Phoenix Contact Mit Standardkomponenten SIL 3 und PL e erreichen

Bild 1: Mit der „Safe AI“-Station, die sich aus Standardbaugruppen zusammensetzt, lassen sich maximal sieben zweikanalige Analogwerte (4–20 mA) erfassen.
Bild 1: Mit der »Safe-AI«-Station, die sich aus Standardbaugruppen zusammensetzt, lassen sich maximal sieben zweikanalige Analogwerte (4–20 mA) erfassen.

Wenn eine funktional sichere Anwendung realisiert werden soll, kommen normalerweise entsprechende Safety-Komponenten zum Einsatz. Mit dem »Safe-AI«-System von Phoenix Contact lassen sich analoge Eingangssignale jetzt mit Standard-I/O-Baugruppen sicherheitsgerichtet verarbeiten.

Der Grundaufbau einer im Feld installierten „Safe AI“-Station besteht aus einem Profinet-Buskoppler sowie zwei analogen Eingangs- und einem analogen Ausgangsmodul. Obwohl es sich bei diesen Komponenten nicht um spezielle Safety-Baugruppen aus dem I/O-Portfolio des „Axioline“-Systems von Phoenix Contact handelt, erreichen sie bei einer bestimmten Verschaltung zum Safe-AI-System ein sehr hohes Sicherheitsniveau. Die vom TÜV Rheinland zertifizierte Lösung setzt Sicherheitsanforderungen bis SIL 3 respektive PL e um (Bild 1).

Zum Betrieb des Safe-AI-Systems ist neben den Standardbaugruppen des I/O-Systems Axioline eine Hochleistungssteuerung des Typs RFC 470S PN 3TX (Remote Field Controller) von Phoenix Contact erforderlich (Bild 2). Zunächst nehmen die Standard-I/O-Baugruppen pro Sicherheitsfunktion die 4-bis-20-mA-Signale mindestens eines zweikanaligen Sensors auf. Die Signale werden dann über Profinet an die Steuerung übertragen. Die eigentliche Verarbeitung der Analogsignale geschieht anschließend im sicheren Teil des RFC 470S PN 3TX. Ergänzend zum Sensorsignal verarbeitet dieser Teil der Steuerung ein redundantes Referenzsignal. Dazu steuert die SPS das Ausgangsmodul der Safe-AI-Station an. Der angesteuerte Ausgang ist direkt mit einem Eingangsmodul derselben Safe-AI-Station verbunden. Im Rahmen einer Referenzwertmessung wird das Eingangssignal nun vom RFC 470S PN 3TX ausgewertet.

Die Auswertung dient der Überprüfung der Signalqualität, die von speziellen, sicherheitsbezogenen Diagnose-Funktionsbausteinen im sicheren Teil der Hochleistungssteuerung kontrolliert wird. Das bedeutet also, dass die sicherheitsgerichtete Verarbeitung sowohl des analogen Sensorsignals als auch des redundanten Referenzsignals im sicherheitsgerichteten Teil der Hochleistungssteuerung erfolgt. Abbildung 3 stellt das Funktionsprinzip des Safe-AI-Systems dar (Bild 3).

Überprüfung
des gesamten Kommunikationswegs

Wenn beispielsweise eine zweikanalige physikalische Messgröße für eine Sicherheitsfunktion zu erfassen ist (Bild 4, Nr. 1), werden im ersten Schritt die zwei Kanäle des Sensors an die beiden unterschiedlichen Eingangsmodule angeschlossen (Bild 4, Nr. 2 und 3). Die Safe-AI-Station umfasst darüber hinaus ein Ausgangsmodul und einen Profinet-Buskoppler (Bild 4, Nr. 4). Der Buskoppler leitet die Analogwerte der Eingangsmodule an die Steuerung weiter (Bild 4, Nr. 7). Die SPS steuert dabei zwei Ausgänge des Ausgangsmoduls der Safe-AI-Station über Profinet an. Die Ausgänge sind ebenfalls mit jeweils einem analogen Eingang auf verschiedene Module verdrahtet (Bild 4, Nr. 5 und 6). Die Signale der analogen Eingänge werden an die Steuerung zurückgemeldet. Auf diese Weise lässt sich der gesamte Kommunikationsweg überprüfen und ein möglicher Übertragungsfehler diagnostizieren. Die Steuerung kann bei bestimmten Messwerten des eigentlichen Sensorsignals reagieren und zum Beispiel einen sicheren digitalen Ausgang setzen (Bild 4, Nr. 8).

Die in Abbildung 4 visualisierte Safe-AI-Station besteht aus einem analogen Ausgangs- und zwei analogen Eingangsmodulen. In diesem Aufbau kann die Station bis zu sieben zweikanalige Analogsignale sicherheitsgerichtet auswerten. Mit einer Steuerung vom Typ RFC 470S PN 3TX lassen sich maximal 15 Safe-AI-Stationen in einem Profinet-Netzwerk betreiben. In Summe macht das somit 105 sichere zweikanalige Analogsignale, die mit einer einzigen Steuerung verarbeitet werden können. Das ­Safe-AI-System bietet sich beispielsweise für Windenergieanlagen an, wenn die Sicherheitsbeurteilung eine sicherheitsgerichtete Erfassung der Windgeschwindigkeit bedingt. In diesem Fall liest die Lösung die Stromsignale des Anemometers ein und sendet sie an den sicheren Teil des RFC 470S PN 3TX.