23/05/2017
Door Ad Spijkers
Balluff heeft de automatiseringsmarkt verrast door in de markt voor machineveiligheid te stappen. Het komt bovendien als eerste fabrikant met een veiligheidsnetwerk dat is gebaseerd op IO-Link. Het bedrijf ziet het nieuwe netwerk vooral als een aanvulling op standaard IO-Link.
IO-Link is een communicatiestandaard die via een interface direct is te integreren in elke bestaande veldbus. De specificaties zijn vastgelegd in IEC 61131-9. IO-Link is een digitale punt-tot-punt verbinding, waarbij conventionele IO (digitaal/analoog), maar ook IO-Link sensoren/actuatoren ingezet kunnen worden. Safety over IO-Link is daarop geen uitzondering. Het is niet ontwikkeld als aanval op bestaande veiligheidsbussystemen maar vooral als aanvulling op standaard IO-Link.
Safety over IO-Link
Met Safety over IO-Link zijn alle veiligheidsniveaus te bereiken, dus tot en met SIL3 volgens EN ISO 61800-5-2 en PLe volgens EN ISO13849. Het systeem voldoet aan de IO-Link standaard, maar werkt alleen met de IO-Link Master van Balluff, niet met een master van andere fabrikaten. De standaard Profinet Master is te gebruiken in combinatie met Safety. De Slave (safety hub) is een eigen ontwikkeling, maar ook die wijkt niet veel af van een standaard IO-Link hub.
Een veiligheidscircuit bestaat uit een veiligheids-PLC, een IO-Link Master, een Safety over IO-Link Hub en veiligheidscomponenten. De communicatie tussen de IO-Link Master en Slave vindt plaats via standaard IO-Link. Het bedrijf werkt nog aan een safety master waar direct veiligheidscomponenten op zijn aan te sluiten.
De communicatie tussen de IO/Link Master en de veiligheids-PLC gaat over een bestaand netwerk. Balluff heeft als eerste voor Profinet gekozen, mede omdat dit in het thuisland door de aanwezigheid van de auto-industrie en grootmacht Siemens het meest wordt toegepast. Het systeem is ook beproefd met PLC's van onder meer Bosch en Rockwell Automation. Aan de onderkant van het systeem kunnen veiligheidscomponenten van diverse fabrikanten worden toegepast, mits de pinbezetting overeenkomt met die van de safety hub.
Communicatie
IO-Link werkt met digitale signalen (24 V pulsen) in de vorm van telegrammen. Bepaalde bits zijn in de standaard vastgelegd, bijvoorbeeld voor afzender, geadresseerde, parameterdata, procesdata, controlebits, etcetera. In het telegram is ruimte gereserveerd voor een prioriteitsbit. Veiligheidssignalen hebben altijd voorrang boven parameter- en statussignalen. De prioriteit wordt aangegeven door de eindapparaten; de veiligheids-PLC en de Safety hub bepalen hoe er wordt gecommuniceerd.
Er wordt gebruik gemaakt van een zogenaamd 'black channel' (ook wel tunneling genoemd). Bij Safety over IO-Link is de data die is opgesloten in het telegram, anders ingevuld dan bij standaard IO-Link. Daaruit kan de PLC opmaken dat het een veiligheidssignaal is, dat uiteindelijk van een veiligheidscomponent afkomstig is.
De 'intelligentie' van het systeem, dat op basis van een aansprekende veiligheidscomponent besluit om naar een veilige situatie te gaan, ligt vast in de veiligheids-PLC. De veiligheidscomponenten, master en slave zijn in principe 'domme' apparaten, al beschikken ze over de nodige elektronica voor communicatie en zelfdiagnose. De eerste slave (safety hub) die Balluff op de markt heeft gebracht bevat, vier veilige ingangen, twee veilige uitgangen en twee combinaties van veilige ingangen en standaard IO. De eerste zes zijn voorzien van vijf pennen, laatstgenoemde telt er acht.
De safety hub is gebaseerd op het principe van AIDA, het automatiseringsinitiatief van de Duitse autofabrikanten. In principe zouden alle 4-, 5- of 8-pins M12 componenten zijn aan te sluiten, mits de juiste pinbezetting voor de safety hub is aangehouden. De eigen veiligheidscomponenten voldoen daar uiteraard aan, gebruikers van andere componenten moeten eerst de pinbezetting te controleren voordat ze die aansluiten.
Componenten
Gebruikers kunnen bestaande systemen ook achteraf nog voorzien van veiligheidscircuits, mocht dat worden vereist of verlangd. Omdat het IO-Link een robuust signaal hanteert (24 V), is geen speciale afgeschermde kabel nodig. Standaard en veilige IO-Link kunnen in één systeem worden geconfigureerd, geprogrammeerd en gebruikt; ze sluiten naadloos op elkaar aan. De Master wordt aangesloten op de veiligheids-PLC en samen met de onderliggende slave(s) en veiligheidscomponenten geconfigureerd.
In een standaard IO-Link systeem is het mogelijk om 'on the fly' instellingen te wijzigen of sensoren te vervangen. Bij Safety over IO-Link kan bijvoorbeeld de functionaliteit van de safety hub niet worden gewijzigd.
De veiligheidscomponenten die Balluff aanbiedt, zijn speciale sensoren die dubbel zijn uitgevoerd (redundant). Om ze duidelijk als zodanig herkenbaar te maken, heeft Balluff ze geel gemaakt. Op dit moment omvat het assortiment noodstopknoppen, deurschakelaars, veiligheidsschakelaars en lichtschermen.
In de toekomst zullen nieuwe componenten en varianten verschijnen, onder meer met RFID-tags, waarmee wordt voorkomen dat schakelaars worden overbrugd. De PLC zal na een veiligheidsstop de machine alleen opstarten als de deurschakelaar een RFID Tag met een uniek nummer 'ziet', die bij die specifieke component moet worden gebruikt. Ook het aantal safety hubs zal in de nabije toekomst worden uitgebreid met tal varianten, bijvoorbeeld twee of vier aansluitingen, alleen ingangen, alleen uitgangen, net waar de markt om vraagt.
Software
Voor de configuratie en programmering van een systeem met Safety over IO-Link kan gebruik worden gemaakt van de bestaande software van Siemens (Simatic Manager of TIA-Portal), Rockwell of andere fabrikanten die IO-Link ondersteunen. Wie met dergelijke software vertrouwd is, zal weinig moeite hebben om Safety over IO-Link in deze software te configureren. Met het importeren van de GSD-file voor de componenten in de programmeeromgeving is het meeste werk al gedaan.
Voor het veiligheidsdeel is alleen een extra softwarepakketje nodig om de checksum te berekenen. Die software is op de site van Balluff te vinden. Vanuit de programmeeromgeving is dit softwarepakketje direct aan te roepen. Op basis van de configuratie-instellingen in de safety hub moet er een checksum worden gegenereerd.
De berekende checksum wordt gekopieerd naar de programmeeromgeving bij de poort waarop de safety hub is aangesloten, met het bijbehorende node-nummer dat hard in de node moet worden ingesteld. Het pakketje waarschuwt de programmeur ook nadrukkelijk dat zíjn handeling de veiligheid bepaalt en dat híj verantwoordelijk is voor de veiligheid van de machine!