Industrie-4.0-taugliche Lösung

Sicherheitssteuerung mit OPC-UA-Anbindung

Anzeige
Nach Meinung vieler Experten wird sich OPC UA als Kommunikationsstandard für die digitalisierte Produktion durchsetzen – auch in der Chemie- und Verfahrenstechnik. Die neueste Generation der Sicherheitssteuerungen von Schmersal ist deshalb mit einem OPC-UA-Server ausgestattet. Das schafft die Voraussetzung für einen durchgängigen Datenfluss von der (Sicherheits-)Sensorik bis zu den oberen Ebenen der Unternehmens-IT.

Vom Sensor in der Maschine bis zu den obersten Managementebenen der zentralen IT-Systeme wie ERP, PPS oder MES: Zu den wichtigsten Merkmalen der digitalen Produktion, die nach den Grundsätzen von Industrie 4.0 strukturiert ist, gehört ein durchgängiger Datenaustausch.

Das betrifft auch die Sicherheitsschaltgeräte und damit die Sicherheit von Maschinen und Anlagen in der Chemie- und Prozesstechnik – einschließlich der nachgelagerten Prozessschritte des Abfüllens und Verpackens. Dabei sind immer zwei Datenwelten zu berücksichtigen, die unterschiedliche Anforderungen erfüllen und auch nach anderen Grundsätzen gestaltet sind.

Auf der Ebene der funktionalen Sicherheit gelten die Anforderungen der Maschinenrichtlinie und der ihr zugeordneten Normen und Richtlinien. Hier geht es z. B. darum, Maschinen sicherheitsgerichtet abzuschalten bzw. gefahrbringende Bewegungen zum Halt zu bringen, wenn der Bediener eine Schutztür öffnet oder einen Bereich betritt, der durch optoelektronische Schutzeinrichtungen abgesichert ist. Darüber hinaus generieren die Sicherheitsschaltgeräte betriebsmäßige, d. h. nicht sicherheitsrelevante Daten. Sie sind für den Anwender von Interesse, weil sich auf ihrer Basis z. B. die Instandhaltung optimieren und die Produktivität der Anlagen verbessern lässt.

Ein Beispiel: Aus der Anzahl der Schaltzyklen lässt sich ableiten, wann Sicherheitssensoren bzw. -aktoren das Ende ihres Lebenszyklus erreichen und gezielt ausgetauscht werden sollten. Bei verschleißbehafteten elektromechanischen Schaltgeräten ergibt sich diese Anzahl aus dem MTTFd-Wert (Mean time to dangerous failure), der gemäß EN 13849-1 über den B10d-Wert (nominale Lebensdauer bis zum gefährlichen Ausfall) berechnet werden muss. Hierzu gibt es einen T10d-Wert, der den Zeitpunkt für den vorbeugenden Austausch angibt und der bei 10 % des MTTFd-Wertes liegt. Auch hier lässt sich die Lebensdauer sehr genau bestimmen, wenn die Schaltzyklen „mitgezählt“ werden. In der Praxis können die Sicherheitsschaltgeräte dann meistens länger eingesetzt werden und müssen nicht vorsorglich nach einer errechneten Betriebsdauer ausgetauscht werden.

Solche und ähnliche Funktionen werden aktuell unter dem Begriff Predictive Maintenance intensiv diskutiert. In vielen Unternehmen der Chemie- und Prozessindustrie sind sie die ersten Use Cases für Digitalisierung und Industrie 4.0.

Möglichkeiten der Vernetzung

In der Vergangenheit gab es schon verschiedene Möglichkeiten, eine Vernetzung der von Sicherheitssensoren generierten Informationen zu realisieren. Auf der Ebene der funktionalen Sicherheit kommen z. B. sicherheitsgerichtete Bussysteme wie AS-Interface Safety at Work (ASi SaW) zum Einsatz. Für die Übertragung und Auswertung von betriebsmäßigen Signalen wie zum Beispiel Grenzbereichswarnungen hat Schmersal den SD-Bus entwickelt, der diese Daten bei Bedarf über das SD-Gateway auch in eine beliebige Cloud senden kann.

Weitergehende Optionen der Vernetzung und Integration bietet Schmersal den Anwendern der Sicherheitssteuerung Protect PSC1. Sie kann mit einem universellen Kommunikations-Interface ausgestattet werden, das die Anbindung an diverse Feldbusprotokolle wie Profibus, Profinet, EtherCat, Ethernet/IP, CANopen etc. erlaubt. Der Anwender kann den jeweiligen Feldbus einfach per Software auswählen. Das bedeutet, dass mit zwei unterschiedlichen Hardware-Komponenten sämtliche Feldbusversionen abgebildet werden.

Kommunikation über OPC-UA-Server

Neu ist jetzt eine Variante der Protect PSC1 mit einem integrierten OPC-UA-Server im Kommunikations-Interface. Das Interface ermöglicht u. a. einen HMI-Zugang sowie IBS- und Service-Support-Dienste, und es bietet Asset-Dienste im Sinne des Digital Asset Management (DAM).

Diese Art der Kommunikation über den OPC- UA-Server bietet zusätzliche Möglichkeiten und Vorteile. Umfangreiche Datensätze aller Sicherheitssensoren aus dem Schmersal-Portfolio können jetzt maschinenlesbar und mit semantischer Beschreibung über das M2M-Kommunikationsprotokoll abgerufen werden. Dazu gehören etwa Zustandsdaten der Sicherheitsausgänge, sicherheitstechnische Kennwerte, Informationen zur Lebensdauer der Sensoren, Bestellinformationen, Datenblätter, CAD-Daten und Bilder.

Ein konkretes Beispiel für die Nutzung dieser Daten: Der Anwender kann mit der Programmiersoftware SafePLC2 bei jedem einzelnen Sicherheitsschaltgerät den Sollwert für die Lebensdauer, d. h. die maximale Anzahl der Schaltzyklen, festlegen. Die Steuerung erfasst die Anzahl der tatsächlichen Schaltzyklen und zeigt dem Anwender an, wenn diese Anzahl erreicht wird. Das entsprechende Gerät kann dann exakt zum gewünschten Zeitpunkt ausgetauscht werden.

Sicherheitssensoren, die über eine Anbindung zum bereits beschriebenen SD-Bus verfügen, können darüber hinaus Informationen z. B. zum Betätiger sowie Fehlermeldungen (z. B. Querschluss, Übertemperatur, interner Gerätefehler, Kommunikationsfehler, Ausgang Y1/Y2 usw.) übermitteln.

Die Integration von OPC UA in das Kommunikations-Interface der Protect PSC1 schafft außerdem die Voraussetzung dafür, dass die aktuellen Daten der Sicherheitsschaltsysteme von Schmersal (und damit deren digitaler Zwilling) für einen herstellerunabhängigen Austausch zur Verfügung stehen – zum Beispiel von einer Maschine zur anderen oder für die fabrikübergreifende Kommunikation.

Industrie-4.0-tauglich

Die Nutzung des weltweit einsetzbaren OPC UA-Standards (IEC 62541) sorgt somit für Interoperabilität zwischen Produkten verschiedener Hersteller und bietet den Anwendern von Maschinen und Anlagen einen echten Mehrwert. Ihnen stehen zusätzliche Informationen zur Verfügung, die z. B. die Voraussetzung für eine verbesserte Produktionssteuerung oder eine effizientere Instandhaltungsplanung schaffen. Außerdem können z. B. die Kennwerte von Produkten eingesehen und deren Dokumentationen oder Betriebsanleitungen hochgeladen werden.

Zudem eröffnen diese Daten – wenn sie intelligent genutzt und z. B. von übergeordneten CRM-, MES- oder ERP-Systemen ausgewertet werden – die Tür zu neuen Geschäftsmodellen. Das gilt nicht nur für die Anwender der Maschinen und Anlagen, sondern auch für deren Hersteller, die auf der Basis der Daten z. B. neue Serviceleistungen anbieten können.

Standard auch für die Prozessindustrie

Zwar ist OPC UA in den Anlagen und Steuerungen der Prozess- und Verfahrenstechnik zurzeit noch nicht sehr weit verbreitet. Aber die integrierte Schnittstelle bietet den Anwendern der Protect PSC1 Planungssicherheit bei der Entwicklung neuer Maschinengenerationen. Denn die Vernetzung von Maschinen wird sich ebenso zuverlässig weiter durchsetzen wie die Generierung und Übermittlung von Daten aus den Maschinen und Anlagen sowie die Nutzung dieser Daten im Sinne der Predictive Maintenance. Auch aus diesen Gründen drängen gerade große Produktionsunternehmen auf die verbindliche und herstellerübergreifende Einführung von OPC UA. Die Diskussion um Industrie 4.0 sorgt dabei für zusätzliche Schubkraft. Zum Beispiel erarbeiten aktuell 15 Fachgruppen im VDMA anwendungsspezifische OPC-Companion-Spezifikationen, d. h. standardisierte Daten und Schnittstellen für einzelne Anwendungsbereiche wie Robotik und industrielle Bildverarbeitung. Zudem wurde kürzlich bei der OPC Foundation eine eigene Arbeitsgruppe für Funktionale Sicherheit ins Leben gerufen.

Alles deutet somit darauf hin, dass sich
OPC UA als Kommunikationsstandard für die digitalisierte Produktion durchsetzen wird. Das gilt auch und gerade für die Prozessindustrie mit ihren verketteten Produktions- und Verpackungslinien.
Hier bringt die umfassende M2M-Kommunikation besonders großen Nutzen.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0219schmersal


Autor: Ulrich Bernhardt

Leitung Vertrieb Steuerungen,

K.A. Schmersal




Hier finden Sie mehr über:
Anzeige

Powtech Guide 2019


Alles zur Powtech 2019. Jetzt lesen

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

cav-Produktreport


Für Sie zusammengestellt

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Top-Thema: Instandhaltung 4.0

Lösungen für Chemie, Pharma und Food

Pharma-Lexikon

Online Lexikon für Pharma-Technologie

Prozesstechnik-Videos

Hier finden Sie alle aktuellen Videos

phpro-Expertenmeinung


Pharma-Experten geben Auskunft

Prozesstechnik-Kalender

Alle Termine auf einen Blick
Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de