Was ist eigentlich... Sichere Abschaltung von Pneumatik mit IO-Link?

  • Matthias Wolfer, Productmanager Safety, BalluffMatthias Wolfer, Productmanager Safety, Balluff
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Kann ich Zylinder sicher abschalten, gleichzeitig Felddaten übermitteln und das Ganze normgerecht aufbauen? – Ja, mit einem galvanisch getrennten Sensor-/Aktorhub.

Um einen sicherheitskritischen Fehler zwischen benachbarten Leiterbahnen/ Kontaktstellen (Kurzschluss) nach DIN ENISO13849 auszuschließen, sind unter anderem Luft- und Kriechstrecken zu beachten. Eine Möglichkeit des Fehlerausschlusses bietet die galvanische Trennung, indem sicherheitsrelevante Stromkreise/ Segmente nicht mit anderen verbunden werden. Das bedeutet, dass Ladungsträger aus einem Segment nicht in das andere hinüberwechseln können. Diese Trennung macht es dennoch möglich, die Sicherheitswelt mit der Automation zu verbinden – und zwar mit IO-Link. Aktoren sicher abzuschalten und gleichzeitig Sensorsignale verlässlich über IO-Link einzusammeln ist mit nur einem Modul möglich. Um weiterhin die Vorteile von IO-Link zu nutzen und zeitgleich Sicherheit zu gewährleisten, verfügt das E/A-Modul von Balluff über eine galvanische Trennung mit einem Sensor- und einem Aktorsegment. Die beiden Stromkreise der Segmente sind nicht miteinander verbunden. Das Aktorsegment lässt sich sicher abschalten, ohne die Sensorik zu stören. Die wichtigen Sensorsignale werden weiterhin übertragen.

Der topologische Aufbau und die Anwendung dieser Sicherheitsfunktion innerhalb einer Applikation wird in der Abbildung beispielhaft dargestellt:

❶ Eine Steuerung ist mit einem IO-Link-Master Modul über ein Feldbus-System verbunden.
❷ Der IO-Link-Master ist die Schnittstelle zu allen E/A Modulen (IO-Link-Sensor-/ Aktorhubs) oder auch anderen Devices, wie     bspw. IO-Link-Sensoren. Die IO-Link-Kommunikation erfolgt hier über eine standardisierte M12-Steckverbindung.
❸ An den galvanisch getrennten Sensor-/Aktorhub (BNI IOL-355) lassen sich binäre schaltende Elemente anschließen. Dabei entsprechen die linken 4 Anschlussports dem Sensorsegment und die rechten 4 Ports dem Aktorsegment. Die Kommunikation bzgl. der Zustände geschieht über IO-Link.
❹ Die Spannungsversorgung für beide Segmente erfolgt über eine 7/8“ Steckverbindung, wobei auf eine Potential-getrennte Führung der Sensor- und Aktorstromkreise zu achten ist.

Sowohl das Netzgerät selbst, als auch die Leitungsführung zum IO-Link-Device mit den beiden Segmenten müssen die galvanische Trennung auch extern sicherstellen. Über getrennte Leitungen und mit Hilfe eines Splitters wird dies ermöglicht.
❺  Um nun die Versorgungsspannung des Aktorsegments (4 Ports simultan) sicher zu unterbrechen, ist ein externes Safety-Gerät nötig. Somit lassen sich mit dem Modul Sicherheitsfunktionen bis SIL2 gemäß EN62061 / PLd gemäß ISO13849 umsetzen. Dies kann bspw. durch den Einsatz eines Sicherheitsrelais geschehen, wonach mittels angeschlossener Peripherie-Geräte (wie Not-Halt und Türschalter) die Versorgung sicher getrennt wird. Das Sensorsegment ist somit weiterhin aktiv und kann wichtige Informationen aus dem Feld liefern.

Mit dem Modul lassen sich bis zu 8 digitale Ein- und Ausgänge bedienen. Wird die IO-Link-Verbindung unterbrochen, nehmen die Ausgänge vordefinierte Zustände ein, die bis zum Wiederherstellen der IO-Link-Verbindung erhalten bleiben. Wenn die Verbindung wieder steht, kann durch diesen eindeutigen Zustand der Maschine ohne Referenzfahrt direkt weiterproduziert werden. Ein Applikationsbeispiel für das Zusammenspiel von Sensoren und Aktoren in einer Sicherheitsumgebung ist die pneumatische Spannvorrichtung eines Werkstückhalters. Die Stellungsrückmeldung der Zylinder erfolgt über das Sensorsegment, wobei gleichzeitig das Aktorsgement über seinen separat schaltbaren Sicherheitskreis sicher abschaltbar ist. Wird die Sensorseite aus applikationstechnischen Gründen nicht benötigt, stehen galvanisch getrennte IO-Link-Module auch mit reinen Aktorsegmenten zur Verfügung (BNI IOL 252/256). Durch ein isoliertes Abschalten können bis zu zwei Sicherheitsbereiche getrennt voneinander abgesichert werden.

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Schurwaldstraße 9
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