Sicherheitsschaltgeräte – Von diesen Vorteilen profitieren Maschinenhersteller und Betreiber

Flexibilität und einfache, fehlersichere Installation: Das sind zentrale Anforderungen der Hersteller und Anwender von Maschinen und Automatisierungsanlagen, wenn es um die Integration von Sicherheitsschaltgeräte in die Steuerungsinfrastruktur geht. Aus diesem Grund haben sich Bussysteme und Feldboxen flächendeckend durchgesetzt. Sie ermöglichen die Installation (oder das Austauschen) von einzelnen Sicherheitsschaltgeräten innerhalb von Sekunden und sorgen, in Kombination mit dem Feldbussystem, für eine „aufgeräumte“ Verkabelung an der Anlage. 

Zudem schafft diese Art der Kommunikation zwischen Schaltgeräten, Sensoren und Steuerung auch eine verbesserte Transparenz, weil eine Vielzahl von Betriebsdaten gesammelt, übertragen und ausgewertet werden kann. Diese Informationen kann man beispielsweise nutzen, um Unregelmäßigkeiten aufzudecken und somit ein vorzeitiges Eingreifen im Servicefall zu ermöglichen. 

Sicherheitsschaltgeräte: Ein Werkzeug für die Selbstoptimierung 

In den sicherheitsgerichteten Schaltkreisen hat diese Entwicklung mit zeitlicher Verzögerung stattgefunden. Vor gut drei Jahren wurden die ersten Safety-Feldboxen für die universell genutzten Ethernet-basierten Feldbusse mit ihren jeweilige Safety-Protokollen wie Profinet beziehungsweise Profisafe vorgestellt.

Sie bieten dieselben Vorteile wie die Feldboxen für betriebsmäßige Signale und noch mehr, denn sie liefern auch Daten über die Häufigkeit des Öffnens von Schutztüren oder der Betätigung von Not-Aus-Signalen, die für die (Selbst-) Optimierung von Maschinen und ihrer Bedienung genutzt werden können – sei es, indem die Bediener geschult werden oder indem Ursachen für häufige Maschinenstörungen behoben werden. 

Universelle Einsatzmöglichkeit der Sicherheitsschaltgeräte

Dass sich die Safety-Feldboxen trotz dieser Vorteile bisher in geringerem Umfang durchgesetzt haben, als die nicht sicherheitsgerechten Feldboxen, mag auch daran liegen, dass die angebotenen Lösungen nicht für sämtliche Bauarten von Sicherheitsschaltgeräten geeignet waren. 

Ziel der neuen Schmersal-Entwicklung war es daher, eine universelle Feldbox für ein möglichst breites Typen- und Technologiespektrum an Sicherheitsschaltgeräten bereitzustellen. Die Box mit der Bezeichnung SFB-PN wird in Profinet-/Profisafe-Systeme integriert und eignet sich für die einfache Plug-and-play-Installation von bis zu acht Sicherheitsschaltgeräten.

Sicherheitsschaltgeräte laufen auch mit Drittanbietern

Die Entwickler haben sich für eine universelle Geräteschnittstelle mit achtpoligem M12-Stecker entschieden, weil dadurch sämtliche gängigen Bauarten von Sicherheitsschaltgeräten angeschlossen werden können: elektromechanische Sicherheitsschaltgeräte, elektromechanische und elektronische Sicherheitszuhaltungen mit ein- oder zweikanaliger Ansteuerung, Sicherheitssensoren, optoelektronische Schutzeinrichtungen (BWS; über Y-Adapter) und auch Bedienfelder.

Das gilt nicht nur für das Programm der Schmersal-Gruppe: Auch Sicherheitsschaltgeräte anderer Hersteller sind einfach, über Adapter, anschließbar. Ein zusätzlicher integrierter Digitaleingang an jedem Gerätesteckplatz erlaubt die Auswertung der Diagnosesignale aller angeschlossenen Sicherheitsschaltgeräte. 

Mit Safety Fieldbox mehrere Sicherheitsschaltgeräte schalten

Für die Praxis heißt das: Über die Safety Fieldbox SFB-PN können wirklich sämtliche Sicherheitsschaltgeräte etwa eines Anlagenabschnitts, eines Arbeitsplatzes oder eines Gefahrenbereichs angeschaltet werden. Typische Konfigurationen wie zwei oder drei Sicherheitsschaltgeräte oder -zuhaltungen (für die Stellungsüberwachung einer ein- oder doppelflügeligen Schutztür und einer Wartungsklappe), eines Sicherheitslichtvorhangs (für die Bereichsabsicherung eines Einlegeplatzes) und eines Bedienfelds mit Not-Halt-Taster können somit über die Feldbox im Plug-and-Play-Modus an die übergeordnete Sicherheitssteuerung angeschlossen und über diese Steuerung auch einfach konfiguriert werden. 

Damit kann die Feldbox ein Systembaustein für Sicherheitssysteme sein, die nach dem Prinzip „Safety Integrated“ aufgebaut sind – unabhängig davon, welches Steuerungsfabrikat zum Einsatz kommt. Sie ist zugleich ein wichtiger Baustein von Systemen für das Condition Monitoring und die Predictive Maintenance gerade von komplexeren Maschinen. Und sie vereinfacht die Installation auch deshalb, weil durch den Einsatz des M12-Power-Steckers zur Versorgung der Feldbox – je nach Schaltgerätetyp und Stromaufnahme – bis zu zehn Safety Feldboxen mit 80 Geräten einfach in Reihe geschaltet werden können.

Sichere Kommunikation gewährleistet

Die Kommunikation auf Basis von Profisafe ist gegen Veränderungen, Übertragungsfehler, Änderungen in der Telegrammreihenfolge und vieles mehr gesichert. Die parallele Übertragung der Sicherheitssignale ermöglicht die freie Verknüpfung der Sicherheitsschaltgeräte in der Sicherheitssteuerung. Darüber hinaus sind alle Geräteanschlüsse mit einem selbstrückstellenden Sicherungselement für den Leitungsschutz ausgestattet. Nach dem Beseitigen der Überlast an einem Anschluss stellt sich das Sicherungselement nach einer kurzen Abkühlungsphase von selbst zurück.

Fazit: Der Konstrukteur hat die Wahl 

Mit der Safety Fieldbox steht dem Maschinen- und Anlagenbau eine vielseitige Lösung für die Installation von Sicherheitsschaltgeräten und für deren Integration in den Sicherheitskreis zur Verfügung. Sie ist keines-wegs die einzige Lösung (siehe Kasten) und soll das vorhandene Angebotsspektrum nicht ablösen, sondern ergänzen. Der Konstrukteur hat somit die Wahl. Zur Jahresmitte 2019, wurde die sichere Feldbox für Profinet/Profisafe im Markt eingeführt. Etwa ein Jahr später soll die sichere Feldbox für Ethernet IP/CIPsafety folgen.

Fünf Lösungen für Sicherheitsschaltgeräte

Wenn man die neu entwickelte Safety Fieldbox bereits einrechnet, bietet alleine die Schmersal-Gruppe fünf verschiedene Installationslösungen für die Absicherung von Maschinen und Anlagen. 

Hier die fünf Installationslösungen auf einen Blick: 

• IO Parallel – eine universelle, kostengünstige Standardlösung mit Klemmen für die Parallelverdrahtung von Sicherheitsschaltgeräten. Geeignet für kleinere Maschinen, für deren Absicherung nur wenige Schalter benötigt werden.
•  Safety Installationssysteme PFB/PDM – für Anwendungen mit aus-schließlich elektronischen Sicherheitsschaltgeräten, verfügbar als passives Verteilermodul (PDM) oder passive Feldbox (PFB). Ermöglicht die gemischte Reihenschaltung mit bis zu vier unterschiedlichen elektronischen Sicherheitsschaltgeräten je Modul. Mehrere Module können zu größeren Systemen verschaltet werden. Geeignet für komplexere Maschinen und Anlagen.
• Safety Fieldbox – für die Installation von bis zu acht unterschiedlichen Sicherheitsschaltgeräten. Kommunikation mit der Sicherheitssteuerung über Profinet/Profisafe. Geeignet für „Safety Integrated“-Konzepte.
• SD-Interface – Proprietäres Diagnose-Interface für die Übertragung nicht sicherheitsgericheter Daten bei Reihenschaltung von elektronischen Sicherheitsschaltgeräten. Einfache Installationslösung für kleinere und mittlere Maschinen.
• AS-Interface-Verdrahtungslösung für Sicherheitsschaltgeräte mit integrierter AS-i-Safety-at-Work-Schnittstelle. Ermöglicht den Aufbau individuell skalierbarer Sicherheitslösungen für unterschiedliche Maschinengrößen bei einfacher und schneller Montage, außerdem gut nutzbar für weitreichende Diagnosefunktionen. Alle wesentlichen Sicherheitsschaltgeräte-Baureihen von Schmersal sind mit AS-i-Safety-Interface lieferbar.

Autor: Udo Weber ist Produktmanager Sicherheitstechnik bei der Schmersal-Gruppe.

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