BiSS goes Safety-Open-Source: digital, bidirektional und sicher

Drehgeber mit Funktionaler Sicherheit

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Die Kommunikation zwischen Drehgeber und der Auswerteeinheit ist ein entscheidender Faktor für eine störungsfreie und zuverlässige Regelung von Maschinen und Anlagen. Dabei stellt sich immer wieder die Frage, welches das geeignete Interface für die jeweilige Applikation ist. Kübler gehört mit seinen Absolut-Drehgebern für die Antriebstechnik zu den Pionieren unter den Anwendern der bereits vor einiger Zeit vorgestellten Open-Source-Schnittstelle BiSS. Die Safety-Erweiterung erfüllt die DIN EN 61784-3:2010-02 sowie SIL3 folgend der IEC 61508.

In der Antriebstechnik gehören sicherheitsgerichtete Schnittstellen derzeit zu den Innovationen. Eine Tendenz, der Kübler mit neuen Drehgeberlösungen begegnet. Der Sensorikhersteller hat für seine Zielbranchen Antriebs- und Aufzugstechnik frühzeitig auf die digitale Spezialschnittstelle BiSS gesetzt, deren Eigenschaften sie als bidirektionales Motor-Feedback-System für Linear- und Rotationsachsen prädestiniert. Heute ist das Open-Source-Protokoll aus diesen Branchen nicht mehr wegzudenken. Mit der Protokoll-Erweiterung BiSS-Safety lassen sich Automatisierungssysteme realisieren, die allen Anforderungen an Funktionale Sicherheit entsprechen und eine nicht gekannte Flexibilität und Kosteneffizienz aufweisen.

Vom Pionier zur etablierten Schnittstelle
Kübler gehört mit seinen Absolut-Drehgebern für die Antriebstechnik zu den Pionieren unter den Anwendern der Open-Source-Schnittstelle BiSS. Das Protokoll überträgt Daten zu Position und Status in Echtzeit und damit schneller als Feldbus- oder Ethernet-Systeme. Innerhalb der Antriebs- und der Aufzugstechnik ermöglicht BiSS bei Drehgebern die für die Branchen entscheidenden Eigenschaften. Gerade die jüngste Erweiterung der Schnittstelle, BiSS Safety belegt dies eindrucksvoll. Die Safety-Drehgeber von Kübler bieten einem erheblichen Mehrwert angesichts der strengen Sicherheitsanforderungen vor allem mit der neue Schnittstelle BiSS Safety, die bis SIL3 zertifiziert ist und ohne Änderung der Systemarchitektur eingesetzt werden kann.
Innerhalb der Vielzahl an Lösungen und Systeme hat sich BiSS im innovativen Umfeld nicht zuletzt aufgrund seiner Anpassungsfähigkeit einen Namen gemacht. Flexibel reagiert die BiSS-Schnittstelle stets auf neue Herausforderungen, da das System vorausschauend entwickelt wurde. Dies gilt auch für den weiteren Innovationsschritt des Protokolls, BiSS Safety. BiSS Safety basiert zu 100 % auf BiSS-C. Der äußere Aufbau bleibt eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung wie bei BiSS-C. Geräteintern werden jedoch zwei unabhängige Sensoren bei der Erzeugung der Positionsdaten und der Absicherung der Übertragung verwendet. BiSS Safety nutzt den Black-Channel-Ansatz zur sicheren Übertragung. Dabei werden in einem Zyklus zwei unabhängige Positionsworte gemeinsam übertragen: die Positionsdaten für die Regelung (Control Position Word) und die Positionsdaten für die Sicherheitsüberwachung (Safety Position Word). Beide Sensoren nutzen innerhalb des Gerätes die BiSS-Busstruktur und erfassen zeitgleich die jeweilige Position. Die Sensoren können an einer gemeinsamen Codescheibe eine redundante oder auch eine diversifizierte Positionserfassung durchführen, zum Beispiel in Kombination aus optischer und magnetischer Technologie. Das Control Position Word (CPW) bietet eine hohe Auflösung für exakte Regelungsanwendungen und ist mit Statusinformationen und CRC-Polynom identisch mit dem Positionswort eines Standard-BiSS-Encoders.
BISS-Safety: typisch BiSS
Das Safety Position Word (SPW) liefert die Position für den Vergleich mit dem CPW und bietet zusätzlich zu den Standard-Statusinformationen einen Sign-Of-Life-Counter. Dieser Counter unterscheidet einen einmaligen Startzustand 0 und fortlaufende gezählte Zyklen 1 bis 63. Durch die standardisierte Länge von 6 Bit sind bei typischen Zykluszeiten Zeiträume im Millisekunden-Bereich eindeutig abgedeckt. Das CRC-Polynom im SPW mit 16 Bit erlaubt zusätzlich eine hohe Fehlererkennungsrate beziehungsweise Hamming-Distanz.
Vertauschungs- oder Wiederholungsfehler sind durch den unterschiedlichen Aufbau von CPW und SPW, kombiniert mit der seriell angeordneten BiSS-Hardware-Struktur, identifizierbar. Bei BiSS Safety werden zur Überprüfung der Übertragung die unabhängigen Positionswerte von CPW und SPW verglichen. Für den Hersteller von BiSS-Safety-Antriebsreglern bleibt die Infrastruktur für Datenübertragung und Identifikation erhalten. Die Kommunikation muss nach Sicherheitsgesichtspunkten im Antriebsregler umgesetzt und überwacht werden. Hierfür ist bereits vorhandene Hardware für BiSS Safety nutzbar. Der Safety Communication Layer von BiSS Safety wurde 2015 vom TÜV Rheinland überprüft und nach DIN EN 61784-3:2010-02 für sicherheitsrelevante Kommunika-tion bis einschließlich SIL3 folgend der IEC 61508:2010 bestätigt. ge


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