IO-Link Safety verhoogt productiviteit

Efficiënte veldcommunicatie

IO-Link heeft zich in de praktijk al ruim bewezen. Nu is er ook een Safety-versie van deze communicatiebus. De grote voordelen van IO-Link komen hiermee ook beschikbaar binnen het machineveiligheidsdomein.

Dat IO-link vele voordelen heeft, moge duidelijk zijn. Het is een fabrieksonafhankelijk protocol voor het aansluiten van sensoren en actuatoren waarbij het installatie- en inbedrijfstellingsgemak de belangrijkste troeven zijn. Niet voor niets dat er op dit protocol is doorgeborduurd naar een safety-versie zodat ook veiligheidscomponenten op dezelfde manier aangesloten kunnen worden. Na het vastleggen van de norm, een aantal jaren geleden, zien we nu dat er veiligheidscomponenten op de markt verschijnen die met dit nieuwe protocol zijn uitgerust. Pilz, één van de voortrekkers op het gebied van IO-Link Safety heeft na het vaststellen van de norm niet stil gezeten. Zij hebben een lijn producten uitgebracht die naadloos aansluit bij hun bestaande systemen. Dit is een lijn producten die niet alleen staat in de wereld, want het protocol maakt het mogelijk om ook producten van andere fabrikanten te gebruiken.

IEC 61139-2

Meerdere fabrikanten bieden momenteel systeemoplossingen voor IO-Link Safety (IOLS) aan. Het communicatieprotocol is wereldwijd gestandaardiseerd in de IEC 61139-2 en biedt maximale veiligheid tot en met PL e volgens EN ISO 13849-1 (of SIL 3 volgens IEC 61508/62061). Bij IO-Link Safety-systemen kunnen veiligheidssensoren en -actuatoren in principe in elk bestaand veldbussysteem, onafhankelijk van bovenliggende systemen, worden geïntegreerd.

Veilig en eenvoudig te realiseren zijn

IO-Link Safety biedt nieuwe mogelijkheden. Ze zorgt voor een veilige integratie van sensoren en actuatoren. De point-to-point-communicatie maakt een snelle, eenvoudige en veilige integratie van veiligheidssensoren tot in het veld mogelijk. Bovendien biedt ze de mogelijkheid om de zelfdiagnose en gegevensanalyse te optimaliseren.
De eerste IO-Link Safety-apparaten zijn nu beschikbaar voor de veilige communicatie in het veld. Pilz kiest bijvoorbeeld voor een totaaloplossing met master, sensoren, veldapparatuur en geschikte configuratietools. Dergelijke complete pakketten van één leverancier betekenen voor de gebruiker dat hij de integratie van de IO-Link Safety-technologie in machines en installaties opnieuw flink kan vereenvoudigen. De juiste configuratietools vergemakkelijken hierbij namelijk de integratie van de apparaten. Hun IO-Link Safety Master maakt bijvoorbeeld ook de integratie van IO-Link-producten en gangbare veiligheidssensoren mogelijk.

Aaneengeschakelde installaties

Hoe gemakkelijk het gebruik van IO-LINK-Safety is, laten we zien aan de hand van een aantal voorbeelden, beginnende bij een aaneengeschakelde verpakkingsinstallatie. Hierin worden veelal meerdere sensoren gebruikt, waardoor er veel ruimte voor de bekabeling nodig is en het installeren veel tijd kost.In een oplossing met IO-Link Safety wordt de master decentraal in het veld gebruikt, zodat er door de kortere kabellengte al belangrijke ruimte wordt bespaard. Dankzij de point-to-point-communicatie kan de bedrading van veiligheidssensoren veel eenvoudiger worden uitgevoerd. Tegelijkertijd kunnen gebruikers het systeem flexibel gebruiken, want zowel gebruikelijke veiligheidssensoren als IO-Link Safety-veiligheidssensoren kunnen evenals IO-Link-apparaten bijvoorbeeld op de acht poorten van de IO-Link Safety Master worden aangesloten (afbeelding 1). Daarbij kunnen zowel IOLS-veiligheidssensoren als IO-Link-standaardsensoren op vier IOLS-poorten worden aangesloten.Om de redundantie van de safety te garanderen, zijn tweekanaals aansluitmogelijkheden absoluut noodzakelijk: met zogenaamde FDIO-poorten (FDIO = Failsafe Digital Input Output) kan de gebruiker kiezen tussen een veilige ingang of een veilige uitgang en of deze tweekanaals moet zijn. Hierdoor kunnen klassieke veiligheidssensoren zoals veiligheidsschakelaars, deurvergrendelingen of noodstopdrukkers worden aangesloten. Ook OSSD-signalen (OSSD = Output Signal Switching Device) kunnen zo worden verwerkt. De Pilz-oplossing biedt hier maar liefst vier FDIO-poorten. De IO-Link Safety Master biedt dus een hoge mate van flexibiliteit wat betreft de aansluitmogelijkheden.

Ruimtebesparender installeren

De communicatie via IO-Link Safety vindt in principe altijd via niet-afgeschermde kabels plaats, omdat hier slechts een korte afstand van maximaal 20 meter moet worden overbrugd. Hiervoor maakt IO-Link Safety gebruik van in de industrie gangbare aansluitingen. Er zijn minder kabels nodig, hetgeen de installatie en de vervanging van apparaten vereenvoudigt. Het aansluiten van een standaard M12-verbinding is in echt minder dan één minuut mogelijk (bij conventionele bedrading is dit al snel meer dan één uur). De verbinding is ook minder gevoelig voor bedradingsfouten en aangezien de IO-Link Safety-technologie meteen ook de gegevens voor de diagnose levert, kan een apparaat dat op de verkeerde poort is aangesloten ook onmiddellijk worden herkend en de fout worden verholpen. Een ander voordeel van deze communicatietechnologie is dat alle apparaten in de aaneengeschakelde installatie onafhankelijk worden geïdentificeerd en geparametreerd. Het veilige communicatieprotocol optimaliseert zo de installatie-, inbedrijfstellings- en onderhoudstijden aanzienlijk, omdat het de hiervoor benodigde tijden verkort. Uitvaltijden, bijvoorbeeld bij noodzakelijke reparaties, kunnen aanzienlijk worden verkort en het onderhoud kan vooruit worden gepland.
De voeding en gegevensoverdracht vinden via een eenvoudige, niet-afgeschermde kabel plaats: IO-Link Safety kan gegevens tot 32 bytes bidirectioneel met maximaal 230,4 kbit/s transporteren.

Materiaaltransport

Het veilige communicatieprotocol moet heel andere eisen aan zichzelf stellen als het bijvoorbeeld gaat om productiecellen voor materiaaltransport met geïntegreerde robotica. Hoe kan IO-Link Safety hierbij ondersteuning bieden? In dergelijke toepassingen moeten de toegang en hekken vaak goed worden beveiligd en bovendien moeten machinestilstandstijden tot een minimum worden beperkt (afbeelding 2). De communicatietechnologie garandeert hierbij dat zowel de integratie van de toegangsbeveiliging als de beveiliging van het hek rond de robot eenvoudig en tijdbesparend kan worden uitgevoerd.
Afbeelding 3 toont de componenten die bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden. De knoppenunit PITgatebox IOLS met de veiligheidsvergrendeling PSENmlock (links op de foto) wordt via slechts één poort op de IO-Link Safety Master (PDP 67 IOLS – midden op de foto) aangesloten. De knoppenunit PITgatebox (tweede van links) maakt de verbinding met PSENmlock mogelijk zonder dat er andere poorten op de IOLS-master worden bezet. Zowel de veiligheidslichtschermen (rechts op de foto) als de knoppenunit kunnen namelijk rechtstreeks op het veldapparaat – de IOLS-master – worden aangesloten. Hierdoor is een snelle bekabeling gegarandeerd. Bovendien kunnen toepassingen slim worden bewaakt. Zo worden bijvoorbeeld de gegevens van veiligheidslichtschermen geanalyseerd. Informatie zoals de signaalkwaliteit kan worden gebruikt voor het voorspellende onderhoud.

Meer dan veiligheid

Doordat de componenten voor veiligheid meedraaien in het zelfde besturingssysteem, kunnen veiligheidssensoren ook ingezet worden voor normale besturingstaken. Met name de diagnosefuncties die in IO-Link Safety is ingebouwd, biedt onverwachte mogelijkheden. De IOLS-apparaten beschikken over een zelfdiagnosefunctie die een potentiële machinestilstand kan voorspellen en dus kan uitsluiten of minimaliseren. “Weten waar” kan bij reparatie en onderhoud aanzienlijke voordelen opleveren. De concepten hiervoor kunnen zodanig worden opgesteld dat fouttoestanden zo snel mogelijk kunnen worden verholpen. De relevante gegevens over de machinetoestand worden namelijk direct aan de verantwoordelijke schakel in de persoon van bijvoorbeeld een productiemanager geleverd. De IOLS-sensoren leveren informatie over de actuele toestand. In de hogere besturing kan bijvoorbeeld worden geregistreerd hoe vaak de onderhoudsdeur is geopend, hoe vaak de noodstop is geactiveerd of hoe vaak er in lichtschermen is gegrepen.
Over het algemeen kan IOLS de veiligheid bij lichtschermen aanzienlijk optimaliseren door middel van een specifieke diagnose. Via een analyse van een enkele straal wordt elke inactieve lichtstraal onmiddellijk herkend. Hierdoor kan de objectgrootte bij het materiaaltransport extra worden bewaakt. Wanneer bijvoorbeeld de standaardhoogte van een pallets 1 meter moet zijn, dan worden kleinere of grotere pallets onmiddellijk herkend door de analyse van een enkele straal. Met deze informatie kan de hogere besturing een gepaste actie starten.
Bovendien biedt het veiligheidslichtscherm geavanceerde functies zoals blanking en muting (verschillende soorten veilige onderbreking van stralen om materiaal te kunnen doorvoeren), die vooral bij het materiaaltransport nuttig zijn. Verder kan de signaalsterkte worden geanalyseerd om continu de juiste uitlijning van de veiligheidslichtschermen te garanderen. Met de in de besturing opgeslagen gegevens kan de machineoperator conclusies trekken over mogelijke problemen en stilstand voorkomen. Tot slot kan IO-Link Safety als maatregel op het gebied van “predictive maintenance” ook de levensduur van machines in het veld aanzienlijk verlengen.
Flexibelere aansluitmogelijkheden en een vereenvoudigde installatie, een snellere en daarbij veilige gegevensoverdracht of ook diagnose – met IOLS kunnen efficiëntie en safety niet alleen voor aaneengeschakelde installaties, maar ook voor verschillende toepassingen zoals bij het materiaaltransport worden gegarandeerd.