Für die industrielle Transformation stehen heute unter anderem Anwendungsszenarien im Mittelpunkt, die Automatisierungs- und Sicherheitslösungen in einem „All-in-One“-Paket zusammenbringen. So kann mehr Durchgängigkeit zwischen Automatisierung und Safety erreicht werden – für eine umfassend abgesicherte Transformation.

Eine einfach zu handhabende Lösung für die Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten ist der IndustrialPI von Pilz. Der offene und modulare Industrie-PC verwendet als Betriebssystem die frei verfügbare Open-Source-Software Linux und bietet zahlreiche Erweiterungsmodule. Im Einsatz ist der Industrie-PC entweder als Gateway in Industrial-IoT-Umgebungen (IIoT) oder als Soft-PLC in unterschiedlichen Anwendungsbereichen. Was kann er dabei leisten?

Aufgabe 1: Intelligente Diagnose

Eine Diagnose muss für den Anwender jederzeit möglich sein, sie muss Klartext sprechen und vor allem unabhängig vom Standort abrufbar sein. Denn Anwender sollten ihre Maschinen und Anlagen stets im Blick haben, damit die Produktionsprozesse dezentraler Anlagen möglichst ohne weitreichende Störung ablaufen können oder die Inbetriebnahme schneller erfolgen kann. Als IIoT-Gateway genutzte Industrie-PCs stellen solche Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung. Pilz unterstützt hier mit dem Industrie-PC IndustrialPI: Anwender können ihn in bestehende Systemarchitekturen einbinden. Im direkten Umfeld von Maschinen und Anlagen sammelt er zum Beispiel Prozess- oder Betriebsdaten und überträgt diese direkt – beispielsweise in eine Unternehmens-Cloud.

Aufgabe 2: Flexible Konnektivität

Ein weiterer Eckpfeiler der Industrietransformation ist die Konnektivität. Eine nahtlose Kommunikation ins Feld ist hierbei das Ziel. Die Grundlage hierfür sind offene und flexible IIoT-Architekturen. Denn nur dynamische Lösungsansätze schaffen es, dass ein gegenseitiges Zusammenarbeiten über zahlreiche Geräte, Installationen und Anwendungen hinweg funktionieren kann. Auch hier punktet der IndustrialPI: Anwender können ihn als Gateway, Datensammler und Diagnoseeinheit in Verbindung mit der sicheren Kleinsteuerung PNOZmulti 2 und dem Automatisierungssystem PSS 4000 – beide von Pilz – auch dafür einsetzen. Denn die industrietaugliche Lösung sorgt für den Datenaustausch zwischen dem IoT und Cloud-Services.

Aufgabe: Breit aufgestellt

Als Soft-PLC setzt der IndustrialPI auch reine Automatisierungsaufgaben um. In diesem Anwendungsfall steuert der Industrie-PC Maschinen und Anlagen. Portalmaschinen zum Sortieren von Batteriezellen oder Kartonaufrichter in der Verpackungsindustrie sind mögliche Einsatzorte. Dabei übernimmt er auch Antriebsaufgaben – gleich ob reine Steuerungsapplikationen oder synchrone Achsbewegungen im Antriebsstrang von Maschinen. So stellt der offene und modulare Industrie-PC eine einfach zu handhabende und hoch flexible Lösung für die Umsetzung von Industrie-4.0-Konzepten dar.

„Konnektivität spielt bei Pilz immer schon eine übergeordnete Rolle“

Im Gespräch: Manuel Schön, Product Management Software and Technology

Steigen wir direkt ein: Eine durchgängige und umfassende Vernetzung: Wunsch oder Realität?

Manuel Schön: Bisher noch ein Wunsch. Aber die Industrie arbeitet daran, neben den klassischen Feldbussen die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen wie zum Beispiel IO-Link Safety weiter im Markt zu verbreiten.

Was sind Ihrer Meinung nach wichtige Grundlagen für den Erfolg der digitalen Transformation? Und wie sollten Unternehmen hier am besten vorgehen?

Manuel Schön: Wichtige Grundlagen für den Erfolg der digitalen Transformation sind eine klare Strategie, die Integration moderner Technologien und die kontinuierliche Weiterbildung der Belegschaft. Themen wie Cloud-Computing, künstliche Intelligenz und IIoT stellen sicher, dass eine digitale Transformation gelingen kann. In der Umsetzung stellen ganzheitliche Automatisierungslösungen inklusive Safety und Security mit ihrem Schwerpunktthema sichere und flexible Konnektivität einen relevanten Faktor dar. Pragmatisch gesehen: der direkte und somit vereinfachte Anschluss ins Feld. Wenn modulare und dezentrale Produktionsanlagen flexibel erweiterbar und schnell startbereit sind und die Datenkommunikation maximal flexibel und verlässlich ausgelegt ist – mit sicherheitsgerichteter und Standardkommunikation – ist das ein Schritt in die richtige Richtung. In der Industrie von heute und morgen können wir so eine hohe Verfügbarkeit von Maschinen gewährleisten.

Inwieweit hat sich der Stellenwert der Konnektivität bei Pilz in den vergangenen Jahren verändert?

Manuel Schön: Unsere globalen Kunden und deren Applikationen finden sich in unterschiedlichen Branchen und Industriesektoren. In der europäischen Automobilindustrie ist das Protokoll Profinet/Profisafe weit verbreitet, in Europa und Asien hingegen ist es Ethercat und FSoE. In den USA wiederum fragen die Kunden nach Ethernet/IP. Da wir allerdings wissen, wie wichtig die Konnektivität zwischen Controllern und dezentralen Datensammlern im Feld ist, sehen wir in OPC UA (FX) ein weiteres wichtiges Thema. Aktuell steht bei Pilz neben IO-Link Safety auch die Konnektivität zu Feldbussen über unsere Safety-Steuerungen im Fokus.

Welchen Stellenwert hat das Thema Konnektivität bei Pilz – über die vergangenen Jahre gesehen – eingenommen und welche Produkte respektive Lösungen umfasst Ihr Portfolio, um die Sicherheit in Netzwerken zu steigern, die Verfügbarkeit zu verbessern oder Infrastrukturen langfristig zukunftsfähig zu machen?

Manuel Schön: Das Thema Konnektivität spielt bei Pilz immer schon eine übergeordnete Rolle. Pilz-Geräte „kommunizieren“ untereinander. So haben wir zum Beispiel mit SafetyNet p einen eigenen Feldbus entwickelt. Ziel war es, die Feldbus-Kommunikation über Ethernet in Echtzeit zu ermöglichen und gleichzeitig für die Kommunikation Daten für die Safety (Maschinensicherheit) bereitzustellen. SafetyNet p ist das einzige sichere, auf Ethernet basierende Feldbussystem, das von Beginn an die Publisher/Subscriber-Technologie (Pub/Sub) unterstützt hat. Unser Know-how über Pub/Sub in Verbindung mit den Anforderungen von funktional sicheren Feldbusprotokollen ist jetzt Wegbereiter für Safety over OPC UA.

Wenn wir aktuell von industrieller Kommunikation sprechen, sollte eine sichere Datenübertragung bis zum „letzten“ Sensor im Fokus stehen, vor allem bei den Geräten im Feld. Pilz hat bereits ab 2018 im Rahmen des IO-Link-Safety-Konsortiums die Entwicklung dieser Kommunikationstechnologie maßgeblich mit vorangetrieben: Pilz leitete – neben der Arbeitsgruppe Marketing – die Arbeitsgruppe Technik, die die Spezifikationen für diese Protokolltechnologie erarbeitet hat, was die Durchführung von Tests sowie Zertifizierungen einschloss. Diese „neuartige“ sichere Konnektivität kann helfen, Fertigungsprozesse zu optimieren.▸

Wo liegen Ihrer Meinung nach die Hauptvorteile des Standards FSoE für industrielle Anwendungen und wo der konkrete Mehrwert für den Anwender?

Manuel Schön: Durch die Nutzung des so genannten Black-Channel-Prinzips können sicherheitskritische Daten über verschiedene Netzwerke, einschließlich Ethernet und drahtlose Verbindungen, übertragen werden. Dies unterstützt die Anforderungen der Industrie 4.0 an vertikal in die Automatisierungspyramide integrierte, echtzeitfähige Kommunikation in intelligenten Fabriken. Wobei die hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit in kritischen Anwendungen durch die Standardisierung nach IEC 61784-3 und die Zertifizierung nach Safety Integrity Level (SIL) 3 erreicht wird.

Wo liegen die Hauptvorteile von FSoE für Industrieanwendungen, wo der Mehrwert für den Anwender? Und wie kann im Zusammenhang betrachtet die Integration der konfigurierbaren Kleinsteuerung PNOZmulti 2 mit dem sicheren Protokoll FSoE die Effizienz und Sicherheit von Produktionsanlagen verbessern?

Manuel Schön: Durch die Integration von Sicherheitsfunktionen in ein bestehendes Ethercat-Netzwerk werden separate oder redundante Sicherheitsverkabelungen überflüssig. Das vereinfacht die Systemarchitektur, reduziert die Komplexität für den Anwender sowie die Installations- und Wartungskosten.

Und welche Vorteile bietet die Nutzung von PNOZmulti 2 als FSoE-MainInstance in Kombination mit dem sicheren Radarsensor PSENradar und der sicheren Antriebstechnik PMC respektive Safe Motion für die flexible und kosteneffiziente Vernetzung sicherheitsrelevanter Komponenten?

Manuel Schön: Auch hier – wie bei FSoE – lassen sich Sicherheitskonzepte nahtlos in Maschinenkonzepte integrieren. Unsere konfigurierbare sichere Kleinsteuerung PNOZmulti 2 spricht Ethercat in Kombination mit dem sicheren Protokoll Safety-over-Ethercat FSoE (= FailSafe over Ethercat). Anwender können mit ihr steuerungs- aber auch sicherheitsrelevante Informationen übertragen. So eine Lösung macht Anwendungen flexibel und ist wirtschaftlich, weil sich sicherheitsrelevante Anlagenstrukturen einfacher anbinden lassen. Ganz konkret betrachtet, können Anwender ab der Version 11.3 des Softwaretools PNOZmulti Configurator PNOZmulti 2 als FSoE-MainInstance, als FSoE-SubInstance aber auch als Ethercat-SubDevice nutzen. In Verbindung mit dem Basisgerät PNOZ m B1 respektive mit dem Ethercat-FSoE-Kommunikationsmodul sind insgesamt bis zu vier MainInstance-zu-MainInstance und bis zu 60 MainInstance-SubInstance-Verbindungen möglich. Wir sprechen hier also von einer Ein-Kabel-Lösung auf Feldbusebene.

Was die Einkabellösung angeht, greift diese auch mit Blick auf die sicherheitsrelevante Vernetzung mit dem sicheren Radarsensor PSENradar und der sicheren Antriebstechnik PMC: Wenn PNOZmulti 2 als FSoE-MainInstance fungiert, ist eine umfassend sichere Antriebslösung – wir nennen sie Pilz Motion Control – möglich. FSoE-fähige Aktoren und Sensoren können dann ins Netzwerk aufgenommen werden. PNOZmulti überwacht und steuert alle Sicherheitsfunktionen in einer Applikation – von Not-Halten über Schutztüren bis hin zu Lichtgittern. Weiteren Mehrwert bringt eine umfangreiche Diagnose, die damit umsetzbar wird.

Welche Bedeutung haben also das Kommunikationssystem IO-Link Safety und der Standard FSoE (Failsafe over Ethercat) in einer vernetzten Welt?

Manuel Schön: Die IO-Link-Safety-Technologie ist ein Schlüssel zur Umsetzung wichtiger Anforderungen von Anwenderseite. Sie macht eine durchgängige sichere Kommunikation zu jedem Sensor und Aktor im Feld möglich. Unsere IO-Link-Safety-Sicherheitssensoren liefern beispielsweise wichtige Statusinformationen und bieten mehr Features für eine intelligente Diagnose: Geräte können sich selbst identifizieren und parametrieren. Das hilft, Prozesse zu optimieren. Dann lassen sich Komponenten leichter austauschen und reparaturbedingte Stillstandszeiten sind kürzer. Dazu kann diese Technologie Anwendungen smart überwachen, zum Beispiel wertet IO-Link Safety Daten von Sicherheitslichtgittern aus: Informationen wie die Signalqualität können für die vorausschauende Wartung genutzt werden. Damit erfüllt IO-Link Safety den Wunsch nach einer flexiblen Automatisierung durch eine sichere und standardisierte Punkt-zu-Punkt-Kommunikation.

Dass auch die höchste Sicherheit bis PL e nach EN ISO 13849-1 (SIL 3 nach IEC 61508/62061) erreicht wird und IO-Link Safety feldbusunabhängig ist, sind überdies Vorteile für den Anwender. Ein weiteres relevantes Kommunikationsprotokoll ist FSoE. Auch dieses bietet Anwendern mehr Flexibilität, weil damit gleichzeitig sicherheitsrelevante und normale Prozessdaten über ein einziges Ethercat-Netzwerk – also eine Einkabel-Lösung – übertragen werden können. Das hilft einerseits Sicherheitskonzepte nahtlos in Maschinenkonzepte zu integrieren und andererseits sicherheitsrelevante Anlagenstrukturen sicher einzubinden. (agry)