Unsere Arbeitswelt verändert sich ständig. Ursachen dafür gibt es viele, eine davon: die fortschreitende Digitalisierung, die alle Bereiche nachhaltig beeinflusst. Für jedes Unternehmen bietet die Digitalisierung und Vernetzung große Chancen und Möglichkeiten, neue Geschäftsmodelle zu integrieren. Eine Branche, die dies besonders spürt, ist der Maschinen- und Anlagenbau.

Was bedeutet es, wenn Produktionsprozesse immer weiter digitalisiert werden? Welche Anforderungen muss die moderne Sicherheitstechnik im Zeitalter von Industrie 4.0 hinsichtlich der Kommunikation und Datenbereitstellung erfüllen? Immer mehr Daten müssen generiert werden, was letztlich die Aufgabe der Schalter und Sensoren ist, die in einer Maschine verbaut werden.

Daisy Chain Diagnostic zum ­Sammeln von Daten

Anders sieht es hingegen bei sicherheitstechnischen Systemen aus. Diese werden normalerweise nicht mit in Betracht gezogen, wenn es um die Generierung von Sensordaten zur Optimierung von Produktionsprozessen geht. Doch auch hier lassen sich im Rahmen der Digitalisierung entsprechende Optimierungs-Potenziale heben.

Daher hat Bernstein, der Spezialist für Sicherheitsschalter, Sensoren und Gehäuse aus Porta Westfalica, seinen besonderen Fokus bei der Entwicklung auf das Diagnosesystem DCD (Daisy Chain Diagnostic) gelegt: Es liest eine Vielzahl an Daten aus und stellt sie zentral – über ein entsprechendes Diagnosemodul – und flexibel zur Verfügung. Die so gesammelten Daten ermöglichen zum Beispiel eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) durch frühzeitige Fehlererkennung, die zu geringen Stillstandzeiten der Maschine aufgrund der frühzeitigen Fehlererkennung führt. Ebenfalls geben die Diagnosedaten hilfreiche Informationen bei der Fehlersuche. Auch dies führt zu geringen Stillstandzeiten und schlussendlich auch zu Kosteneinsparungen.

Die patentierte DCD Diagnose kommt dabei ohne einen eigenen Diagnosedraht aus, da es die Informationen eines jeden einzelnen Sensors aus der Reihenschaltung auf die Sicherheitsausgänge aufmoduliert, ohne diese zu beeinträchtigen. Dies ermöglicht den Einsatz einer 4-poligen Standardleitung, die Verwendung von T-Adaptern und Abschlusssteckern, um eine einfache und kostengünstige Verdrahtung ohne zusätzliche Klemmkästen zu realisieren. Dabei liefert jeder Aktor in der Reihenschaltung mit intelligenter Diagnosefunktion, wie der berührungslose Sicherheitssensor SRF (Safety RFID) und die Produktreihe SEU (Safety Emergency Unit) entsprechende Datenpakte, die durch ein Diagnosegerät oder ein Sicherheitsrelais mit integriertem Diagnosegerät ausgelesen werden können.

Sicherheitsrelais – Anforderungen an die Auswertung der Sicherheitsfunktion

Ein Sicherheitssystem besteht gemäß DIN EN 13849-1 immer aus mehreren Einzelkomponenten – typischerweise aus Eingang – Logik – Ausgang. Auch in der Vergangenheit konnten Sicherheitssysteme bereits Diagnosedaten zur Verfügung stellen, jedoch beliefen sich die Informationen nach dem Sensor häufig auf ein einfaches Ein- oder Aus-Signal. Darüber hinaus war es nur über einen extra Diagnosesystem möglich, alle Daten, die durch die Sicherheitssensoren erzeugt wurden, in die Maschinensteuerung zu integrieren. Weitere Diagnosedaten zum Beispiel aus der Sicherheitslogik zu erhalten, gestaltete sich schwierig.

Die sicherheitstechnische Auswertung erfolgte in den meisten Fällen mit klassischen Sicherheitsrelais. Diese sind seit vielen Jahren in fast jedem Schaltschrank für industrielle Anwendungen zu finden. Ihre hohe Zuverlässigkeit aufgrund bewährter Technologie von zwangsgeführten Relaiskontakten, bei gleichzeitig einfacher Handhabung, hat zu dieser hohen Akzeptanz geführt. Lange Zeit war die Funktion des Sicherheitsrelais auf das Abschalten beschränkt und erweiterte Funktionen wie Diagnose wurden lediglich von höherwertigen Systemen angeboten. Mit den neuen Sicherheitsrelais von Bernstein ändert sich dies. Dank der ständigen Weiterentwicklung dieser bewährten Technologie ist es dem Unternehmen aus Porta Westfalica mit dem SCR P gelungen, ein programmierbares Sicherheitsrelais für klassische Sicherheitsaufgaben und moderne Vernetzung zu entwickeln. Dabei wurden die Ansätze der einfachen Handhabung konsequent weiterentwickelt, was sich vor allem in der intuitiven Bedienoberfläche der Programmiersoftware zeigt.

Neben dem programmierbaren Sicherheitsrelais SCR P, bietet Bernstein auch noch weitere Sicherheitsrelais speziell für die Auswertung der Bernstein DCD Diagnosedaten. Diese können die Diagnosedaten der Sensoren ohne weitere teure Module direkt in die Automatisierungslandschaft weiterleiten – dank integrierter IO-Link-Schnittstelle. Das Sicherheitsrelais SCR-DI ist dabei ausgangsseitig ein IO-Link Slave und ermöglicht es damit jeder Steuerung mit IO-Link Master, die Statusinformationen jedes einzelnen Sensors auszulesen.

Das Wartungspersonal hat zusätzlich die Möglichkeit, den Status der Sicherheitskette via NFC-Schnittstelle mit einer Smartphone-App oder über USB mit einem Laptop einzulesen. Darüber hinaus stellen die Sicherheitsrelais auch eigene Diagnoseinformationen zur Verfügung. Diese ermöglichen zum Beispiel mit Hilfe der Information über die Schaltzyklen der extern angeschlossenen Schütze eine vorausschauende Planung der Wartungszyklen.

Dank moderner Sicherheitstechnik alle Normen spielend leicht erfüllen

Bisher gab es an einer Maschine häufig zwei oder mehr Sicherheitskreise für die Überwachung von Türen oder Hauben, sowie für den Not-Halt. Darüber hinaus ist spätestens seit dem Veröffentlichen des TR 24119 die Reihenschaltung von elektromechanischen Kontakten wieder weiter in den Vordergrund gerückt.

Bei der zweikanaligen Reihenschaltung von elektromechanischen Sicherheitsschaltern und Not-Halt-Tastern ist das Thema der Fehlermaskierung zu berücksichtigen, da nicht alle potenziell vorkommenden Fehler im System rechtzeitig erkannt werden bzw. unter Umständen gar nicht erkannt werden können. Da die Effekte der Fehlermaskierung nicht auf elektronische Sicherheitsprodukte wie den Sicherheitssensor SRF zutreffen, müssen diese dort nicht berücksichtigt werden.

Smart Safety System

Bernstein strebt eine ständige Erweiterung des Produktportfolios mit den oben beschriebenen Eigenschaften unter dem Oberbegriff Smart Safety System an. Dies betrifft sowohl die Sicherheitsschaltgeräte in der Sicherheitskette als auch die Diagnosemodule und Sicherheitsauswertungen am Ende der Sicherheitskette.

Da der Anwender in den meisten Fällen auch bei Sicherheitsaufgaben mit eher kleinem Funktionsumfang einen Not-Halt als ergänzende Schutzmaßnahme in das System integrieren muss, wurde die Produktreihe SEU (Safety Emergency Unit) entwickelt. Die SEU stellt entweder einen Not-Halt-Taster mit dem nötigen Funktionsumfang für das Smart Safety System dar oder besteht aus einer Anschlussbox für zweikanalige elektromechanische Sicherheitsschaltgeräte, so dass klassische, mechanische Sicherheitsschalter ebenfalls angeschlossen werden können.

Dank M12-Anbindung lassen sich diese Komponenten einfach in eine vorhandene elektronische SRF-Sicherheitskette integrieren. Der SRF Sicherheitssensor überwacht beweglich trennende Schutzeinrichtungen, bspw. Klappen oder Türen von Schutzgittern und stellt 20 unterschiedliche Diagnoseinformationen zur Verfügung. Grundsätzlich kann jede SRF-Kette von Sicherheitssteuerungen oder Sicherheitsmodulen ausgewertet werden, die OSSD Signale verarbeiten können. Dabei sind die Diagnosemodule nicht zum Betrieb der SRF-Kette nötig, sondern kommen nur zum Einsatz, wenn die Statusinformationen benötigt werden. Speziell für Sicherheitssysteme mit geringem Umfang bietet die Bernstein AG Sicherheitsmodule an, die die Umsetzung der DCD Daten in ein standardisiertes Protokoll bereits integriert haben.

Die Produktreihe SCR DI besteht in diesem Sinne aus einer Kombination aus Sicherheitsrelais und Diagnosemodul und vereint den vollen Funktionsumfang eines klassischen Not-Halt- oder Schutztürwächters mit dem eines SRF Di Diagnosegerätes, nämlich der Übertragung der DCD Daten mittels IO-Link, NFC und USB.

Mehr zum Thema: www.youtube.com/@BERNSTEINAG