Funktionale Sicherheit out of the Box

Schnelle Lösung aus der Blister-Verpackung

Der Entwicklungsaufwand für funktionale Sicherheit (FuSi), wie ihn die Maschinenrichtlinie fordert, ist sehr hoch und damit teuer. Mit einem zertifizierten System- FuSi-Baukasten rund um das Modul SIC10E bietet ISH einen preiswerteren und schnellen Weg für eine Vielzahl der sicheren Industrie-Anwendungen.
Bild: ISH Ingenieursozietät GmbH

Die Anforderungen an Safety, also funktionale Sicherheit – wie sie die EU-Maschinenrichtlinie zum Schutz für Mensch, Umwelt und Maschine fordert – betreffen nahezu alle Technik-Segmente von Elektrowerkzeugen über Landmaschinen bis zu komplexen Anlagen. Dabei wird heute ein Großteil der Lösungen mit elektronischen Komponenten realisiert, die durch permanente Überwachung und Diagnose von Sicherheitsfunktionen den Anforderungen der Norm entsprechen und im Fehlerfall für z.B. eine gezielte Abschaltung sorgen.

Gerade für kleine und mittelständische Unternehmen ist funktionale Sicherheit aber nur schwer rechtssicher umsetzbar, weil sie hohe Kompetenzen und zum Teil enorme Ressourcen erfordert – personell wie finanziell. Mit dem zertifizierten ISH-Safety-Baukasten eröffnet sich allerdings eine Möglichkeit, Produkte mit den geforderten Sicherheitsfunktionen dennoch schnell und preiswert auf den Markt zu bringen.

 Axel Helmerth ist Gründer und Geschäftsführer der ISH aus Kreuztal, die heute zur Neuron-Gruppe gehört. Im Safety-Baukasten von ISH sieht er viele Vorteile für Anwender bezüglich Kosten und Time-To-Market.
Axel Helmerth ist Gründer und Geschäftsführer der ISH aus Kreuztal, die heute zur Neuron-Gruppe gehört. Im Safety-Baukasten von ISH sieht er viele Vorteile für Anwender bezüglich Kosten und Time-To-Market. Bild: ISH Ingenieursozietät GmbH

Alternative zu langen Entwicklungen und hohen Kosten

Um alle aktuellen FuSi-Anforderungen umzusetzen, müssen Hersteller zusätzlich zur normalen Produktentwicklung auch einen beträchtlichen Aufwand bei der Entwicklung der Safety-Funktionen aufbringen. Wird das Endprodukt später millionenfach verkauft oder sind die FuSi-Zusatzkosten im Vergleich zum Verkaufspreis gering, ist das für die Hersteller umsetzbar. Aber was ist mit den vielen preissensiblen Systemen oder wenn es kleine Stückzahlen unmöglich machen, den Mehraufwand wirtschaftlich einzupreisen? Dies ist ein durchaus häufiges Szenario, geht doch der Trend in vielen Maschinenbau-Bereichen in Richtung Lösgröße 1.

„Insbesondere kleinere Unternehmen bekommen dabei ein Problem“, weiß ISH-Gründer Axel Helmerth, der sich schon seit vielen Jahren mit funktionaler Sicherheit beschäftigt. „Denn die hohen Entwicklungskosten und langen Entwicklungszeiten für die FuSi überfordern viele. Genau hier setzen wir mit unserem zertifizierten FuSi-Baukasten an, der eine kostengünstige Safety-Entwicklung möglich macht“, sagt Helmerth. Das Kernstück dieser zertifizierten Lösung ist das ISH Safety Integrated Core Modul 10E. „Der Fokus unseres neuen SIC-Plugin-Moduls 10E liegt klar auf einer Minimierung der Anforderungen für den Kunden, sodass die wesentlichen Dinge in der anzuschließenden Peripherie zu leisten sind“, erklärt Axel Helmerth. Die Zielgruppe ist der Anwender, der aufgrund von niedrigen Stückzahlen und Entwicklungskosten die Eigenentwicklung einer eigenen Safety-Logik scheut und außerdem das ‚Time to market‘ minimieren muss. „Der kann von unseren vorzertifizierten Lösungen profitieren“, so Helmerth.

Bis zu 90% der sicheren Anwendungen abgedeckt

Mit der ISH-Plattform gibt es ein praxisorientiertes System, das bei Einhaltung der vorgegebenen Prozesse viele Monate Entwicklungsarbeit und Kosten spart und einen deutlich reduzierten Zertifizierungsaufwand für das eigene Produkt bedeutet. Alle ISH-FuSi-Komponenten sind TÜV zertifiziert und haben damit die Qualität eines Compliant Items nach IEC61508, also eines Hardware-konformen Produktes. Dazu gehören neben den Integrationshandbüchern auch Anwendungsbeispiele und Beschreibungen des Workflows, um die Entwickler bereits bei den ersten Schritten effizient zu unterstützen.

Von der Überwachung der Eingangsspannung bis zur vollständigen Diagnose aller Anforderungen gemäß IEC61508, DIN EN61061 und DIN EN ISO13849 erfüllt das Modul alle Voraussetzungen für eine zweikanalige Architektur, bestehend aus zwei CPUs mit sicheren IO und sicherem Feldbus und ist damit geeignet für alle Anwendungen bis SIL3, Ple Kategorie 3 oder 4. Aufbauend auf dem Safety Integrated Core SIC als zentrale Plattform für eine zweikanalige Hard und Software mit allen Elementen zur Erfassung von sicheren Eingängen und das Schreiben von sicheren Ausgängen sind alle Prozeduren zum Testen, Filtern und Verknüpfen bis hin zum Erfassen und Testen von analogen Eingängen vorhanden.

Dies lässt sich durch eine selbst gestaltete Kundenapplikation, Einbindung der Test Library für die normativen Tests des Prozessors und des Speichers, die Kopplung verschiedener sicherer Feldbusse wie dem FSoE Stack von ISH und die Einbindung eines sicheren SPS-Laufzeitsystems des Schwesterunternehmens Logi.cals bis zur Sicherheitssteuerung erweitern.

Für die Anbindung der Peripherie liefert ISH Schaltungsvorschläge für eine einfache technische Umsetzung. „Und mittels des Integration-Guides erfährt der Anwender schnell, welche Anforderungen zum Erhalt des Sicherheitsprinzips zu erfüllen sind, um am Ende ein zertifizierbares Produkt zu erhalten“, fasst Axel Helmerth zusammen. „Gut 90 Prozent aller sicheren Anwendungen in der Automatisierungs- und Prozesstechnik sollten sich damit abdecken lassen.“

FuSi-Integration dauert nur knapp ein Jahr

Die Komponenten der ISH-Plattform erfüllen alle Anforderungen an ein Compliant Item gemäß IEC61508. Damit können Entwickler nahezu jede sicherheitsgerichtete Hard- und Software vom einfachen Sensor/Aktor über intelligente IO-Module bis zum feldbus-basierten Steuerungssystem, bestehend aus SPS und I/O-Modulen entwickeln. Die Plattform ist so konzipiert, dass sie skalierbar ist für wachsende Anforderungen.

Axel Helmerth: „Aktuell gibt es nach unserer Recherche auf dem Markt keine so umfangreiche Plattform zu vertretbaren Kosten. Erfahrungen aus realen Projekten zeigen, dass ein Produkt binnen 9 bis 12 Monaten nach Festlegung der Spezifikation und des Functional Safety Managements fertig zur TÜV-Begutachtung inklusive der entsprechenden Dokumentation bereitstehen kann und damit nach unserer Erfahrung mindestens 50% der Zeit und Kosten eingespart werden.“

Schlanke Logikprogrammierung

Das neue Laufzeitsystem QuickSafe Runtime der Schwesterfirma Logi.cals mit parametrierbaren Grenzwerten, einfachen boolschen Verknüpfungen sowie Stillstands- und Drehzahlüberwachung ermöglicht dem Anwender, das Modul mit geringem Aufwand an die eigene Safety-Applikation anzupassen. Die Programmierung erfolgt mit logi.CAD 3, das neben Feldbus-Konfigurator und Parametertool noch eine Oberfläche für die Programmierung der Logikfunktionen enthält.

Ist die FuSi-Elektronik entwickelt, kann per Hardware-Test ermittelt werden, ob Controller und Speicher den normativen Anforderungen entsprechen. Dazu hat ISH die Testlibrary Cora entwickelt, ein Werkzeug, mit dem sich große Teile des Hardware-Tests, der nach IEC61508 notwendig ist, realisieren lassen. Die durchzuführenden Tests betreffen u.a. die CPU, RAM, ROM und Block-CRC, ebenso wie Firmware- und Stack-Überwachung. Ein konfigurierbarer Testmanager ist ebenfalls integriert.

Fazit

Mit diesem vorzertifizierten Saftey-Baukasten wird Funktionale Sicherheit für viele Unternehmen realisierbar: Das Time to Market und die Entwicklungskoste werden deutlich reduziert. Außerdem spart man sich den mühsamen und aufwendigen Aufbau eigener FuSi-Expertise, weil ISH von der Beratung über Implementierung und Durchführung der notwendigen Tests bis zur Übernahme des kompletten Zertifizierungsprozesses volle Unterstützung bietet.

Axel Helmerth von ISH im Podcast „5 Minuten Automatisierung“

Axel Helmerth ist ausgewiesener Safety-Experte und erzählt im Podcast von den vielen Trends und Entwicklungen, die sich gegenwärtig in der Safety-Welt abspielen. Sozusagen im Schnelldurchgang erläutert er neue Möglichkeiten wie geberlose Safety-Antriebe, sicher überwachte Kinematiken, Betrieb von Safety- und Standard-Task auf einer CPU usw.

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