Schlüsselschalter mit IO-Link

Kleines Gerät, große Möglichkeiten

"Das ist der Schlüssel zur Maschine und damit zu erhöhter Qualität und mehr Sicherheit", betont Christian Schmidt, Projektmanager bei Benteler Maschinenbau in Bielefeld. Als Pilotkunde hat er die Möglichkeiten des neuen ID-Key mit IO-Link-Kommunikation aus dem Befehls- und Meldegeräte-Programm von Siemens voll ausgeschöpft. Sein Fazit: Von diesem modernen, flexibel nutzbaren und skalierbaren Schlüsselschalter-Konzept profitiert die Automatisierung mit Standardlösungen in ungeahnter Weise - nämlich bei der Berechtigungskontrolle für Bearbeitungszellen.
Bild: Benteler International AG

„Nach einer solch einfachen und effektiven Schlüsselschalter-Lösung haben wir lange gesucht“, betont Christian Schmidt, Projektmanager für Software-Entwicklung bei der Benteler Maschinenbau GmbH in Bielefeld, zugehörig zur Benteler Automobiltechnik. Bei dem global agierenden Konzern stehen Qualität und Produktionsleistung an oberster Stelle, was aus Sicht des Automatisierungsexperten bereits beim Schlüsselschalter beginnen kann. Christian Schmidt erklärt weshalb: „Im übertragenen Sinn ist der Schlüsselschalter mit IO-Link der Zugang zur Maschine; mit den Möglichkeiten des innovativen ID-Key von Siemens weiß die SPS-Steuerung, wer an der Maschine welche Arbeiten verrichten will und kann prüfen, ob er dazu autorisiert ist – eine Grundvoraussetzung für Qualität, Produktionsleistung sowie Sicherheit für den Bediener, der Sicherheitszonen betreten will.“

Hintergrund seiner Begeisterung für das RFID-Schlüsselsystem 3SU, dessen Firmware an die Kundenforderung angepasst wurde, ist: Die Berechtigung kann vom ID-Key ohne Zusatzprogrammierung über das Elektronikmodul gelesen werden. Dabei wird ein dünner Stift (ID-Key) in die Schlüsselschalter-Aufnahme geschoben, dessen Kennung erfasst und die entsprechende Freigabe an der Maschinensteuerung durchgeführt.

Unterschiedliche Farben des ID-Key (rot, grün, gelb, blau) haben unterschiedliche Freigabeszenarien hinterlegt. Die Farbcodierung kann ein Produktionswerk nutzen, um bestimmten Personenkreisen die Farben zuzuordnen (Gelb = Elektriker; Grün = Mechaniker; Blau = Roboterprogrammierer usw.); der tatsächliche Zugriffslevel für jeden ID-Key wird über die Software bestimmt. Diese Farben haben in der beschriebenen Anwendung bzw. Funktion jedoch keine Bedeutung, auch bei ihnen wird nur die UID gelesen. Das bedeutet: Jeder kann nur diejenigen Arbeitsschritte durchführen, für die er auch geschult und qualifiziert ist. Zusätzlich gibt es jedoch einen Master-Stick / ID-Key (weiß), der innerhalb des programmierten Freigabe-Levels die höchste Stufe darstellt. Durch diese einfache Kommunikation auf Maschinenebene in Verbindung mit der Identifikation (UID) der Schlüssel-ID lässt sich flexibel und individuell eine Vielzahl von Freigabe-Szenarien „parametrieren“.

Authentifizierung ohne Passwortvergabe

Bild: Benteler International AG

„Parametrieren“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass in einer Liste notiert ist, welcher ID-Key welche Berechtigungen besitzt. Die Programmierung einer solchen Liste inklusive der Eingabemaske wurde bei Benteler im Engineering-Framework TIA Portal einmalig durchgeführt und ist die Basis für die Parametrierung der „Zugriffslevel“ zu einer UID des ID-Key. Künftig werden durch entsprechende Eintragungen in dieser Liste direkt am Bedienpanel neue Schlüsselberechtigungen vergeben bzw. diese bei Schlüsselverlust sofort wieder entzogen – ähnlich einer Hausschließanlage mit elektronischen Schlüsseln. Christian Schmidt berichtet: „Auf diese Weise erreichen wir eine hundertprozentige Ablösung der sonst üblichen Passwortvergabe, die zudem noch einfach zu pflegen ist.“

Bild: Benteler International AG

Möglich wurde dieses intelligente Berechtigungskonzept, das bei Benteler in einem Pilotprojekt seinen hohen Nutzwert bestätigt hat, durch die IO-Link-Kommunikation. Für den Projektmanager eine wesentliche Voraussetzung, wie er betont: „Wir versuchen auf der Maschinenebene so viele Sensoren und Aktoren mit IO-Link-Kommunikation wie möglich einzusetzen; sie bilden das Grundgerüst für einen intelligenten Maschinenbetrieb.“ Deshalb setzt er die Befehls- und Meldegeräten von Siemens mit Bus-Kommunikation ein und sieht in ihnen eine gute Zukunft. Schließlich kommt die Digitalisierung in der Industrie mit großen Schritten voran, weshalb die Firma Benteler Maschinenbau solche Lösungen auch gerne einsetzen.

ID-Key als Garant für die notwendige Mitarbeiterqualifikation

Besonders bei „Just-in-time“-Werken müssen sämtliche Montage-, Transport- und Logistikprozesse einem besonderen Qualitätsniveau entsprechen. „Als Entwicklungsabteilung in der Sparte Plant-Engineering im Maschinenbau sind wir mit dafür verantwortlich, dass dort und natürlich auch in allen anderen Werken ein Maximum an technischer Unterstützung garantiert ist“, berichtet Projektmanager Schmidt. Insofern arbeitet er mit seinem Team konsequent an standardisierten Funktionslösungen mit einheitlichem und einfachem Aufbau, die neben der Eindeutigkeit ein schnelles Handeln im Servicefall ermöglichen. Durch die flexible Programmierung der ID-Keys kann die Berechtigung der Mitarbeiter an die Qualifikation und den Ausbildungsstand angepasst werden. Freigaben können an die tatsächliche Notwendigkeit angepasst werden.

Dabei ist der Konzeptaufbau recht übersichtlich und teilt sich in zwei generelle Ansätze: Die „Stand-alone“ Maschine oder die Maschinen, die in einer Verkettung mit einer übergeordneten Linien-Steuerung (L-SPS) stehen. Die Linien-Steuerung beinhaltet auch die Berechtigungsliste (Master-Liste), und nur dort kann diese auch modifiziert werden. Bei jeder Änderung erhalten die einzelnen Steuerungen die „aktualisierte“ Liste (Slave). Bisher haben sich knapp ein Dutzend unterschiedlicher Berechtigungen – möglich seien indes beliebig viele – herauskristallisiert. Christian Schmidt erklärt: „Damit können wir die Vielfalt der unterschiedlichen Aufgabenstellungen gut abbilden, und besitzen genügend Spielraum, um bei gewünschten Feinjustierungen individuell auf jede Anforderung sofort reagieren zu können.“

Bild: Benteler International AG

Der Schlüssel entscheidet, wer was erledigen darf

Bis zu hundert neuer Maschinen werden bei Benteler jährlich gebaut. Künftig soll jedes Bedienpult und jede Schutztür im Sicherheitskreis / in der Einhausung einen ID-Key mit IO-Link-Kommunikation von Siemens bekommen.

Während am Schlüsselschalter „hardwaremäßig“ durch Drehen am LED-beleuchteten Justierring bis zu vier unterschiedliche Betriebsarten gewählt werden können, ergibt sich in Verbindung mit IO-Link-Kommunikation wie beschrieben ein deutlicher erweiterter Funktionsumfang. Die Begrenzung auf eine Anzahl von Betriebsarten oder eine Anzahl von Zugriffslevel wird nicht mehr durch die verwendete Hardware festgelegt.

Wird nun der ID-Key in den Schlüsselschalter geschoben, erfolgt sofort die Autorisierung gemäß der Bedienlevel-Liste. In dieser Liste ist festgelegt, welche Autorisierungen dem ID-Key zugewiesen worden sind, und damit für welche Handlungen an der Maschine, dem HMI eine Freigabe / Berechtigung vorliegt. Dabei geht es z.B. um Handbetrieb, Automatikbetrieb, Sonderbetriebsarten, Quittieren und vieles weitere. Daran angelehnt kann er nur die für ihn autorisierten Bildschirmseiten aufrufen bzw. ist eingeschränkt in der Eingabe von Parametern der Maschine. „Auf diese Weise können wir sicherstellen, dass nur entsprechend geschultes Personal die jeweiligen Aufgaben erledigen; das gilt für die Produktion ebenso wie für die Instandhaltung oder auch unser Fachpersonal, das die Sicherheitsbereiche betreten muss, um entsprechende Reparaturen oder Korrekturen durchführen zu können“, ergänzt Christian Schmidt.

Große Vorteile für Sicherheitsfunktionen und -bereiche

Der ID-Key dient als Zugangslösung für nahezu alles, was man für die Autorisierung in Steuerungs- bzw. Prozessparametern, in der Visualisierung und auch in Sicherheitskreisen braucht. „Gerade die Sicherheitskreis-Thematik wird mit dem ID-Key nachhaltig unterstützt“, weiß der Projektmanager. Während die Sicherheitstechnik zwar wie gewohnt vollkommen eigenständig (gemäß des Normenwerks) programmiert wird (im F-Anteil der Maschinensteuerung) und autark läuft, können über den Schlüsselschalter praktische Funktionalitäten (Anmeldungen, Quittierungen oder Restart-Signale) ohne großen Aufwand ergänzt werden. Ein Beispiel ist das Quittieren eines Not-Stopps, nachdem eine Sicherheitskomponente die Zelle bzw. die Linie gestoppt hat. Zum Wiederanlauf bedarf es eines Mitarbeiters, der den dafür notwendigen Berechtigungs-Level besitzt – ähnlich wie man es bei Kassensystemen im Einzelhandel kennt, wo für bestimmte Stornierungsoperationen der Schlüssel des Filialleiters gebraucht wird.

Eine weitere Zusatzfunktion, die die vorhandene Sicherheitstechnik noch praktikabler im Alltag macht, ist der Umgang mit den Befehlsgeräten an Schutztüren (Zugängen zum Sicherheitskreis). So sind bei Benteler Maschinenbau die Schutztüren mit einer magnetischen Zuhaltung ausgerüstet. Dies dient in der Regel dem vereinfachten Restart nach Betreten der Schutzbereiche. Tritt in der Linie bzw. Zelle eine Störung auf, kann nur ein Mitarbeiter mit der entsprechenden Berechtigung die Zuhaltung deaktivieren. Das hat allerdings keinen Einfluss auf die Funktion der Sicherheitstechnik. „Berechtigt ist, wer die für diesen Produktionsabschnitt entsprechende Schulung und damit Qualifikation besitzt“, betont Christian Schmidt.

Ein ebenso interessantes Praxisbeispiel für den hohen Nutzwert des Siemens Schlüsselschalters mit IO-Link-Kommunikation ist das häufig genutzte Log-out / Tag-out-Prinzip. An jeder Schutztür mit magnetischer Zuhaltung befindet sich eine Bedieneinheit mit Not-Halt und Tasten für die Funktionen Betreten, Verlassen und Restart. Zusätzlich ist ein ID-Schlüsselschalter mit Elektronik-Modul IO-Link von Siemens ergänzt. Jeder, der die Sicherheitszone betreten will, muss sich mit seinem ID-Key autorisieren und wird in eine temporäre „Zugangsliste“ eingetragen. Beim Verlassen des Sicherheitsbereichs wird die Person aus der Liste ausgetragen. Erst wenn am Ende einer Störung die temporäre Zugangsliste wieder komplett leer ist, kann ein autorisierter Mitarbeiter den (dann blinkenden) Restart-Knopf an der Schutztüren drücken und damit das Verlassen des Sicherheitsbereichs quittieren und die Maschine wieder starten, so dass der Prozess weiterläuft. „Ein solches virtuelles Log-out / Tag-out-Prinzip ist vor allem auch bei Kurzzeitstörungen eine besonders effiziente Angelegenheit und hat erhebliche Vorteile gegenüber der sonst üblichen Lösung mit Bügel-Schlössern“, freut sich Christian Schmidt.

Moderne Schlüsselschalter-Lösung für mehr Qualität und Sicherheit

Für Christian Schmidt ist klar: „Vieles von dem, was heute aufwändig über Passworteingabe durchgeführt wird, kann in einer volldigitalen Industrie 4.0 Welt mit dem praktischen ID-Key von Siemens erledigt werden.“

Dazu zählt einerseits die ordnungsgemäße Maschinen- bzw. Anlagenbedienung innerhalb der Automatisierung ebenso wie der möglichst sichere Umgang mit sicherheitstechnischen Einrichtungen. Beide Bereiche erfordern ein hohes Maß an Qualifikation, um so die Grundlage für funktionierende Prozesse und nachhaltige Qualität zu schaffen. „Und gerade in der Automobilzulieferindustrie sind die Qualitätsansprüche extrem hoch“, betont der Projektmanager. Insofern freut er sich über den neuen ID-Key Sirius Act mit IO-Link-Kommunikation von Siemens als „ein kleines Device mit großen Einsatzmöglichkeiten“. Durch die einfache, flexible Handhabung des RFID-Keys, können steigende Qualitätsansprüche der Automobilindustrie realisiert werden.

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