Neue Möglichkeiten in der Fertigungsautomatisierung durch den Einsatz sicherer Kommunikation. Jochen Ost, DCC/SPM DKE Tagung 1.-2.

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1 Neue Möglichkeiten in der Fertigungsautomatisierung durch den Einsatz sicherer Kommunikation Jochen Ost, DCC/SPM DKE Tagung Dezember 2009

2 Agenda Evolution der Sicherheitstechnik Sichere Netzwerke Intelligente Antriebe Intelligente Sensoren Sichere Kommunikation - Mehr als nur ein sicheres Bit Sichere Kommunikation über alle Ebenen Zusammenfassung 2

3 Bosch Rexroth AG, Geschäftsbereich Our Art of Motion Control Technologieführer in der elektrischen Antriebstechnik Spezialist für Motion-Logic- Steuerungen mit hoher Lösungskompetenz in Zielbranchen Partner für hochwertige Systeme und Komponenten in der Fabrikautomatisierung Lieferant für offene, auf internationalen Standards beruhende Automationslösungen 1973 Erster Permanentmagnet- Gleichstrom-Servoantrieb 1979 Weltweit erster wartungsfreier AC-Servoantrieb 1982 Erste Mikroprozessoren in Frequenzumrichtern 1993 Erste Direktantriebe in Serienmaschinen 1994 Erste Druckmaschine der Welt mit elektronischer Welle 1999 Weltweit erster Servoantrieb mit integrierter Sicherheitstechnik 2003 Durchgängige Plattform für Frequenzumrichter und Servoantriebe 2005 Erster Servomotor mit integrierter Steuerungstechnik 3

4 Die Zukunft der sicheren Kommunikationssysteme Studie Michaela Griesenbruch Januar/Februar 2009 Welches sicherheitsgerichtete Feldbussystem werden Sie vermutlich ZUKÜNFTIG bevorzugen? % 71% Nein Ja Nein Ja 4

5 Evolution der Sicherheitstechnik Integrierte Sicherheitssteuerungen Sicherheitssteuerungen Sicherheitsschaltgeräte Sicherheitsnetzwerke Dezentrale Sicherheitsgeräte Relaissschaltung auf Freigabe K1 K2 zu K1 S1 S2 K2 K1 K2 Sichere Antriebe K1 K2 Zeitachse 5

6 Sicherheitsrelais Auswertung von Not-Halt-Tastern, Schutzendschaltern Bewirkt i.d.r. Abschaltung (z.b. Leistungsschütz) Parametrierbar (Schraubendreher) Funktionalität kann in gewissen Umfang parametriert werden (z.b. angeschlossenes Gerät) In der Regel modular erweiterbar Bewirkt i.d.r. Abschaltung (z.b. Leistungsschütz) Programmierbar (Software) Funktionalität kann frei programmiert werden Graphische Programmiersprachen (FUP/KOP) Großes Spektrum Leistungsklasse (Sicherheitsschaltgeräte bis zur Safety-SPS) Unterschiedliche Integration - getrennt - Integriert Kontrolliert verschieden Zustände 6

7 Spannungsfeld der Sicherheitstechnik Sicherheitskette vom Sensor zum Aktor Systemarchitektur bestimmt durch die Anforderung an - Flexibilität - Verfügbarkeit / Produktivität - Reaktionszeit Reaktionszeit Kosten Kosten Produktivität Flexibilität 7

8 Ein Kommunikationsnetzwerk Standard Signale Sicherheitsrelevante Signale Steuerungsebene I/O-Ebene Steuerungsebene I/O-Ebene Sensor/Aktor-Ebene Steuerungsebene I/O-Ebene Sensor/Aktor-Ebene 8

9 Sichere Kommunikationssysteme Teilnehmer A Applikation (SPS) Applikations- Parameter Teilnehmer B Applikation (z.b. Laser Scanner) Safety Stack Kommunikations- Parameter Safety Stack Protokoll Protokoll Black Channel 9

10 Vom Feldbus zum Automationsbus Diagnose Engineering Optische Sensorik Funktions- Steuerung Antrieb Antriebsbus Peripheriebus Not-Halt Logik Ventil Schütz Peripheriebus Sensor Aktor Feldbus - Standard u. Safety - zyklisch und azyklisch Vom Feldbus Zum Automationsbus Ethernetbasierte Kommunikationssysteme -Echtzeit - Bandbreite 10

11 Sichere Antriebstechnik Sicher abgeschaltetes Moment (STO) Sicherer Stopp 1 (SS1) Sicherer Stopp 1 - Not Halt (SS1-ES) Sicherer Stopp 2 (SS2) Sicherer Betriebshalt (SOS) Sicher überwachte Verzögerung (SMD) Sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS) Sicher maximale Geschwindigkeit (SMS) Sicher begrenztes Schrittmaß (SLI) Sichere Bewegungsrichtung (SDI) Sicher überwachte Position (SMP) Sicher begrenzte Position (SLP) Sichere Kommunikation (SCO) Sichere Schutztürzuhaltung (SDL) Sichere Ein/Ausgänge (SIO) Sicheres Brems- und Haltesystem (SBS) 11

12 Besser als Abschalten Leistungsfreischaltung mittels Netzschütze - Eventuell Verlust der Referenz zum Prozess - Entlade- und Ladezeiten - Restrisiko durch gespeicherte Energie Antriebsintegrierte Sicherheitsfunktionen - Erhöhung der Produktivität - Funktionen passend zum Prozess behindern nicht den Bediener und reduzieren die Gefahr für Manipulation - Potential zur Kostenreduktion Mehr Mehr als als 40% 40% der der Maschinen sind sind wissentlich manipuliert! 12

13 Anwahl der Sicherheitsfunktionen Control Führungskommunikation Safe Control Führungskommunikation Auto Set-up E E Kanal 1 Kanal 2 zweikanalige Abschaltung M E Auto Set-up Kanal 1 Kanal 2 zweikanalige Abschaltung M Antrieb Antrieb 13

14 Sichere Sensoren Auto Set-up Sicherheitsrelevante Information binär Anschluss E/A-Knoten Sicherer Installationsbus (z.b. AS-i) Sicherheitsrelevante Information binär Umfangreiche Parameterdaten Diagnose bzw. Prozessdaten Anschluss E/A Knoten Sicherer Feldbus 14

15 Sichere Kommunikationssysteme Nutzung vorhandener Kommunikationsstrukturen Reduzierung der Topologiekosten Diagnoseinformationen Bandbreite - Für Motion, Logik und Peripheriesignale - Kurze Reaktionszeiten Erleichtert die Nutzung - Sicherer Antriebstechnik 15

16 Mehr als nur ein Abschalt-Bit Reaktion bzw. Bedingung & Sichere Information - Request - Zustimmung 0 Sichere Steuerung Positionsüberwachung - Sichere Nocken Raumüberwachung - Sicherer TCP Sichere Information über - Geschwindigkeit - Position Bit 16

17 Sichere Kommunikation über alle Ebenen Maschine Maschine Maschine Anlage Anlage 17

18 Verlagerung der Intelligenz in die Feldebene Synchronisation durch Kommunikationsnetzwerk Anforderung an Engineering - Komplexität der netzwerkübergreifenden Konfiguration durch Sicherheitstechnik verschärft - Änderung an der Konfiguration der Standard-Teilnehmer darf nicht zur Re-Validierung führen Maschinen-Modul Dezentralisierte Intelligenz Steuerungseben e I/O-Ebene Engineeringtools - müssen dies auf einfache Artund Weise dem Anwender abnehmen Sensor/Aktor-Ebene 18

19 Zusammenfassung Sicherheitsgerichtete Kommunikation - Bietet deutliche Kosten- und Nutzenvorteile, insbesondere wenn für die Automatisierung ein Kommunikationssystem eingesetzt wird - Einbindung von intelligenten Sensoren und Antrieben - Ethernetbasierte Systeme bieten die Voraussetzung das Peripherie-, Antriebs- und Sicherheitsbus verschmelzen - Potenzial für zukünftige Entwicklungen 19

20 Jochen Ost Produkt Management BRC/SPM Bosch Rexroth AG The Drive & Control Company Geschäftsbereich Vielen Dank für Ihr Interesse! Bosch Rexroth GmbH Bgm.-Dr.-Nebel-Str. 2 D Lohr Postfach 1357 D Lohr Telefon +49 (0) 93 52/ Telefax +49 (0) 93 52/ Mobiltel. +49 (0) 1 73/ Internet mailto:jochen.ost@boschrexroth.de 20