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IO-Link-Sicherheitskonzept based on Profisafe

01 Die SIM-Montage- und Prüfanlage mit Bedieneinheit (rechts) und Durchblick auf die Schaltschranktechnik (links)

01 Die SIM-Montage- und Prüfanlage mit Bedieneinheit (rechts) und Durchblick auf die Schaltschranktechnik (links)

02 An das von Balluff entwickelte sichere E/A-Modul, dem gelben Safety-Hub, lassen sich sowohl Balluff-Sicherheitskomponenten als auch Safety-Devices anderer Hersteller per M12Standardleitung anschließen

02 An das von Balluff entwickelte sichere E/A-Modul, dem gelben Safety-Hub, lassen sich sowohl Balluff-Sicherheitskomponenten als auch Safety-Devices anderer Hersteller per M12Standardleitung anschließen

03 IO-Link-Safety-Hubs und Safety-Komponenten (gelb) von Balluff sorgen bei den unterschiedlich angetriebenen Stationen für Sicherheit

03 IO-Link-Safety-Hubs und Safety-Komponenten (gelb) von Balluff sorgen bei den unterschiedlich angetriebenen Stationen für Sicherheit

04 IO-Link-Master, Sensor-Hubs und sichere E/A-Module (gelb) von Balluff stehen oberhalb der Montageebene für klare und sichere Verhältnisse

04 IO-Link-Master, Sensor-Hubs und sichere E/A-Module (gelb) von Balluff stehen oberhalb der Montageebene für klare und sichere Verhältnisse

An einer exemplarischen Montage- und Prüfanlage demonstrieren SIM Automation und Balluff „Industrie 4.0 in der Praxis“. Dabei geht es um die intelligente Verknüpfung von Standardkomponenten, klassischer wie moderner Transfer- und Handling-Systeme mit leistungsfähiger Kommunikations-, Sicherheits- und Steuerungstechnik. Mit Safety over IO-Link von Balluff hat die Anlage eine einfach installier- und in bestehende Anlagen integrierbare IO-Link-Sicherheitslösung an Bord. Das Konzept baut auf den IO-Link-Standards und Profisafe auf.
Gemeinsam haben SIM und Balluff einen Längstaktautomat mit den Abmessungen von 3,15 m × 1,65 m × 2,25 m entwickelt, der als Showcase auf Messen zum Einsatz kommt (Bild 1). Hintergrund für diese Entwicklung ist, dass Hersteller von Sondermaschinen auf solchen Events in aller Regel nicht am Beispiel ihrer Kundenprojekte demonstrieren können, wie sie individuelle Anforderungen mit ingenieurtechnischem Know-how in innovative und produktive Anlagen umsetzen. Deshalb machten die beiden Kooperationspartner am Beispiel der transparenten Demoanlage deutlich, wie sich unterschiedliche Standardkomponenten und Technologien, Fertigungsverfahren und Antriebskonzepte optimal miteinander verknüpfen lassen.
Mehrstufiges Dosen-Handling
Beim exemplarisch dargestellten, mehrstufigen Dosen-Handling kommen klassische Getriebe- und Kurvenscheibentechnik, moderne Lineartransfer-, pneumatische und elektrische Antriebs-, Greif-, Pressen-, Fördertechnik sowie Kamera-, Vereinzelungs- und Sortiersysteme zum Einsatz. „Wir wollen damit die Stärken der jeweiligen Technik zeigen und darstellen, wie aus Kundenanforderungen und der intelligenten Kombination unterschiedlicher Technologien wirtschaftliche Produktionslösungen werden“, sagt Stephan Dornieden, Leiter Elektroplanung bei SIM Automation. Sein Unternehmen hat sich seit Jahrzehnten auf die Entwicklung und Fertigung von individuellen kundenspezifischen Komplettlösungen spezialisiert. Dazu zählen die Prozessentwicklung, Projektierung und der Bau schlüsselfertiger Montageanlagen, Handling-, Prüf- und Inspektionssysteme sowie komplette Produktionslinien unter Einbeziehung moderner Fertigungs- und Prüftechnologien einschließlich eigener Zuführ- und Sortiertechnik. Bei der Automatisierung setzt das Unternehmen seit vielen Jahren auf Produkte und Kompetenz von Balluff.
Zentrales Transportmedium ist ein mechatronisches Lineartransfersystem. Eingangs hebt ein Stufenförderer Dosen auf ein Zuführband. Ein kamerabasiertes Objekterkennungssystem von Balluff prüft die jeweilige Lage der Behälter: Zeigt der Deckel nach unten, tritt ein pneumatischer Greifer in Aktion, der die Dose um 180 ° dreht. An der ersten Station des Lineartransfersystems fahren derweil vier Werkstückträger in Position; ein motorgetriebener Taster kontrolliert, ob diese leer sind. Ein per Kurvenscheibe gesteuertes Handling-System nimmt die Dosen mithilfe eines Sauggreifers im Regeltakt auf und setzt diese in die bereitstehenden Werkstückträger. An der nachfolgenden Station drückt eine servoelektrische Tox-Presse den Deckel auf, die daran anschließende Handhabungseinheit demonstriert mechanisch/elektronisch das schnelle Umsetzen der Dosen. Ein weiteres kurvengesteuertes System treibt eine Bedruckungsapplikation an, die darauf folgende Station prüft über ein Balluff -Kamerasystem die korrekte Ausführung. Am Ende des Lineartransfersystems reihen sich, ebenfalls von einem Balluff -Kamerasystem überwacht, die Werkstückträger in Vierer-Formation auf. Anschließend entnehmen servoelektrische Parallelgreifer die Dosen und führen sie zurück in den Bunker. Der Demonstrationskreislauf beginnt aufs Neue.
Vorzüge von IO-Link und Profisafe vereint
Augenfällig sind die übersichtlichen und aufgeräumten Verhältnisse in der Maschine sowie im Schaltschrank. Der Aufbau der Anlage basiert weitgehend auf IO-Link. Die nach DIN EN 61131-9 (VDE 0411-509) zertifizierte Punkt- zu-Punkt-Verbindung steht für ungehinderten Datenaustausch und hohe Funktionalität unterhalb der Bus ebene. Die angeschlossenen Aktoren und Sensoren sind dabei über eine einheitliche M12-Standardleitung angebunden.
Bei Safety over IO-Link von Balluff handelt es sich um die Weiterentwicklung der IO-Link-Philosophie. Mit ihr werden die grundlegenden Vorzüge von IO-Link und Profisafe nun auch für sicherheitsgerichtete Signale genutzt. Ebenso wie IO-Link steht auch Safety over IO-Link für einen einfachen Systemaufbau, zeit- und kostensparende Verkabelung, geringeres Schaltschrankvolumen und schlanke Anlagenkonzepte. Dabei bleibt die Funktionalität des Gesamtsystems erhalten, Sicherheit kommt quasi „on top“. Applikationen lassen sich mit Safety over IO-Link schnell und einfach an geänderte Anforderungen anpassen.
An das von Balluff neu entwickelte sichere E/A-Modul (zwei gelbe Safety-Hubs im oberen Teil der Anlage) lassen sich sowohl Balluff -Sicherheitskomponenten als auch Safety-Devices anderer Hersteller per M12-Standardleitung anschließen (Bild 2). In der Demo-Anlage sorgen Not-Halt-Taster, magnetische Türzuhaltungen sowie Lichtgitter mit Eingriffsschutz von Balluff für Sicherheit (Bild 3). Doch auch Standardkomponenten wie einfache binäre Sensoren können über das sichere E/A-Modul gebündelt werden. Das erspart gleichzeitig einen separaten Hub. Die beiden Safety-Hubs sind an den ebenfalls im Kopfbereich der Anlage installierten IO-Link-Master von Balluff angeschlossen (Bild 4).
Safety over IO-Link nutzt Elemente von Profisafe. Der IO-Link-Master bleibt ein nicht sicherheitsgerichtetes Standardgerät und zählt zum „Black Channel“: Die transportierten Daten werden sicher und unangetastet durch den Master hindurch zur Steuerungsebene getunnelt und erst dort entpackt. Die finale Programmierung geschieht per Drag-and-drop zentral über die Programmieroberfläche der Steuerung.
Fazit: Sicherheitslösung mit vielfältigen Vorteilen
Automatisierungs- und Sicherheitstechnik in einem System ermöglicht wirtschaftlichere und produktivere Anlagenkonzepte. „Bei verketteten Produktions- und Montageaufgaben ist Effizienz besonders wichtig, wenn leistungsfähige Anlagen mit einem optimalen Preis-Leistungs-Verhältnis herauskommen sollen. Safety over IO-Link bietet Anlagenherstellern – vor allem aber Betreibern – zahlreiche Vorteile“, sagt S. Dornieden. Die Visualisierung des Maschinenzustands, individuelle Warnwerte, kontinuierliche Überwachung, Lebensdaueranzeige, Qualitätssicherung, transparente Darstellung des gesamten Montageprozesses lassen sich mittels IO-Link bzw. Safety over IO-Link einfach umsetzen, visualisieren und dokumentieren.
Safety over IO-Link verbindet Sicherheit und Automation zu einem effizienten Gesamtsystem, das hohe Funktionalität, Zuverlässigkeit und Sicherheit bis PL e/ SIL3 gewährleistet. Dabei führt der hohe Grad an Standardisierung zu Einsparungen über den gesamten Lebenszyklus der Maschine hinweg. „Weil unsere Kunden den Mehrwert erkennen, wird Safety over IO-Link von Balluff künftig fester Bestandteil unserer Anlagenkonzepte sein“, resümiert S. Dornieden. (ih)

Matthias Bristle ist Produkt Manager Safety bei der Balluff GmbH in Neuhausen. balluff@balluff.de

Matthias Bristle ist Produkt Manager Safety bei der Balluff GmbH in Neuhausen. balluff@balluff.de