Neue Sicherheitssteuerung Pilz PNOZmulti

Der bisherige Aufbau der Steuerung

Bisher habe ich meine Not-Aus, eigentlich Not-Halt Steuerung durch zwei Schaltgerät der Firma Pilz umgesetzt. Die Idee war es, die Drucktaster und die Schutztüren zusammen über ein Relais laufen zu lassen. Dies hat sich jedoch als schwer umsetzbar erwiesen, da mit dem Auslösen des Not-Halt auch eine ganze Menge Verbraucher abgeschaltet werden. Als Beispiele sind hier die Druckluftversorgung, sämtliche Antriebe und die Kühlung zu nennen. Vor dem Abschalten müssen die Servoantriebe ordnungsgemäß heruntergefahren werden, damit es zu einem kontrollierten Abschalten kommt. Erst danach darf die Netzversorgung getrennt werden. Dieser Fall sieht beim Öffnen der Kabine natürlich anders aus. Im Normalfall stehen dann alle Antriebe bereits, wenn man die Tür zum Arbeitsraum öffnet. Durch diese Ereignisse und Eigenschaften wird der Aufbau einer herkömmlichen Steuerung auf Basis von Relaiskontakten schwer und unübersichtlich. Außerdem möchte ich für Fehlermeldungen von jedem Not-Halt und Tür-Endschalter ein Signal an die SPS geben, damit diese Kenntnis davon hat, welcher Schalter betätigt wurde. Auch dies führt nochmals zu weiterem Verdrahtungsaufwand.

Normen als Grundlage

Auch wenn die Maschine später ausschliesslich für den privaten Gebrauch dienen soll, möchte ich sie weitgehend normgerecht und vorallem sicher auslegen und aufbauen. Eine Gefahr von den Servoachsen und dem rotierenden Fräswerkzeug kann auch in diesem Anwendungsfalls entstehen. Bei meiner Informationsrecherche habe ich folgende Normen gefunden, die für die Auslegung zu bechaten sind. (kein Gewähr für Vollständigkeit)

  • EN ISO 12100 – Allgemeine Gestaltungsleitsätze, Risikobeurteilung
  • EN ISO 14119 – Verriegelungseinrichtungen mit trennenden Schutzeinrichtungen
  • EN ISO 14120 – Anforderungen an Gestaltungen von trennenden Schutzeinrichtungen
  • EN ISO 13850 – Not-Halt
  • EN ISO 13849 – Sicherheit von Maschinen

Zugriff auf die Normen habe ich erfreulicherweise durch ein Portal der Hochschule bekommen. Folgende Anforderungen haben sich aus den Normen für mich ergeben. Not-Halt Funktion muss jederzeit verfügbar sein, Stellteile dürfen in Form von Pilztaster, Drähte, Seile und Griffe gestaltet sein. Das Stellteil muss in rot mit einem gelben Hintergrund ausgeführt werden. Stellteile müssen Vorrrang zu anderen Funktionen haben. Der Not-Halt muss in Stopp-Kategorie 0 oder 1 ausgeführt werden. Ich habe mich für Kategorie 1 entschieden, bei der zuerst ein gesteuertes Stillsetzen und dann ein Unterbrechen der Energiezufuhr erfolgt.

Neue Sicherheitssteuerung von Pilz

Durch den zuvor beschriebenen Fall habe ich mich auf die Suche nach einem konfigurierbaren Steuerungssystem gemacht. Bei der Firma Pilz GmbH & Co. KG bin ich recht schnell auf ein modulares System gestoßen, welches sich mit einem Software-Tool programmieren lässt. Das System war mir bereits aus meiner Studienzeit im Bachelorstudium bekannt. Auf der Hannovermesse im April diesen Jahres, habe ich den Messestand der Firma Pilz deshalb auch nochmal besuch. Dort habe ich mir einen Überblick über die Produkte verschafft und mein Anliegen erklärt. Schnell hat man mir die Geräte der Baureihe PNOZmutli und PNOZmulti Mini vorgestellt. Das PNOZmulti 2 ist vom Funktionsumfang deutlich größer und bietet eine Reihe von Funktionen, von denen ich besonders folgende sehr interessant finde.

  • frei konfigurierbares System
  • modular erweiterbar mit zusätzlichen Ein- und Ausgangs Elementen
  • Programmierung erfolgt grafisch durch drag and drop von fertigen Bausteinen
  • vernetzbar über zusätzliche Feldbusmodule (CANopen, EtherCAT, Profinet usw.)
  • Unterscheidung von Sicherheits- und Standardfunktionen

Freundlicherweise hat die Firma Pilz GmbH & Co. KG mich bei meinem Anliegen unterstützt. Am vergangenen Freitag habe ich ein kleines Paket bekommen, in dem das Grundgerät verpackt war. Dafür möchte ich mich nochmals ganz herzlich bedanken.

Grundgerät Pilz PNOZmulti 2 mit Federzugklemmen

Das Gerät besitzt 20 Eingänge, davon können bis zu 8 als Ausgänge für Standardanwendungen konfiguriert werden. Sowie 4 sichere Halbleiterausgänge und 4 Taktausgänge, die zur Querschlusserkennung genutzt werden können. Zusätzlich nutze ich zur Kontakterweiterung noch ein PNOZ S11 und ein PZE9P. Mit diesen beiden Geräten können dann potentialfrei jeweils 9 Kontakte geschaltet werden. Das PZE9P werde ich ggf. noch gegen ein weiteres PNOZ S11 austauschen, da es deutlich mehr Platz in Anspruch nimmt, den ich leider nicht habe. In den letzten Wochen habe ich bereits die Stromlaufpläne für den Umbau angefertigt, weshalb ich die Geräte heute direkt eingebaut habe. 

Eingebautes PNOZmulti2 im Schaltschrank mit Kontakterweiterung.

Linksseitig wird in den nächsten Tagen noch ein Feldbusmodul mit CANopen Schnittstelle eingebaut. Mit diesem lassen sich die Zustände der einzelnen Eingänge abfragen und der Status von Eingangselementen erkennen. Diese Informationen kann die übergeordnete SPS dann verarbeiten und entsprechende Ereignisse einleiten. 

Die Programmierung im Pilz Configurator

Die Programmierung der PNOZmulti Familie wird durch den Pilz Configurator umgesetzt. Zuerst habe ich den Aufbau der Steuerung zusammengestellt. Dies geschieht durch die Positionierung per drag and drop von fertigen Modulen.

Zusammenstellung der Steuerung im Pilz Configurator

Die Module von links nach rechts sind, ein Feldbusmodul (hier CANopen PNOZ m ES canopen), ein Kommunikationsmodul Ethernet (PNOZ m ES ETH) zur Programmierung der Steuerung über Netzwerk, das Grundmodul (PNOZmulti B0) sowie ein Erweiterungsmodul (PNOZ m EF 8DI4DO). Das Erweiterungsmodul habe ich bisher nicht verbaut und ist als Reserve vorgesehen. Wenn ich mal günstig eins im bekannten Online-Auktionshaus entdecke, werde ich es nachrüsten. Nach der Zusammenstellung beginnt dann die eigentliche Programmierung, ebenfalls per drag and drop. 

Not-Halt Kreis im Pilz Configurator

Der Energiefluss (programmtechnisch) läuft von links nach rechts. Im linken Teil befinden sich immer Eingangselemente, wie Not-Halt Schalter, Schütztür-Endschalter oder Lichtgitter. Rechts befinden sich Ausgangselemente oder Anschlusspunkte, die zur weiteren Verarbeitung im Programm vorgesehen sind. In der Mitte werden Logikelemente platziert, die dann für die Verschaltung sorgen. Es hat mir richtig Spaß gemacht den anfänglich so komplizierten Not-Halt Kreis aufzubauen. Das schöne an dem System ist ganz besonder für mich, dass ich es zukünftig mit sehr geringem Aufwand erweitern kann. Kommt ein Sicherheitselement hinzu, wird es einfach über die Kontakte verdrahtet und anschließend mit in die Programmierung einbezogen. Die virtuellen Ein- und Ausgänge des Feldbusmoduls werden als Standard Ein- und Ausgänge genutzt. Sicherheitsfunktionen sind damit also nur bedingt umsetzbar. Im oberen Bild sieht man ein “UND-Modul” welches im unteren Bereich grün ist. Hiermit habe ich eine Rückmeldung aus der übergeordneten SPS bzw. CNC umgesetzt. Hat ein Antrieb einen kritischen Fehler oder eine Störung, kann ich die Maschine sofort sicher anhalten und in einen gefahrlosen Zustand versetzen.

Update 16.02.18 – Vollständiger Einbau

In der letzten Woche habe ich nun alle Kontakterweiterungen für die Steuerung zusammen gehabt und direkt eingebaut und verdrahtet. Die Erweiterungen teilen sich wie folgt auf (v.l.n.r) Not-Halt unverzögert, Not-Halt verzögert, STO Ansteuerung und Ansteuerung Schutztüren.

Jetzt fehlt nur noch der Anschluss des Feldbus-Kabels und die vollständige Einrichtung. 

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