Sicherheitsschalter

Andreas Mühlbauer,

Sicherheitstechnik auf die smarte Tour

Optimierte Kommunikation ist das Gebot der Stunde in der Sicherheitstechnik. Im Fokus stehen nicht nur die komplexen Industrie-4.0-Anwendungen von morgen, sondern auch die eher unscheinbaren Innovationen. Ein Sicherheitsschalter und ein Sicherheitsmodul versprechen vor allem in kleineren Anlagen kürzere Stillstandszeiten. 

Der Sicherheitsschalter CES-C07 in Funktion an einem Sicherheitszaun. © Euchner

Alle reden über Industrie 4.0. Das sagt Jens Rothenburg, Produktmanager beim Sicherheitsspezialisten Euchner. „Das tun wir als einer der Technologieführer im Bereich Safety natürlich auch, aber mindestens genauso wichtig ist für uns etwas anderes: Dass unsere Innovationen ihre verbesserten kommunikativen Fähigkeiten nicht erst in der komplett vernetzten Fabrik von morgen ausspielen können, sondern ab sofort – in der nächsten Maschine, die ein Anlagenbauer konzipiert oder ein Anwender in Betrieb nimmt oder umrüstet.“

Genau das ist bei den beiden neuen Produkten des Unternehmens der Fall. So unscheinbar der Sicherheitsschalter CES-C07 und das Sicherheitsmodul ESM-CB auf den ersten Blick auch aussehen mögen: Sie sind in der Lage, auf Industrie-4.0-Niveau zu kommunizieren und eröffnen dadurch neue Freiheiten bei der Konzeption effizienter Safety-Lösungen für kleinere Anlagen bis zur Kategorie 4/PLe.

Mit Sicherheitsschaltern ohne die Möglichkeit der Kommunikation war es bei Reihenschaltungen von Sensoren nur mit hohem Aufwand möglich, denjenigen Schalter zu lokalisieren, der einen Maschinenstopp ausgelöst hat. Die anschließende Fehlersuche geriet oft ziemlich schwierig und sorgte für lange Stillstandzeiten. Der CES-C07 dagegen liefert jetzt prozessrelevante Parameter in Echtzeit. So lassen sich akute Probleme identifizieren und auch Informationen für die präventive Wartung gewinnen. Die Sensoren messen beispielsweise relevante Umgebungsparameter und signalisieren rechtzeitig, ob demnächst ein Ausfall der Anlage droht. Sogar Manipulationsversuche meldet das System.

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Fehler schnell lokalisieren

Der Sicherheitsschalter CES-C07 und das Sicherheitsmodul ESM-CB sind in der Lage, auf Industrie-4.0-Niveau zu kommunizieren. © Euchner

Um den Datenverkehr auf dem Bus nicht zu sehr zu belasten, haben die Entwickler eine intelligente Informationshierarchie entwickelt. „Bei den Prozessdaten können wir mit Fug und Recht sagen, dass jedes einzelne Bit dem Anwender essenzielle Hinweise darauf gibt, was er in einer bestimmten Problemsituation beachten muss“, sagt Rothenburg. „Nähere Erläuterungen dazu kann er dann anschließend ganz bequem über die azyklischen Daten abrufen.“ Für die Kommunikation genügt eine einzige Leitung, für den Anschluss ein bereits integrierter achtpoliger M12-Stecker. Das spart Hardware und macht das gesamte System schlank und transparent.

Von jedem Schalter werden 4 Bit an Prozessdaten an die Steuerung übertragen. Das Signal OD meldet beispielsweise, ob die Schutzeinrichtung offen steht. Der Bediener weiß also genau, welche Tür für den Stillstand der Anlage verantwortlich ist. Wenn die Schwachbereichsanzeige OW erscheint, befindet sich ein Betätiger im Randbereich des Transponderfelds. Ursache dafür ist meist ein Absenken der Türen nach längerem Gebrauch. Bisher machten die Schalter darauf lediglich durch Blinken aufmerksam, das im industriellen Alltag leicht zu übersehen war. Mit der entsprechenden Meldung der Steuerung auf dem HMI informiert die Anzeige OI den Bediener darüber, dass eine aktuelle Meldung vorliegt, die er möglichst bald über die azyklischen Daten abrufen sollte. Zu diesen Daten gehören etwa die aktuellen Diagnosecodes, die exakt beschreiben, was rund um den betreffenden Schalter nicht stimmt. Insgesamt sind über 30 verschiedene Meldungen hinterlegt. Jeder Verdrahtungsfehler wird dabei angezeigt, was vor allem bei Inbetriebnahmen für Zeitgewinn sorgt. Gleichzeitig verbirgt sich hinter dem Code eine exakte Handlungsanweisung für den Bediener zur schnellen Behebung des jeweiligen Fehlers.

Im Einsatz an einer Abfüllanlage. © Euchner

Wertvolle Informationen für die vorausschauende Instandhaltung bieten die Anzeigen der aktuell am CES-C07 anliegenden Spannung und der im Schalter gemessenen Temperatur. Bei Unter- oder Überschreiten bestimmter Schwellwerte lässt sich automatisch eine präventive Wartung anfordern. Weitere Indizien für einen drohenden Defekt liefert die Erfassung der Anzahl von Schaltzyklen. Der Schalter selbst ist zwar verschleißfrei, nicht aber die Mechanik der Schutztür, die sich auf diese Art überwachen lässt. Ebenfalls zur Vermeidung von Stillstandszeiten trägt bei, dass die Sicherheitsschalter unter Spannung austauschen lassen.

Manipulationen vorbeugen

Ein ähnlich wichtiges Thema in modernen Produktionsbetrieben ist der Schutz der Anlagen vor Manipulation. Auch dafür stellen die azyklischen Daten nützliche Informationen bereit. Mit einer Überprüfung der Anzahl der Schalter, die sich in einer Reihe befinden, kann die Steuerung erkennen, ob sich die Schaltung seit dem letzten Check geändert hat, ob also etwa eine Verkürzung der Reihe vorgenommen wurde. Und mit der Funktion zur Abfrage des aktuell gelesenen Betätigers lässt sich bei Unicode-Schaltern feststellen, ob dieser Code vom gelernten abweicht. Bei Multicode-Schaltern überprüft das System, ob der aktuelle Betätigercode mit denen übereinstimmt, die in der Steuerung hinterlegt wurden. „Ein entscheidendes Plus in Sachen Sicherheit bietet das zum Beispiel bei Werkzeugmaschinen, deren Späneförderer lediglich mit Metallspänekörben versperrt sind“, erklärt Rothenburg. „Dank Verifizierung des Codes ist gewährleistet, dass vor der jeweiligen Auswurföffnung immer der richtige Korb steht, auch wenn verschieden große Körbe im Einsatz sind.“

Der Sicherheitsschalter CES-C07 (links) und das Sicherheitsmodul ESM-CB kommunizieren per IO-Link. © Euchner

All diese Informationen werden in Kombination mit dem Sicherheitsmodul ESM-CB von jedem Schalter in der Kette abgefragt und via IO-Link der Steuerung zur Verfügung gestellt. Das 18 mm schlanke Gerät erfüllt mehrere Funktionen: Es ist Auswertegerät, Sicherheitsrelais und IO-Link-Device in einem. Eingangsseitig lassen sich zwei Sicherheitskreise anschließen. Zum Beispiel einer, mit dem das Gerät eine Not-Halt-Kette oder die Schaltkontakte von mechanischen Sicherheitsschaltern überwacht sowie ein zweiter für die Auswertung einer Kette aus den Sicherheitsschaltern. Zwei redundante, sichere Relaiskontakte ermöglichen das direkte Schalten von Lasten mit bis zu 6 A. Das Sicherheitsmodul steht dabei im ständigen Dialog mit den angeschlossenen Geräten und erfasst für jeden Sensor unter anderem den Systemzustand, die Umgebungsbedingungen und die sensoreigenen Daten.

Kommunikation mit nahezu allen Geräten

Bei der Entscheidung für die Kommunikation über IO-Link spielte neben Kostenaspekten vor allem die Vielseitigkeit des Punkt-zu-Punkt-Verdrahtungssystems eine Rolle. Ob Profibus oder Profinet, ob AS-Interface, CC-Link oder EtherNet/IP – über einen Zugang zu IO-Link verfügen alle gängigen Automatisierungssysteme. Das heißt, der Sicherheitsschalter und das Sicherheitsmodul haben auf diese Art direkten Anschluss an die gesamte Automatisierung.

Das macht sie zum einen interessant für alle Arten von Anlagen – von Werkzeug- und Verpackungsmaschinen bis hin zu Zäunen, die abgesichert werden müssen. Und es hat zum anderen für den Anlagenbauer den Vorteil, dass er seine Produkte mit identischer Sicherheitstechnik in alle Regionen der Erde liefern kann. „Wer dieselbe Maschine sowohl in den USA als auch in Europa anbieten möchte, muss in der Regel verschiedene Steuerungen verbauen“, sagt Rothenburg. „Da ist es doch gut zu wissen, dass zumindest die Sicherheitsschalter unverändert bleiben können.“

Ariane Isabel Walther, Unternehmenskommunikation bei Euchner / am

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