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Fehlersichere Kommunikation

Bei dieser fehlersicheren Kommunikation handelt es sich um eine einfache Lösung für mehrere Schutzeinrichtungen. „Wir haben einige Zeit auf die, aus unserer Sicht beste Lösung für die dezentrale Automatisierung warten müssen; aber das hat sich gelohnt“, urteilt Christian Dunkel, Mitarbeiter der Elektroabteilung bei Jürgens Maschinenbau GmbH & Co. KG aus Emsdetten bei Münster, der die kompakte, dezentrale Peripherie Simatic ET 200SP von Siemens zum ersten Mal in einer Verpackungsanlage für Vliesstoffe verwendete. Außerdem entschied er sich bei diesem Projekt zum ersten Mal für ein AS-Interface in Verbindung mit dem ASI-Sicherheitskonzept ASI Safe.  einer sicherheitsgerichtete Ausführung von AS-Interface, die  auf ein und demselben Bussystem Standard- sowie sichere Daten erlaubt. Diese Lösung ist deshalb besonders einfach in der Umsetzung, weil es die Geräte CM AS-i-Master ST sowie die fehlersichere Variante F-CM AS-i-Safety als Module für die besagte dezentrale Peripherie gibt. „Wir sparen dadurch viel Platz im Schaltschrank und bekommen eine Menge Vorteile bezüglich Engineering, Installation und Flexibilität rund um die Sicherheitstechnik“, berichtet Dunkel. „Es lohnt sich, AS-i als Bus unter Profibus und Profinet zu haben; dabei ist AS-i einfacher als gedacht.“

 Jürgens Maschinenbau in Emsdetten hat bei einer Verpackungsanlage für Vlies-Rollen zum ersten Mal ein sicherheitsgerichtetes AS-Interface in Verbindung mit einem AS-i Master in der dezentralen Peripherie eingesetzt. (Foto: Siemens)
Jürgens Maschinenbau in Emsdetten hat bei einer Verpackungsanlage für Vlies-Rollen zum ersten Mal ein sicherheitsgerichtetes AS-Interface in Verbindung mit einem AS-i Master in der dezentralen Peripherie eingesetzt. (Foto: Siemens)

90 Prozent Zeitersparnis mit AS-i

In der Vergangenheit wurden die Türen des Schutzzauns der Verpackungsanlage mit mechanischen Schaltern gesichert, die über  eine konventionelle Direktverdrahtung mit der fehlersicheren Steuerung verbunden wurden. „Das war mühsam, aufwendig und entsprechend fehlerbehaftet“, erklärt Dunkel. Insofern verwundert es nicht, dass der Engineering-Aufwand für den Schutzzaun bis zur Vor-Inbetriebnahme sowie die nochmalige Montage am Aufstellungsort viel Zeit in Anspruch genommen hatte. Viele Maschinenbaufirmen schätzen deshalb flexible Lösungen basierend auf einer fehlersicheren Kommunikation unterhalb von Profinet für die zentrale Automatisierung.

„Mit der AS-i-Lösung sparen wir mindestens 90 Prozent der Zeit für das Verlegen der Kabel gegenüber der früheren konventionellen Verdrahtung“, sagt Christian Dunkel. Bisher erforderte allein der Bau der Installationswege viel Aufwand. Für jede Bedienstelle war mit bis zu drei Stunden Arbeitszeit zu rechnen, was sich mit AS-i aufgrund der einfach zu handhabenden Durchdringungstechnik reduziere. Zeit spare man außerdem, weil man keine Klemmen benötige und die profilierte gelbe Leitung immer richtig platzieren kann.

Positionsschalter und Bedienstellen schnell installiert

In der Verpackungsanlage, die am Ende einer mehrere hundert Meter langen Gesamtanlage zur Vliesstoffherstellung steht, befinden sich sechs Schutztüren, die mit den Positionsschaltern Sirius 3SE5 von Siemens mit Zuhaltung gesichert sind. Zum schnelleren Montieren liefert der Schutzzaun-Hersteller hierfür eine Adapterplatte. Neben jeder Schutztür befindet sich eine Bedienstelle mit fehlersicherem Not-Halt-Taster und drei Bedientastern für „Zutrittsanforderung“, „Bereichsquittierung“ und „Wiederanlaufen“. Über AS-i-M12-Rundstecker sind sie als Stichleitung mit dem AS-i-Strang verbunden. So lassen sich Standard- und sicherheitsgerichtete Signale über nur eine Zweidrahtleitung übermitteln. „Das macht die Installation übersichtlich, schnell und flexibel“, fasst der Dunkel zusammen.

Flexibilität ist neben dem Zeitgewinn ein weiterer wesentlicher Aspekt für den Einsatz dieser Kommunikationslösung in Verbindung mit der dezentralen Peripherie. Denn so können auch andere Sicherheitsgeräte – wie zum Beispiel Lichtvorhänge an Transportwegen beziehungsweise begehbare Zugangsöffnungen, wie es sie auch in der beschriebenen Anlage gibt – in das Sicherheitskonzept einfach eingebunden werden. Außerdem lässt sich über fehlersichere Ein- und Ausgangsmodule in der ET 200SP der vorgelagerte Anlagenteil per Hardwarekontakt-Übernahme in das Sicherheitskonzept der Verpackungsanlage integrieren.

Schnelle Programmierung in einem Programm

Statt einer separaten Sicherheitssteuerung haben sich die Verantwortlichen bei der Verpackungsanlage für eine Simatic S7-300 mit fehlersicherer F-CPU von Siemens entschieden. „Damit folgen wir dem TIA-Gedanken“, ergänzt Christian Dunkel. Denn mit Totally Integrated Automation (TIA) lassen sich Schnittstellen reduzieren. Allein der damit verbundene zeitliche Vorteil sei groß: Je nach Gestaltung der Einhausung solcher Anlagen gebe es drei bis fünf Sicherheitsbereiche, die sich mit der TIA-Lösung in einer Stunde programmieren lassen. Die Standardisierung des Sicherheitskonzepts und die schnelle Projektierung der Sicherheitstechnik für den Schutzzaun sieht er daher als großes Plus dieses Projektes für eine Verpackungsanlage. Standard- und Sicherheitstechnik werden zentral in der Simatic in Step 7 projektiert, das reduziert den Engineering-Aufwand. Man braucht nur eine Engineering-Software zum Anbinden von AS-i Master, Kommunikation sowie digitaler und analoger Ein- beziehungsweise Ausgänge, Zähler für Inkrementalgeber und SSI-Module für Absolutwertgeber. Mit der separaten Sicherheitssteuerung musste man hierfür rund drei Stunden veranschlagen und bei konventioneller Sicherheitstechnik mit Sicherheitsschaltgeräten wären dafür zwei bis drei Tage realistisch.

Wartungsvorteile durch die fehlersichere SPS

Durch den Einsatz der fehlersicheren Steuerung in Verbindung mit der dezentralen Peripherie lassen sich Standardsignale und fehlersichere Signale auf der gleichen Hardware verarbeiten. Durch die Profi-Safe-Anbindung des AS-i-Netzes entsteht so ein fehlersicherer Datenaustausch ohne Schnittstellen von der Steuerungs- bis in die Feldebene mit durchgängiger Diagnosemöglichkeit. „Deshalb können wir heute die Sicherheitstechnik per Fernwartung einsehen oder sogar anpassen, wenn es vom Kunden gewünscht wird“, freut sich Dunkel. So wurde zum Beispiel bei einem Kunden der zusätzliche Sicherheitsbereich falsch abgeschaltet, die Programmierung konnte remote nachgestellt und der Programmierfehler schnell herausgefunden werden. Das erspart insbesondere für Kunden im Ausland unter Umständen zwei Tage Zeit- und Kostenaufwand. Bei einem weltweiten Exportanteil von rund
75 Prozent ist das für das mittelständische Unternehmen mit etwa 250 Mitarbeitern ein wichtiger Wettbewerbsvorteil.

Antriebstechnik mit integrierter Sicherheitstechnik

Rund 20 Frequenzumrichter Sinamics S120 sorgen für die Bewegungen in der Verpackungsanlage, wo sie riesige Vliesrollen zu Türmen bündeln, diese dann aufstellen, wenden und mit
Schutzummantelungen versehen, bevor sie für den Versand mit Schutzfolie umwickelt werden. Besonderes Merkmal der Geräte ist, dass sie fehlersichere Funktionen integrieren und der Verdrahtungsaufwand auch hier gegenüber alternativen Lösungen entsprechend gering ist. Drückt jemand an der Anlage Not-Halt, wird mithilfe des Profisafe-Telegramms über Profinet die Funktion sicherer Halt über Safety Torque Off (STO) ausgelöst. Insgesamt wird so der Performance Level PLd gemäß EN ISO 13849 erreicht.
In der beschriebenen Verpackungsanlage wurden drei unterschiedliche Bereiche programmiert, sodass bei Auslösen unbeteiligte Bereiche weiterlaufen können. „Auch hier gibt die durchgängige und einfache Architektur der Sicherheitstechnik die Flexibilität, die der Anlagenbetreiber fordert. Denn die Prozesstechnik von Non-Woven-Produkten erfordert Konstanz. So  sollte nicht jede kleinen Unterbrechung, die vielleicht nur das Transportband am Ende betrifft, gleich zum Anlagenstillstand führen.

Die besondere Aufgabenstellung beim Projekt in der Verpackungsanlage für Vliesrollen bestand darin, aus der aufgewickelten, etwa vier Meter breiten und bereits geschnittenen Mutterrolle aus Vlies einzelne Segmente zu separieren und diese zu individuellen Gebinden zu verpacken. Für die Einhausung musste dazu ein etwa 60 m langer Schutzzaun angebracht werden, wobei der Bedienerschutz mit Lichtvorhängen an den offenen Stellen sowie mit sechs Zugangstüren gegeben ist.

Modularer AS-i-Master in dezentraler Peripherie

Die Positionsschalter mit Zuhaltung bilden die Geräte 3SE5, die über das sicherheitsgerichtete AS-Interface mit der Steuerung verbunden sind. Möglich wurde dies mithilfe des fehlersicheren Moduls F-CM AS-i Safety ST, einem Erweiterungsmodul der dezentralen Peripherie Simatic ET 200SP. „Diese ist modular und daher flexibel an verschiedenen Orten in der Anlage anzubringen, in jedem Unterverteiler, so wie ich es brauche“, erläutert Dunkel. Aufgrund der Durchgängigkeit nach dem Vorbild von TIA ist ein Fernservice für die Sicherheitstechnik bis auf die Feldebene möglich. Bereits beim ersten Einsatz des sicherheitsgerichteten AS-Interface in Kombination mit dieser neuen Version der dezentralen Peripherie hat sich der Nutzen für die Zukunft gezeigt. Denn die beschriebene Lösung, sowohl für die Sicherheitstechnik als auch für die Standardautomatisierung, kann für die Zukunft als standardisierter Aufbau dienen. Das vereinfacht wiederum Engineering, Installation und auch den weltweiten Service der Verpackungsanlagen, die einen wachsenden Teil des Umsatzes von Jürgens Maschinenbau ausmachen.

Autoren: Günter Gerweler, Senior Vertriebsbeauftragter, Business Unit Control Products, Division Digital Factory, Siemens AG, Osnabrück; Maria Hohmann, Marketing Promotion Manager, Business Unit Control Products, Division Digital Factory, Siemens AG, Fürth

 

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