Die Roboterzelle in der Automobilfertigung ist für die integrierte Sicherheitstechnik über Profisafe noch Neuland. Doch die AIDA (Arbeitsgemeinschaft der deutschen Automobilhersteller) hat sich vorgenommen, Profinet mit Profisafe durchgängig für die Übertragung sicherer und nicht sicherer Signale einzusetzen. Für Hersteller von Automatisierungsgeräten heißt das, bisher diskret ausgeführte sichere E/A-Signale über Profisafe ansteuern zu müssen. Hilfreich ist da eine neue standardisierte Embedded-Safety-Lösung, die das Austauschen von nicht sicheren Daten über Profinet erlaubt.

Die Integration sicherer und über Profinet steuerbarer E/A-Signale stellt Gerätehersteller vor Herausforderungen, da die Sicherheitstechnik meist nicht zu den Kernfunktionen des Gerätes zählt. So benötigt eine typische Schweißsteuerung beispielsweise nur einen sicheren digitalen Eingang, um im Fehlerfall den Schweißprozess sicher zu unter­brechen. Dieser ist in den heute eingesetzten Steuerungen diskret ausgeführt. Folglich ist der Entwicklungsaufwand für die Umstellung auf integrierte Sicherheitstechnik mit Profisafe hoch. Zudem muss die Lösung durch den TÜV zertifiziert werden. Bei der Eigenentwicklung einer integrierten Safety-Lösung erreichen die Entwicklungskosten schnell die Eine-Million-Euro-Marke. Eine Investition, die Hersteller oftmals scheuen und dadurch Einsatzmöglichkeiten in zukünftigen Fertigungs­linien in der Automobilindustrie ausschließen.
HMS stellt daher mit dem neuen Safety-Modul eine standardisierte und kostengünstige Lösung zur Verfügung, um sichere Ein- und Ausgänge gemäß Profisafe-Standard zu integrieren. Die Lösung eignet sich vor allem für Geräte, bei denen Safety nur eine untergeordnete Rolle spielt und wenige sichere Signale erforderlich sind. Typische Beispiele sind Geräte aus den Bereichen Schweißen, Kleben, Schrauben, Bedienterminals mit Notaus-Taster, Schutzgitter-Steuerungen, Türschloss-Controller, Lasersteuerungen und Mikro-Antriebe. Das Safety-Modul von HMS erfüllt die Sicherheitsanforderungsstufe SIL3 und den Performance Level PLe. Erarbeitet wurde das Sicherheitskonzept des Safety-Moduls in Zusammenarbeit mit dem TÜV Rheinland.

 Höhere Flexibilität und reduzierter Engineering-Aufwand vs. höhere Kosten
Eine typische Anwendung für das Safety-Modul ist eine industrielle Schweißsteuerung. Die Sicherheitsfunktion beschränkt sich hierbei im Wesentlichen darauf, den Schweißprozess im Fehlerfall sicher zu unterbrechen. Diese Funktion wird in heutigen Anwendungen typischerweise durch diskret ausgeführte sichere 24V-Signale realisiert. Die Ansteuerung erfolgt über sicher ausgeführte dezentrale E/A-Komponenten. Mit dem diskreten sicheren Steuersignal wird dann über ein Sicherheitsrelais und einen digitalen Eingang der Schweißstrom im Fehlerfall sicher unterbrochen. Die diskrete Lösung ist erprobt und in vielen Roboterzellen im Einsatz. Nachteil ist, dass die Sicherheitsabschaltung nicht direkt über das Kommunikationsnetzwerk (Profinet) erfolgt, sondern zusätzliche Komponenten (sichere dezentrale E/A, Sicherheitsrelais) und diskrete Verkabelung notwendig sind.
Diese Nachteile sollen durch die direkte Integration sicherer E/A-Signale in die Steuerung vermieden werden. Ziel ist es, dass alle Kommunikationsfunktionen - Prozessdaten in Echtzeit, Qualitätsdaten über TCP/IP-Protokolle und sichere Signale - über die Profinet-Schnittstelle der Schweißsteuerung übertragen werden. Dadurch entfallen die diskrete Verkabelung und die dezentralen sicheren E/A-Komponenten. Durch den Wegfall der dezentralen E/A reduziert sich der Engineering-Aufwand und die Flexibilität und Durchgängigkeit des Systems wird deutlich erhöht. Den genannten Vorteilen steht ein höherer Preis der Profinet-Schnittstelle mit integrierter Profisafe-Funktion und integrierten sicheren E/A gegenüber. Im Ergebnis lassen sich in einer Roboterzelle Kosteneinsparungen im Bereich von mehreren hundert Euro erzielen.

Profisafe-Lösung für einfache Safety-Anwendungen
Mit dem Safety-Modul bietet HMS Geräteherstellern eine standardisierte, modulare und kostengünstige Profisafe-Lösung für einfache Safety-Anwendungen. Für das Austauschen von nicht sicheren Daten über Profinet kommt das Kommunikationsmodul aus der Produktfamilie Anybus CompactCom zum Einsatz. Die Profisafe-Kommunikationsfunktionen übernimmt das Safety-Modul, das eng mit dem Anybus-Kommunikationsmodul zusammenarbeitet. Das Safety-Modul kommuniziert nach dem Black-Channel-Prinzip mit dem Anybus-Kommunikationsmodul. Im Fall von Profinet übernimmt das Kommunikationsmodul die Aufgabe eines Profinet I/O Device und das Safety-Modul realisiert den Profisafe-Layer. Das Safety-Modul stellt dem Gerätehersteller einige sichere, zweikanalig ausgeführte und direkt anschließbare E/A-­Signale zur Ansteuerung der geräteinternen Sicherheitsfunktionen zur Verfügung. Da für die Schweißsteuerung im obigen Anwendungsbeispiel nur ein sicherer Eingang benötigt wird, erfüllt das Safety-Modul von HMS alle Anforderungen hinsichtlich der integrierten Sicherheitstechnik.

Bis zu 80 Prozent Entwicklungskosten sparen
Das Safety-Modul ist eine standardisierte und kostengünstige Lösung für integrierte Sicherheitstechnik in Automatisierungsgeräten. Anstatt viel Zeit und Geld in eine individuelle Lö-sung zu investieren, können Gerätehersteller mit dem Embedded-Safety-Modul bis zu ­80 Prozent Entwicklungskosten sparen und sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren. Zudem wird der Zertifizierungsprozess mit dem Safety-Modul von HMS für die Hersteller deutlich einfacher. Da das Safety-Modul vom TÜV Rheinland vorzertifiziert ist, muss der Gerätehersteller nicht die gesamte Safety-Lösung zertifizieren, sondern nur, wie er das Safety-Modul in seinem Gerät einsetzt. Für die Gerätezertifizierung beim TÜV genügt also der Nachweis, wie der Gerätehersteller die Vorschriften der vom TÜV vorgegebenen Implementierungsrichtlinien umgesetzt hat.
Das vorzertifizierte Safety-Modul erleichtert Geräteherstellern die Realisierung busgesteuerter sicherer E/A-Signale. Das Safety-Modul von HMS unterstützt im ersten Schritt Profisafe über Profinet und ist Ende 2013 in Serie verfügbar. Funktionskompatible Varianten für CIP Safety, openSafety, Functional Safety over Ethercat (FSoE) und Safety over Sercos sind zukünftig geplant.