PSSuniversal – den intelligente integration af standardautomation og sikker automation

PSSuniversal - decentral styringsplatform for sikkerhed og standard

Ostfildern, 24/03/2006

De aktuelle markedskrav til automatisering kan beskrives med slagord som modularisering, decentralisering, højere ydeevne, sikkerhedsintegration, fleksibilitet og åbenhed såvel for aktuelle som for fremtidige tekniske løsninger, samtidig med lav „life cycle cost“ og dermed bedre økonomi.

"Det mindre om cirklens kvadratur, når man skal prøve at forene automatiserings- og sikkerhedsteknologi i et samlet koncept", siger Klaus Stark, produktchef hos Pilz, "der ligger helt forskellige krav bag."

Den decentrale automatisering forlanger bl.a. kommunikation over feltbus eller Ethernet, en større mængde I/O-tilslutninger og høj ydeevne i implementeringen, for blot at nævne nogle få. Sikkerhedsteknikken skal på den anden side først og fremmest opfylde nationale og internationale sikkerhedsbestemmelser som f.eks. B. Kat. 4 i DS/EN 954-1. "Der skal opnås frihed for tilbagekobling, men også en klar adskillelse med sikkerhedsmekanismer, som ganske enkelt ikke tillader bevidst eller tilfældig manipulation", siger Stark. Der kræves også hurtige reaktionstider, såvel ved cykliske, f.eks. motionapplikationer, som acykliske opgaver, som f.eks. det klassiske nødstop. Det kan kun lade sig gøre at leve op til begge disse meget forskellige krav, hvis der tages optimalt hensyn til dem i konceptet, og hvis de bliver integreret - således som det er tilfældet med vores PSSuniversal" fremhæver Stark. Ved mange systemer, som allerede har været på markedet nogle år, må man derfor indgå kompromis på den ene eller anden måde.

Sikkerhed for verdensmarkedet – hvilken standard skal det være?

Først og fremmest gælder det for et blandet system om at opfylde sikkerhedsteknikkens målsætning – beskyttelse af menneske, maskine og miljø. Teknikken er med andre ord underlagt standarderne. Og med tekniske landvindinger ændrer den aktuelle standardsituation sig også. Herom siger Stark: "Et nyt innovativt system skal derfor tage hensyn til både de nuværende og fremtidige krav fra nationalt og internationalt niveau." Således er PSSuniversal konstrueret som Kat. 4 iht. DS/EN 954-1 samt standardefterfølgeren DS/EN 13849-1 med en fremtidig inddeling i performance level. Ved siden af dette er platformen konstrueret således, at systemerne er opbygget efter SIL 3 i DS/EN 61508 og så de kan dækkes af sektorstandarden DS/EN 62061-1. Ud over en større mængde anvendelsesspecifikke C-standarder vil f.eks. UL/cUL og NFPA-typeafprøvninger blive opfyldt. Derved egner PSSuniversal sig uden begrænsninger til alle sikkerhedsapplikationer over hele verden", siger Stark, "der er ingen forhindringer for eksport til verdensmarkedet."

Konceptionel mekanisk opbygning

PSSuniversal er konstrueret til decentrale automatiseringsanvendelser. Det såkaldte hovedmodul overtager primært alle kommunikations- og forarbejdningsopgaver. På dette kobles der basismoduler, som igen kan tilkobles de såkaldte elektronikmoduler. Pr. hovedmodul kan der tilsluttes op til 64 skiver, bestående af basis- og elektronikmoduler. Basismodulerne overtager forbindelserne i feltet og muliggør en stående ledningsføring med fordele for installation, vedligeholdelse og service.

Ved basismodulerne kan brugeren vælge mellem skrue- og fjederklemmeteknologi. Elektronikmodulerne giver skalerbare I/O-tilslutninger. De fleste standard- og sikkerhedsmoduler afdækker alle automatiseringsopgaver. Den valgfrie og dermed muligvis tilfældigt blandede anvendelse af elektronikmoduler med standardfunktioner og sikkerhedsfunktioner muliggør en aggregat- eller underkomponentorienteret opbygning. Hvert modul er herved selvstændigt, så ekstra eksterne klemmer og ledningsføring på tværs bortfalder. "Fordelen ligger i en høj overskuelighed og dermed indbygget undgåelse af fejl." Dette understøtter også farvekodningen: Gul for sikkerhed, koksgrå for standard og grå for basismodulerne. Den lille byggeform på 12,6 mm bidrager til det i dag ønskede lille footprint (pladskrav i styreskab), den fine granularitet på typisk 4 hhv. 2 kanaler muliggør en økonomisk applikation med beskedent overhead.

Fleksibel og skalerbar

"I overensstemmelse med Pilz' strategi om åbenhed, understøttes forskellige kommunikationsveje fra begyndelsen", siger Stark. På feltbusniveauet er dette Profibus-DP, DeviceNET, Interbus og CANopen. De er efter eget valg til rådighed alene eller i kombination med den sikre og åbne feltbus SafetyBUS p. På et andet niveau er der hovedmoduler med lokal signalbehandling på den ene side og ethernettilslutninger på den anden side under forberedelse. Dermed er systemet fremtidsorienteret og beskytter således investeringerne: "Blot ved at udskifte hovedmodulet kan man tage højde for kundekrav til forskellige teknologier eller kommunikationsstandarder, eller endog skifte til Ethernet på ethvert tidspunkt, hvorved en mulig risiko bliver minimeret." Med lokal forbehandling kan yderligere idriftsætnings- og tilgængelighedskoncepter gennemføres.

Elektronikmodulerne bruges til digital I/O i standard- og sikkerhedsområdet såvel som på halvleder - og relæbasis på meget forskellige sikkerhedsniveauer. Kort og godt findes der analog I/O-tilslutninger såvel som de nævnte komplekse intelligente moduler. Hovedmodulet skiller galvaniske kredsløb fra hinanden og gør det dermed muligt at betjene forskellige potentialer. For uden besvær at kunne beherske denne mangfoldighed og de deraf følgende muligheder, understøtter Pilz brugerne med et softwareværktøj i forbindelse med produktudvælgelsen. PSS-Assistant viser grafisk den aktuelle konfiguration og kontrollerer samtidig alle interne grænser, f.eks. strøm eller mekanisk/elektriske udvidelser. Det resulterer i en konfiguration, som tjener til grundlag for logistikprocessen, styreskabsopbygningen og eventuelt senere under programmering. Det indebærer, at man kun at generere data en enkelt gang.

Grænseløs - PSSuniversal og SafetyBUS p

PSSuniversal bidrager med en lang række ekstra udvidelser til SafetyBUS p og kan endog sammen med systemkobleren PSS SB2 3006-3 firedoble alle grænser. De fysiske udvidelser kan nu nå op på 7.000 m, antallet af busdeltagere på 128, og dermed stiger antallet af sikre ind-/udgange samtidig til 8.192. De sikre I/O'er kan dermed forbindes vilkårligt. Nye funktioner som sikre relæudgange eller fremtidige sikre, decentrale indgange udvider anvendelsesområdet. Samtidig reduceres pladsbehovene for samme funktionalitet med op til 70 procent i forhold til tidligere kompakte moduler. En PSSuniversal kan deles op i to logiske grupper. "En eventuel fejlreaktion fra området, som f.eks. en kortslutning over en udgang, har altid kun indvirkning på den aktuelle gruppe, resten af PSSuniversal kan køre videre og dermed øge tilgængeligheden", oplyser Stark. På grund af funktionaliteten og modulariteten i PSSuniversal kan applikationerne også i endnu højere grad skræddersys og dermed blive mere økonomiske.

Højtydende – det lokale aktiveringsprincip

Hvis der kommer styringsdata fra forskellige kilder, hvilket ofte er tilfældet med den tiltagende decentralisering, bliver sammenknytningen med den tilsvarende påvirkning af programmeringsindsatsen og performance aktuel. Dermed introduceres aktiveringsprincippet, som benyttes særdeles hyppigt i sikkerhed. I forbindelse med den direkte sikkerhedsorienterede afkobling via sikkerhedsenheden, skal et antal yderligere standardstyresignaler også frakobles. Her giver sikkerhedsenheden i en automatiseringsfunktion tilladelsen. Denne tildeling er rent applikativ og skal så vidt muligt gennemføres "uden forsinkelse". Stark: "I PSSuniversal er dette udviklet som firmwarefunktionalitet i hovedmodulet, som kan slås til lokalt. Det indebærer høj performance, maksimal fleksibilitet og dermed i sidste ende en økonomisk løsning."

Et praktisk eksempel kunne f.eks. være en metalbearbejdningsmaskine. Her er arbejdsområdet, blandt andet på grund af miljøet, men også af sikkerhedsgrunde, fuldstændig indkapslet. Selve bearbejdningen, det vil sige bevægelsesforløbet, styres af automatiseringsteknikken. Hvis der nu samtidig bliver åbnet en beskyttelsesdør, skal der udover en sikker afkobling af drevet også ske en afkobling af alle underordnede bevægelser samt af andre aggregater som pumper eller ventiler til køle- og skæremiddel. "Den sikre afkobling, som indtræder direkte og sikkerhedsorienteret, korrelerer ved afkoblingen også med en række andre automatiseringssignaler.

Blokafkobling – hardwarevarianten af det lokale aktiveringsprincip

Blokafkoblingen er et 25,2 mm bred sikkerhedsorienteret elektronikmodul. Det kan valgfrit tilføjes på et hvilket som helst sted i I/O-området. Med en sikkerhedsorienteret til dette modul vil alle standardmoduler til højre for modulet og dermed alle I/O med samme potentiale blive afkoblet. Den specifikke fordel ligger her i besparelsen af al ekstern ledningsføring samt i at kombinere interne testfunktioner og feedbackindgange i en slags sikkerhedsudgang, også for standardudgange.

Med grundlag i praksis og af hensyn til praksis kan en stor del at kravspecifikationen omskrives. Dette slår igennem i en lang række detaljer som f.eks. den mekaniske opbygning. Alle elektronikmoduler har en individuel mekanisk kodning, der bliver fastlagt ved den første tilkobling og dermed forhindrer fejl. Desuden har alle moduler en intern elektronisk identifikation og fungerer dermed kun, når den indstillede og den aktuelle status passer sammen. Både hovedmoduler og alle elektronikmoduler har omfattende flerfarvede LED-visning, som viser den aktuelle I/O-status, men også status for kommunikation samt modulets funktion. Den interne opbygning og de anvendte algoritmer gør det muligt omgående at identificere alle mulige fejlårsager og -steder og står således til rådighed både som lokal information og "remote" via kommunikationsvejene. "Klarhed, transparens, entydighed og dermed ikke blot undgåelse af fejl, men forhindring af fejl kunne være en overskrift i kravspecifikationen", siger Stark. Det omfatter også adskillelse af ledningsføringslaget og elektronikken, den fuldstændigt selvopbyggende signalkarakteristik, farvegivning og helt frem til påskrivningsmuligheder. Som aktiv foranstaltning har alle elektronikmoduler et antal beskyttelsesmekanismer såsom kortslutnings-, temperatur- og overspændingsbeskyttelse, som dermed afværger næsten alle farer i et automatiseringsområde, som virker omkostningsbesparende, og som øger driftstiden.

Facit

PSSuniversal udgør platformen for yderligere udvidelser, i I/O-laget og frem til den komplette forbehandling eller opkobling til Ethernet og opfylder med de præsenterede funktionaliteter og funktioner markedets krav til et overordnet, fremtidsrettet og helstøbt koncept.