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Mehr Kompatibilität bei sicheren digitalen Schnittstellen

Ralf Kaptur, zum Zeitpunkt des Gesprächs Produktmanager bei Pilz, Carsten Gregorius, Senior Specialist Product Marketing Safety bei Phoenix Contact, Helmut Börjes, Produktmanager Automation bei Wago Kontakttechnik und Volker Schwidden, Produktmanager Sicherheitstechnik  bei Schneider Electric (v.l.n.r.) sprachen mit der etz-Redaktion über das Positionspapier „Klassifizierung binärer 24-V-Schnittstellen mit Testung im Bereich der funktionalen Sicherheit“ des ZVEI

Ralf Kaptur, zum Zeitpunkt des Gesprächs Produktmanager bei Pilz, Carsten Gregorius, Senior Specialist Product Marketing Safety bei Phoenix Contact, Helmut Börjes, Produktmanager Automation bei Wago Kontakttechnik und Volker Schwidden, Produktmanager Sicherheitstechnik bei Schneider Electric (v.l.n.r.) sprachen mit der etz-Redaktion über das Positionspapier „Klassifizierung binärer 24-V-Schnittstellen mit Testung im Bereich der funktionalen Sicherheit“ des ZVEI

Da eine digitale Schnittstelle bei der funktionalen Sicherheit neben den zwei Grundzuständen zusätzliche (aufmodulierte) Signale überträgt, sind die Sensoren, Aktoren und Steuerungen unterschiedlicher Hersteller in der Praxis nicht generell kompatibel. Die Ursache für die Fehlfunktion zu finden gestaltet sich dann jedoch recht aufwändig. Um hier Abhilfe zu schaffen, hat der ZVEI ein Positionspapier zu Klassifizierung von sicheren elektronischen 24-V-Schnittstellen veröffentlicht. Über den Inhalt sprach die etz-Redaktion mit Helmut Börjes, Carsten Gregorius, Ralf Kaptur und Volker Schwidden.

Volker Schwidden: „Wir hoffen dem Anwender mit dem Positionspapier ein funktionierendes Werkzeug für seine Arbeit und die Produktauswahl an die Hand zu geben.“

Volker Schwidden: „Wir hoffen dem Anwender mit dem Positionspapier ein funktionierendes Werkzeug für seine Arbeit und die Produktauswahl an die Hand zu geben.“

Carsten Gregorius: „Bei der Konzeption stand die tägliche Arbeit der Anwender im Fokus. Ein wichtiges Zwischenziel wurde erreicht. Der nächste Schritt ist die Standardisierung.“

Carsten Gregorius: „Bei der Konzeption stand die tägliche Arbeit der Anwender im Fokus. Ein wichtiges Zwischenziel wurde erreicht. Der nächste Schritt ist die Standardisierung.“

Helmut Börjes: „Wir stellen dem Anwender und den Herstellern mit dem Positionspapier ein Orientierungswerkzeug zur Verfügung und ebnen damit den Weg hin zum einfachen Engineering des gesamten Kommunikationsportfolios.“

Helmut Börjes: „Wir stellen dem Anwender und den Herstellern mit dem Positionspapier ein Orientierungswerkzeug zur Verfügung und ebnen damit den Weg hin zum einfachen Engineering des gesamten Kommunikationsportfolios.“

Ralf Kaptur: „Das Positionpapier ist ein Plus für die deutsche Wirtchaft und macht das Thema Safety einfacher.“

Ralf Kaptur: „Das Positionpapier ist ein Plus für die deutsche Wirtchaft und macht das Thema Safety einfacher.“

Das Positionspapier CB24I des ZVEI stellt – ausgehend vom heutigen Stand der Technik – ein Konzept für die Klassifizierung von sicheren elektronischen 24-V-Schnittstellen vor. Anwender erhalten damit einerseits den Vorteil der Funktionssicherheit sowie der Kompatibilität und andererseits eine deutliche Zeitersparnis im Engineering-Prozess. Die aktualisierte Fassung des Positionspapiers (Edition 2.0.1) wurde gemeinsam mit der Automatisierungsinitiative deutscher Automobilhersteller (AIDA) überarbeitet.

Vier Typen sorgen für Übersicht
Zur Eröffnung der Gesprächsrunde erläuterte Volker Schwidden, Produktmanager Sicherheitstechnik bei Schneider Electric, was hinter dem Positionspapier mit dem anspruchsvollen Titel Klassifizierung binärer 24-V-Schnittstellen mit Testung im Bereich der funktionalen Sicherheit steckt: „Anwender wollen die vielfältigen Ausführungen an digitalen Schnittstellen einfach verwenden können. Leider verursacht das unterschiedliche dynamische Verhalten der Schnittstellen oft Probleme – obwohl sie elektrisch kompatibel sind. Ursache dieser Dynamik sind die geforderten Testroutinen. Diese zu vereinfachen, war einer der Hauptgründe Gründe für das Positionspapier.“
Das dynamische Verhalten von Komponenten kann zum Beispiel zu ungewollten Abschaltung führen. Man kann die Filterzeiten zwar nachjustieren, eine nur „teilweise“ Kompatibilität von Geräten genügt aber nicht. Die Datenblätter der Hersteller helfen hier auch nicht weiter. Das Positionspapier schlägt vor, welche Mindestangaben in den Herstellerdokumentationen enthalten sein sollten. Dann können Anwender davon ausgehen, dass die klassifizierten und typisierten Geräte nicht nur über einen gewissen Zeitraum, sondern eben immer miteinander funktionieren.

„Da bei modernen Sicherheitsausgängen unterschiedliche digitale Signale verarbeitet werden, können Anwender diese nicht so einfach miteinander verknüpfen, wie bei einem klassischen mechanischen Schalter und einem Standard-Relais. Dass die Geräte nicht miteinander funktionieren, fällt in der Regel jedoch erst bei der Inbetriebnahme auf. Um für mehr Übersichtlichkeit zu sorgen und die sichere Funktionalität untereinander zu gewährleisten, wurden die verschiedenen Schnittstellen in dem Positionspapier in vier Typen unterteilt“, so Carsten Gregorius, der bei Phoenix Contact im Produktmarketing Safety arbeitet. Die einzelnen Typen unterscheiden sich hinsichtlich Technologie, Kanalanzahl und welcher Teil der Schnittstelle die dynamische Taktung generiert und auswertet.
„Der Kunde hat doch zu Recht die Erwartungshaltung, dass die gekauften Automatisierungskomponenten sicher miteinander kommunizieren und er sich nicht bei den Produkten verschiedener Hersteller auf Fehlersuche begeben muss“, unterstreicht Helmut Börjes, Produktmanager bei Wago Kontakttechnik.
Das Problem ist, dass der Nutzer in der Regel keine Informationen über Produkteigenschaften, wie Taktzeiten, findet, die für das Zusammenspiel verschiedener Komponenten wichtig sind. „Das gemeinsam erarbeitete Papier ist sozusagen eine nationale Empfehlung, welche die Möglichkeit eröfnnet verschiedene Geräte checken zu können. Bisher gibt es dazu ja noch keine Norm“, argumentiert Ralf Kaptur, zum Zeitpunkt des Gesprächs Produktmanager bei Pilz.

Wesentliche Kompatibilitätsfaktoren
Das Positionspapier beschreibt die wesentlichen Faktoren, welche die Kompatibilität beeinflussen. Zudem hat man sich bei den Gerätetypen auf vier Klassen geeinigt, die sich an der Struktur der Geräte orientieren – ein- sowie zweikanalig jeweils getestete und ungetestete – unabhängig davon, ob sie als Sensor oder Aktor eingesetzt werden. Diese Typen unterteilen sich sich dann wiederum in bis zu vier Klassen.
„Dabei war nicht der kleinste gemeinsame Nenner das Ziel, sondern der beste Überblick mit möglichst wenigen Merkmalen, sodass das Datenblatt des einzelnen Produkts möglichst einfach gehalten werden kann“ berichtet C. Gregorius und führt weiter aus „Mit dem Papier wurde ein Kopromiss gefunden, um zumindest einmal abschätzen zu können, ob Geräte sicher miteinander kommunizieren können.“ Die wesentliche Arbeit sei geleistet, meint auch R. Kaptur: „Grundsätzlich wurden hier Typen definiert – beginnend beim einfacchen Not-Aus-Schalter bis hin zum intelligenten Koppler und es wurde versucht die wesentliche Struktur in Kenngrößen zu fassen ohne sich zu verzetteln“.
„Mit dieser Klassifizierung sollten 99 % des Marktes abgedeckt sein. Den Rest wird die Praxis zeigen. Insofern ist es für uns selbst spannend, wie nah wir an der Wirklichkeit sind“, so V. Schwidden´s Einschätzung. Ein Produkt kann je nach Anwendungsfall auch in mehrere Typen und Klassen eingeteilt sein. Es ist jedoch immer sofort ersichtlich, wofür das Produkt eingesetzt werden kann – ob als Ein- oder Ausgang, als aktives oder passives Element.
„Wir verstehen das Positionspapier als wachsendes Projekt, bei dem auch immer wieder Themen neu aufgenommen werden müsen“, ergänzt H. Börjes. Ziel sei und bleibe, dass sich der Anwender aus einer Vielzahl von Produkten per Typ und Klasse eine Produktliste generieren kann, und dabei sicher sein darf, dass die Geräte einwandfrei miteinander funktioneren. Das führe zu Vereinfachungen auch beim Einkauf.

Normungsgrundlage
So einfach das Ergebnis im Grunde auch ist, die Arbeit bis zur Definition und einheitlichen Regelung war recht aufwändig heben die Gesprächsteilnehmer hervor. Sie sehen das Positionspapier als Übereinkunft, die die Grundlage für die weitere Normung bilden kann. „Es geht uns mit dieser Empfehlung auch darum, die Akzeptanz unserer Produkte international zu erhöhen“, beschreibt C. Gregorius die bisherigen Schritte. Natürlich hoffen die Experten darauf, dass sich das Positionspapier auch weltweit durchsetzt, anderenfalls müsse man – so schade es wäre – eine andere Vorgehensweise wählen. „Auch, wenn die Praxis erst noch zeigen wird, inwieweit das Papier von den Anwendern angenommen wird, ist dies der erste Schritt um sicherheitsrelevante Standards und Strategien auch international zu etablieren. Aus unserer Sicht bietet das Positionspapier sowohl für Anwender als auch für Hersteller Vorteile“, meint V. Schwidden.
Dabei gäbe es schon erste positive Ergebnisse, weiss H. Börjes zu berichten: „IO-Link Safety hat das Papier bereits übernommen und will sich an der ZVEI-Klassifizierung orientieren. Bei anderen Standards müssen die entsprechenden Daten noch eingearbeitet werden.“ Hinsichtlich der Varianz der verschiedenen Protokolle ist noch einiges zu leisten. Allerdings ist zu berücksichtigen, dass Safety-Themen generell eine Spezialanwendung sind und das Positionspapier hier keine Geltung hat. Mit dem Papier sollten ja auch nicht alle Probleme der digitalen Verbindungstechnik gelöst werden, sondern das Gegebene zu vereinfachen.

Fazit
Die heute weit verbreiteten binären Schnittstellen werden wohl in der Zukunft mehr und mehr durch die sicheren (Daten-)Schnittstellen und Bus-Systeme ersetzt. Treibendes Element sind hierbei die erweiterten Funktionalitäten, das komfortable Datenhandling und die einfache Kommunikation für die integrierten Lösungen, die im Umfeld von Industrie 4.0 in Zukunft entstehen. Durch das Positionspapier CB24I des ZVEI können Hersteller von Produkten der funktionalen Sicherheit ihre Geräte einheitlich klassifizieren. Anwender haben damit die Möglichkeit die Kompatibilität einfach zu prüfen. Damit ist für hardwarebezogene Schnittstellen eine herstellerübergreifende Lösung in Sicht. Final werden die Erkenntnisse aus dem Positionspapier CB24I noch in die Normung Eingang finden müssen. Bei sicheren Bussystemen, AS-Interface Safety at Work oder IO-Link Safety muss man bezüglich der Kompatibilität den jeweiligen Organisationen vertrauen – wobei erste Schritte schon unternommen wurden.

Die ZVEI-Mitglieder und insbesondere die beteiligten Unternehmen sind aufgefordert, das Thema in den Markt zu tragen. Anwender sollen von dem Papier erfahren, sich daran orientieren und die Informationen von den Herstellern anfordern – dann wird es sich auch am Markt etablieren, sind sich die Experten sicher. Damit dies auch sowohl auf nationaler als auch auf europäischer Ebene geschieht, wurden bereits weitere Maßnahmen getroffen.(no)