Feldbussystem für den Maschinen- und Anlagenbau

31.08.2007 | Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Johannes Kalhoff / Karl-Ullrich Höltkemeier

Bild 1: Übersichtlichkeit ist entscheidend für die Programmierung von Sicherheitsfunktionen. Bilder: Phoenix Contact

Mit der sicheren Programmier- und Parametrierungs-Software SafetyProg, mit den Standards der PLCopen-Organisation sowie dem Diagnose-Tool Diag+ steht dem Anwender ein leistungsstarkes Software-Paket zur Verfügung. Einfache Bedienbarkeit, Übersichtlichkeit sowie sichere Benutzung sind seines Vorteile.

Aus aktuellen Berichten der Bundesregierung zu Sicherheit und Gesundheit in der Arbeitswelt sowie zu Unfällen und Berufskrankheiten in der Bundesrepublik Deutschland geht hervor, dass sich die Anzahl der meldepflichtigen sowie der tödlichen Arbeitsunfälle in Betrieben in den letzten Jahren stetig verringert hat. Diese positive Entwicklung kann mit dem höheren Automatisierungsgrad sowie der konsequenten Anwendung sicherheitstechnischer Grundsätze begründet werden. Denn die sicherheitstechnischen Standards an Maschinen und Anlagen haben sich in den letzten Jahren nicht grundsätzlich geändert (Bild 1).

Schutzeinrichtungen werden häufig manipuliert

Auch das Thema „Manipulation von Schutzeinrichtungen an Maschinen“ spielt hier eine Rolle. Eine entsprechende Untersuchung wurde unter gleichnamigem Titel vom Hauptverband der gewerblichen Berufsgenossenschaften (HVBG) im Februar 2006 veröffentlicht. Er enthielt unter anderem folgende Ergebnisse:

- Nach Einschätzung der Befragten sind knapp 37 Prozent der Schutzeinrichtungen an Maschinen ständig oder vorübergehend manipuliert.

- Knapp ein Viertel aller Arbeitsunfälle ist nach Meinung der Befragten auf Manipulation zurückzuführen.

- Als Manipulationsgründe wurden Zeitgewinn und schnelleres Arbeiten (22 %), Zeit- und Leistungsdruck (14 %), Produktionssteigerung (7 %) sowie zeitliche Optimierung der Arbeitsabläufe (43 %) angegeben.

Dieses Ergebnisse müssen bei Planung und Konstruktion des Systems „Mensch-Maschine-Schutzeinrichtung“ berücksichtigt werden.

Neben den Herstellern und Betreibern von Maschinen und Anlagen können auch Hersteller von Produkten, die für sicherheitstechnische Applikationen relevant sind, Manipulationen zu reduzieren helfen. Für den Hersteller sicherer Steuerungssysteme, sicherer Netzwerke und sicherer E/A-Geräte steht nicht die direkte Manipulation der Produktionsabläufe im Vordergrund. Stattdessen sollten Maßnahmen und Handlungsabläufe bei Systemen und Produkten optimiert werden. Die Abläufe müssen dem Anwender die Handhabung derart vereinfachen, dass Handhabungsdefizite, die zu Manipulationen führen, verringert oder gleich ganz beseitigt werden.

Software als Schlüsselfaktor

Schlüsselelement ist die Projektierungs- und Programmier-Software, die dem Anwender das System bereit stellt und in den Phasen Inbetriebnahme, Optimierung sowie Umbau von Maschinen und Anlagen bis hin zur Validation zum tragen kommt. Hier ist der Rückgriff auf Standards sinnvoll. Neben der Programmierung auf Basis der Richtlinien IEC 61131-1 werden sichere Applikationen in Form zertifizierter Bausteine zur Verfügung gestellt.

Not-Aus, Schutztür, BWS (bewegungslos wirkende Schutzeinrichtungen) oder Zwei-Hand-Schaltungen - nur um einige Beispiele zu nennen - werden nicht mehr ausprogrammiert, sondern zu fertigen Applikationen verschaltet. Mit der PLCopen-Safety-Spezifikation wurde eine internationale Standardisierung sicherheitsgerichteter Applikations-Software erreicht. Software, die diesen Sicherheits-Standard erfüllt, besitzt einen hohen Qualitätsstandard (Bild 2).

Mit dem Programmiersystem „SafetyProg“ bietet Phoenix Contact eine Engineering-Software, die diese Anforderungen vollständig unterstützt. Durch die geringere Komplexität der sicheren Applikation verringert sich die Inbetriebnahmezeit, und die Standardisierung vereinfacht die Handhabung bis zur Abnahme. Die Übersichtlichkeit ermöglicht es auch, die Applikationen einfacher zu beschreiben.

Außerdem ist die Applikation in ihrer Handhabung – da einheitlich konzipiert – leichter zu verstehen und bei Inbetriebnahmen und Änderungen sicherer zu beherrschen.

Unterstützt wird der Prozess durch die gute Integration von Netzwerk und E/A-Gerät. Als Beispiel eines solchen integrativen Lösungsansatzes sei das sichere Feldbussystem Interbus-Safety genannt, das einfach in die vorhandene Steuerungstechnik integriert werden kann und die Applikation nicht beeinflusst.

Sichere und nicht-sichere Daten werden innerhalb einer kurzen, vorab bestimmbaren Reaktionszeit über eine Busleitung übertragen. Da das sichere Feldbussystem die Sicherheitskategorie 4 nach EN 954-1 sowie SIL 3 nach IEC 61508 erfüllt, kann es international eingesetzt werden. Auch die künftigen Anforderungen der EN ISO 13849 und der IEC 62061 wurden bereits berücksichtigt. Integriert in Profinet stehen sichere Funktionen auch für Ethernet-basierte Netzwerke zur Verfügung.

Einfach im Systemverhalten

Im Rahmen des Ein-Bit-Prinzips wird im E/A-Gerät aus den sicheren Peripherie-Signalen ein sicheres Bit nach SIL 3 und Kat. 4 erstellt. Dieses Bit verarbeitet der Programmierer in der sicheren Programmier-Oberfläche SafetyProg, indem er es mit abgenommenen sicheren Bausteinen verknüpft.

Dieses Verfahren reduziert zum Beispiel das Not-Aus-Signal von einer zweikanaligen Beschaltung mit Diagnose-Überwachung auf ein Bit – das Nutzsignal - im sicheren Programm. Die Verkabelungsüberwachung erledigt das E/A-Gerät, und der Anwender arbeitet mit dem reinen sicheren Nutzsignal. SafetyProg stellt dem Anwender diese Informationen ohne Mehraufwand zur Verfügung.

Die aus sicherheitstechnischer Betrachtung geforderten Verdrahtungsdiagnosen wie Kurz- und Querschluss werden ebenso detektiert und weitergeleitet wie Störungen in der Versorgungsspannung oder Einwirkungen auf die Netzwerkverdrahtung. Das Diagnose-Ergebnis steht der Steuerung zur Auswertung und Weiterverarbeitung zur Verfügung. Es kann aber auch mittels Diagnose-Software Diag+ von Phoenix Contact als ActiveX-Komponente in die Visualisierung eingebunden werden.

Dem Anwender wird das Diagnose-Ergebnis komfortabel als Klartext angezeigt. Die Meldung enthält neben Fehlerort und –ursache auch Hinweise zur weiteren Vorgehensweise. Ein aufwändiges Ausprogrammieren der Diagnose entfällt. Eine klare Trennung von sicherem Nutzsignal für die Applikation und der Hardware-Diagnose der Peripherie erleichtert die Planung, die Programmierung und die Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit.

Dipl.-Ing. Johannes Kalhoff, Corporate Technology, Technology Management, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg

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