Applikationen & Tools. Dezentraler Einsatz eines Sicherheits- Laserscanners an einer SIMATIC F-CPU, mit Überwachungsfallumschaltung über F-CPU

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1 Deckblatt Dezentraler Einsatz eines Sicherheits- Laserscanners an einer SIMATIC F-CPU, mit Überwachungsfallumschaltung über F-CPU SIMATIC Safety Integrated for Factory Automation Applikationsbeschreibung März 2012 Applikationen & Tools Answers for industry.

2 Siemens Industry Online Support Dieser Beitrag stammt aus dem Siemens Industry Online Support. Durch den folgenden Link gelangen Sie direkt zur Downloadseite dieses Dokuments: Vorsicht Die in diesem Beitrag beschriebenen Funktionen und Lösungen beschränken sich überwiegend auf die Realisierung der Automatisierungsaufgabe. Bitte beachten Sie darüber hinaus, dass bei Vernetzung Ihrer Anlage mit anderen Anlagenteilen, dem Unternehmensnetz oder dem Internet entsprechende Schutzmaßnahmen im Rahmen von Industrial Security zu ergreifen sind. Weitere Informationen dazu finden Sie unter der Beitrags-ID Bei Fragen zu diesem Beitrag wenden Sie sich bitte über folgende -Adresse an uns: Nutzen Sie auch aktiv unser technisches Forum aus dem Siemens Industry Online Support zu diesem Thema. Bringen Sie Fragen, Anregungen oder Probleme mit ein und diskutieren Sie diese zusammen mit unserer starken Forengemeinde: 2 V1.0, Beitrags-ID:

3 s Aufgabe 1 Lösung 2 Grundlagen SICK S3000 PROFINET IO 3 SIMATIC Sicherheits-Laserscanner mit Überwachungsfallumschaltung über F-CPU Funktionsmechanismen 4 Konfiguration SIMATIC Komponenten 5 Konfiguration SICK Laserscanner 6 Installation und Inbetriebnahme 7 Bedienung des Applikationsbeispiels 8 Bewertung nach IEC und ISO Sicherheitsfunktion 10 Glossar 11 Literaturhinweise 12 Historie 13 V1.0, Beitrags-ID:

4 Gewährleistung und Haftung Gewährleistung und Haftung Hinweis Die Applikationsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Applikationsbeispiele stellen keine kundenspezifischen Lösungen dar, sondern sollen lediglich Hilfestellung bieten bei typischen Aufgabenstellungen. Sie sind für den sachgemäßen Betrieb der beschriebenen Produkte selbst verantwortlich. Diese Applikationsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Applikationsbeispiele erkennen Sie an, dass wir über die beschriebene Haftungsregelung hinaus nicht für etwaige Schäden haftbar gemacht werden können. Wir behalten uns das Recht vor, Änderungen an diesen Applikationsbeispielen jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Applikationsbeispiel und anderen Siemens Publikationen, wie z.b. Katalogen, hat der Inhalt der anderen Dokumentation Vorrang. Für die in diesem Dokument enthaltenen Informationen übernehmen wir keine Gewähr. Unsere Haftung, gleich aus welchem Rechtsgrund, für durch die Verwendung der in diesem Applikationsbeispiel beschriebenen Beispiele, Hinweise, Programme, Projektierungs- und Leistungsdaten usw. verursachte Schäden ist ausgeschlossen, soweit nicht z.b. nach dem Produkthaftungsgesetz in Fällen des Vorsatzes, der groben Fahrlässigkeit, wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit, wegen einer Übernahme der Garantie für die Beschaffenheit einer Sache, wegen des arglistigen Verschweigens eines Mangels oder wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten zwingend gehaftet wird. Der Schadensersatz wegen Verletzung wesentlicher Vertragspflichten ist jedoch auf den vertragstypischen, vorhersehbaren Schaden begrenzt, soweit nicht Vorsatz oder grobe Fahrlässigkeit vorliegt oder wegen der Verletzung des Lebens, des Körpers oder der Gesundheit zwingend gehaftet wird. Eine Änderung der Beweislast zu Ihrem Nachteil ist hiermit nicht verbunden. Weitergabe oder Vervielfältigung dieser Applikationsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von Siemens Industry Sector zugestanden. 4 V1.0, Beitrags-ID:

5 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung Aufgabe Ausgangspunkt Aufgabe Lösung Übersicht Kern-Komponenten Kern-Funktionalität Verwendete Hard- und Software-Komponenten Hardware-Komponenten Software-Komponenten Downloads zum Applikationsbeispiel Vorteile Vorausgesetzte Kenntnisse Grundlagen SICK S3000 PROFINET IO Anwendungsbereich Funktionsweise Feldsatz und Überwachungsfall Kommunikation über PROFINET Funktionsmechanismen Funktionalität des Applikationsbeispiels Übersicht Einschalten Maschine Ausschalten Maschine Zeitliche Zusammenhänge Umschaltung Überwachungsfall Wiedereingliederung F-Peripherie Beschreibung Code (STEP 7 Projekt) Struktur Anwenderprogramm Funktionsschaltbild Programmbaustein: Start_Stop_Machine Programmbaustein: On_Off_Machine Zusammenspiel Start_Stop_Machine / On_Off_Machine Programmbaustein: Safety Programmbaustein: Monitoring_Case_Switching Programmbaustein: Reintegration Konfiguration SIMATIC Komponenten Vorbemerkung Voraussetzungen Gerätekonfiguration PROFINET Netzwerk PLC_ S F-CPU F-DI F-DO Safety Administration Konfiguration SICK Laserscanner Vorbemerkung Voraussetzungen V1.0, Beitrags-ID:

6 Inhaltsverzeichnis 6.3 PROFIsafe-Adresse Eingänge Feldsätze Überwachungsfälle Wiederanlauf Installation und Inbetriebnahme Übersicht Schritte Downloads auf PG/PC laden Code für F-CPU Konfigurationsdatei für Laserscanner Hardware installieren Montage Übersicht Aufbau Verdrahtung DI Verdrahtung F-DI Verdrahtung F-DO Ausgangszustand für F-CPU herstellen Ausgangszustand für Laserscanner herstellen Code in F-CPU laden IP-Adresse und Gerätename für Laserscanner Konfigurationsdatei in Laserscanner laden Bedienung des Applikationsbeispiels Ausgangszustand des Aufbaus herstellen Bedienung Überwachungsfall Überwachungsfall 2 einstellen Bedienung Überwachungsfall Fehler bei Umschaltung Überwachungsfall Beobachtungs- und Forcetabelle PLC-Variablen Anzeigen am Laserscanner Bewertung nach IEC und ISO Informationen zu den Normen Sicherheitsfunktion Sicherheitsfunktion Abbildung der Sicherheitsfunktion Bewertung von Erfassen Bewertung nach IEC Bewertung nach ISO Bewertung von Auswerten Bewertung nach IEC Bewertung nach ISO Bewertung von Reagieren Glossar Literaturhinweise Historie V1.0, Beitrags-ID:

7 1 Aufgabe 1 Aufgabe 1.1 Ausgangspunkt Eine Montagezelle mit einem Roboter hat zwei Arbeitsplätze (Platz 1 und Platz 2), die für einen Bediener abwechselnd frei zugänglich sind: Fall 1: Während am Platz 1 der Roboter arbeitet, kann am Platz 2 vom Bediener beladen oder entladen werden. Fall 2: Während am Platz 2 der Roboter arbeitet, kann am Platz 1 vom Bediener beladen oder entladen werden Während des Betriebs verändert sich durch Bewegung des Roboters die Situation: Der Gefahrbereich wird zum Arbeitsbereich und umgekehrt. Die folgende Abbildung zeigt schematisch die beiden Fälle in der Montagezelle (Betrachtung von oben). Abbildung Aufgabe Zur Überwachung dieser Montagezelle soll ein SICK Sicherheits-Laserscanner zusammen mit einer fehlersicheren SIMATIC S7-CPU (F-CPU) eingesetzt werden. Abbildung 1-2 V1.0, Beitrags-ID:

8 2 Lösung 2 Lösung 2.1 Übersicht Kern-Komponenten Ein SICK Sicherheits-Laserscanner wird über PROFINET an einer fehlersicheren SIMATIC Steuerung betrieben. Das folgende Bild zeigt schematisch die wichtigsten Komponenten des Applikationsbeispiels: F-CPU (IO-Controller) mit zentraler Peripherie (DI, F-DI, F-DO) Sicherheits-Laserscanner (IO-Device), dezentral über PROFINET angeschlossen Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

9 2 Lösung Kern-Funktionalität Folgende Funktionen sind im Applikationsbeispiel realisiert: Schalten einer Maschine (*1) Überwachung von wechselnden Gefahrbereichen: Ausschalten der Maschine, wenn das aktive Schutzfeld verletzt wird Umschaltung zwischen zwei Überwachungsfällen (*2) Wiedereingliederung passivierter F-Peripherie (*3) Im Sicherheits-Laserscanner sind zwei Feldsätze für die beiden Überwachungsfälle konfiguriert: Feldsatz 1: Schutzfeld 1 (SF1) und Warnfeld 1 (WF1) Feldsatz 2: Schutzfeld 2 (SF2) und Warnfeld 2 (WF2) Zu (*1): Die Maschine wird mit einen Leuchtmelder simuliert. Zu (*2): Das Applikationsbeispiel ist für vier Überwachungsfälle vorbereitet. Zu (*3): F-DI, F-DO, Sicherheits-Laserscanner V1.0, Beitrags-ID:

10 2 Lösung 2.2 Verwendete Hard- und Software-Komponenten Das Applikationsbeispiel wurde mit den nachfolgenden Komponenten erstellt Hardware-Komponenten Hersteller Siemens Tabelle 2-1 Komponente Typ Anzahl Bestellnummer Profilschiene Länge 585 mm 1 6ES7390-1AF85-0AA0 Stromversorgung PS307 24V/5A 1 6ES7307-1EA01-0AA0 fehlersichere S7-CPU CPU 315F-2PN/DP 1 6ES7315-2FJ14-0AB0 SIMATIC Micro Memory Card 2 MByte 1 6ES7953-8LL20-0AA0 Digitaleingabe (DI) SM 321; DI 16 x DC 24V 1 6ES7321-1BH02-0AA0 fehlersichere Digitaleingabe (F-DI) SM 326; DI 24 x DC 24V 1 6ES7326-1BK02-0AB0 fehlersichere Digitalausgabe (F-DO) SM 326; DO 8 x DC 24V/2A PM 1 6ES7326-2BF41-0AB0 Frontstecker für DI 20 polig 1 6ES7392-1BJ00-0AA0 Frontstecker für F-DI, F-DO 40 polig 2 6ES7392-1BM00-0AA0 Sensor für SIRIUS mechanische Positionsschalter / 2 3SE5 / 3SF1 Überwachungsfall 1, 2 (NC) Sicherheitspositionsschalter Taster für Start, Quittierung (NO) SIRIUS Drucktaster, Leuchtmelder 2 3SB2, 3SB3, 3SF5 Taster für Stopp (NC) SIRIUS Drucktaster, Leuchtmelder 1 3SB2, 3SB3, 3SF5 Leuchtmelder SIRIUS Drucktaster, Leuchtmelder 1 3SB2, 3SB3, 3SF5 Hersteller SICK Tabelle 2-2 Sicherheits-Laserscanner SICK S3000 PROFINET IO Komponente Typ Anzahl Artikelnummer Versorgungsstecker mit Leitung für S3000 PROFINET IO Verbindungsleitung zur Verbindung des Konfigurationsanschlusses mit der seriellen Schnittstelle des PCs Typ: S3000-M Advanced Geräte-Typ: S30A-6111CP Geräte-Typ: Sx1A-B0201L V1.0, Beitrags-ID:

11 2 Lösung Software-Komponenten Hersteller Siemens Tabelle 2-3 Komponente Typ Bestellnummer Hinweis STEP 7 Professional V11 SP1, Update 2 6ES7822-1A STEP 7 Safety Advanced V ES7833-1FA11-0YA5 --- Hersteller SICK Tabelle 2-4 Komponente Typ Bestellnummer Hinweis Configuration & Diagnostic Software (CDS) CDS V wird mit dem Laserscanner geliefert, alternativ Download unter /1/ Downloads zum Applikationsbeispiel Die Tabelle enthält alle Downloads des Applikationsbeispiels (/2/). Tabelle 2-5 Download Dateiname Inhalt Dokumentation _LASER_DOKU_V10_de.pdf Beschreibung zum Applikationsbeispiel Code _LASER_CODE_V10.zip STEP 7-Projekt Konfigurationsdatei _LASER_CONF_V10.zip Konfiguration für SICK Sicherheits-Laserscanner V1.0, Beitrags-ID:

12 2 Lösung 2.3 Vorteile SIMATIC Safety Integrated for Factory Automation In der SIMATIC können Standardanwendungen und sicherheitsgerichtete Anwendungen mit einem einzigen System (Hardware und Software) realisiert werden: Dies hat folgende Vorteile: Eine Steuerung für beide Anwendungen Einheitliches Engineering für beide Anwendungen Ein Bussystem für die Kommunikation bei beiden Anwendungen Durchgängige, zentral zugängliche Diagnose für beide Anwendungen Einfache Anbindung des Sicherheitsprogramms an das Standard- Anwenderprogramm Laserscanner SICK S3000 PROFINET IO (/1/) Mit dem Laserscanner können Gefahrbereiche flexibel abgesichert werden: Ideale wirtschaftliche und maßgeschneiderte Lösung zur direkten Integration in Bussysteme Kommuniziert alle I/O-Signale direkt mit Netzwerk bzw. übergeordneter Steuerung (inkl. direkte Diagnose) Bis zu 8 Schutz-/Warnfelder 3 Reichweitenvarianten mit jeweils 4 oder 8 Schutzfeldern Aufschlussreiche azyklische Diagnosemeldungen Einfaches Prozessabbild Zukunftsgerichtet und erweiterbar Exemplarische Anwendungsfelder: Absicherung von Maschinen, auch mit wechselnden Schutzbereichen Entry/Exit-Systeme Bereichsabsicherung in Roboterzellen und Fertigungssystemen 2.4 Vorausgesetzte Kenntnisse Das Applikationsbeispiel zeigt das Prinzip, wie ein Laserscanner an einer F-CPU betrieben werden kann. Es wird nicht auf Details eingegangen. Deswegen werden grundlegende Kenntnisse über folgende Themen vorausgesetzt: Software für SIMATIC Controller: STEP 7 V11 (/22/) STEP 7 Safety Advanced V11 (/9/) Modulare Controller SIMATIC S7: S7-300 (/3/, /16/) Industrielle Kommunikation: PROFINET (/20/) Sicherheits-Laserscanner: SICK S3000 PROFINET IO (/1/) 12 V1.0, Beitrags-ID:

13 3 Grundlagen SICK S3000 PROFINET IO 3 Grundlagen SICK S3000 PROFINET IO Der Schwerpunkt des Applikationsbeispiels liegt beim Einsatz eines Sicherheits- Laserscanners bei SIMATIC Safety Integrated for Factory Automation. Verwendet wird exemplarisch ein Sicherheits-Laserscanner der Firma SICK. Im vorliegenden Kapitel werden Grundlagen zum Sicherheits-Laserscanner SICK S3000 PROFINET IO vermittelt (/1/). 3.1 Anwendungsbereich Der Sicherheits-Laserscanner S3000 PROFINET IO dient dem Personen- und Anlagenschutz. Mit dem Laserscanner können Gefahrbereiche an Maschinen oder Fahrzeugen überwacht werden. Beispiele für Anwendungsfälle: Absicherung von Maschinen, auch mit wechselnden Gefahrbereichen Bereichsabsicherung in Roboterzellen und Fertigungssystemen 3.2 Funktionsweise Der S3000 ist ein optischer Sensor, der seine Umgebung mit infraroten Laserstrahlen zweidimensional abtastet. Der S3000 arbeitet nach dem Prinzip der Lichtlaufzeitmessung. Die folgende Abbildung zeigt das Funktionsprinzip. Abbildung 3-1 Der S3000 sendet sehr kurze Lichtimpulse aus (S). Gleichzeitig läuft eine elektronische Stoppuhr mit. Trifft das Licht auf ein Objekt, so wird es reflektiert und vom Sicherheits-Laserscanner empfangen (E). Aus der Zeitspanne zwischen Sendeund Empfangszeitpunkt (Δt) errechnet der S3000 seine Entfernung zum Objekt. V1.0, Beitrags-ID:

14 3 Grundlagen SICK S3000 PROFINET IO Im S3000 befindet sich außerdem ein gleichmäßig rotierender Spiegel, der die Lichtimpulse ablenkt, so dass sie einen Kreisausschnitt von 190 überstreichen (Abbildung 3-2). Durch Bestimmung des Drehwinkels des Spiegels erkennt der S3000, in welcher Richtung sich das Objekt befindet. Aus der gemessenen Entfernung und der Richtung zum Objekt bestimmt der Sicherheits-Laserscanner die genaue Position des Objektes. Abbildung Feldsatz und Überwachungsfall Schutzfeld und Warnfeld Das Schutzfeld (Abbildung 3-3, (1)) sichert den Gefahrbereich einer Maschine oder eines Fahrzeugs ab. Sobald der Sicherheits-Laserscanner ein Objekt im Schutzfeld wahrnimmt, schaltet der S3000 den Signalausgang OSSD (*1) in den Aus-Zustand ( 0 -Signal) und veranlasst somit die Abschaltung der Maschine oder den Stopp des Fahrzeugs. Das Warnfeld (Abbildung 3-3, ((2)) kann so definiert werden, dass der Sicherheits- Laserscanner ein Objekt schon vor dem eigentlichen Gefahrbereich erkennt und zum Beispiel ein Warnsignal auslöst. Abbildung 3-3 Zu (*1): OSSD (Output signal switching device): Signalausgang der Schutzeinrichtung, der zur Abschaltung der Gefahr bringenden Bewegung verwendet wird 14 V1.0, Beitrags-ID:

15 3 Grundlagen SICK S3000 PROFINET IO Feldsatz Schutz- und Warnfeld bilden ein Paar, den sogenannten Feldsatz. Mit Hilfe der Configuration & Diagnostic Software (CDS, /8/) werden diese Feldsätze konfiguriert und an den S3000 übertragen. Bis zu acht Feldsätze können definiert und im S3000 PROFINET IO gespeichert werden. Überwachungsfall Mit den Sicherheits-Laserscanner S3000 kann man verschiedene Überwachungsfälle definieren, um die Schutz- und Warnfelder auf die Situation an der Maschine abzustimmen. Damit können wechselnde Gefahrbereiche situationsbezogen überwacht werden, zum Beispiel in den unterschiedlichen Produktionsphasen einer Maschine. Einem Überwachungsfall x wird bei der Konfigurierung mit der Configuration & Diagnostic Software (CDS, /8/) ein Feldsatz y (Schutzfeld y, Warnfeld y) zugeordnet. Beispiel Die Abbildung 3-4 zeigt ein Beispiel für die Gefahrbereichsabsicherung mit zwei zu überwachenden Bereichen. In der dort gezeigten Roboterzelle sind zwei Überwachungsfälle definiert: Überwachungsfall 1: Warnfeld 1 (WF1) und Schutzfeld 1 (SF1) Überwachungsfall 2: Warnfeld 2 (WF2) und Schutzfeld 2 (SF2) Je nachdem, wo der Roboter sich in der Roboterzelle befindet, ist der entsprechende Überwachungsfall aktiv: Roboter befindet sich links: Überwachungsfall 2 ist aktiv Roboter befindet sich rechts: Überwachungsfall 1 ist aktiv Abbildung 3-4 In der Abbildung befindet sich der Roboter rechts in der Roboterzelle, d. h. Überwachungsfall 1 ist aktiv. Dies bedeutet: Bei Eindringen des Bedieners in Schutzfeld 1 stoppt der Roboter. Schutzfeld 2 und Warnfeld 2 dürfen vom Bediener betreten werden. V1.0, Beitrags-ID:

16 3 Grundlagen SICK S3000 PROFINET IO 3.4 Kommunikation über PROFINET Der S3000 PROFINET IO wird als IO-Device am PROFINET betrieben. Alle Eingangssignale und Ausgangssignale des Laser-Scanners werden über die PROFINET Schnittstelle mit dem IO-Controller ausgetauscht. Sichere Kommunikation Sicherheitsgerichtete Komponenten und Standard-Komponenten können gemeinsam am PROFINET betrieben werden. Dies wird ermöglicht durch PROFIsafe, einer Erweiterung von PROFINET. PROFIsafe definiert, wie sicherheitsgerichtete IO-Devices (z.b. SICK Sicherheits- Laserscanner) über ein Netzwerk mit sicherheitsgerichteten IO-Controllern (z.b. SIMATIC F-CPU) sicher kommunizieren. Prozessabbild der SIMATIC F-CPU Über das Prozessabbild tauschen F-CPU und Sicherheits-Laserscanner zyklisch Signale aus. Abbildung 3-5 Beispiele für Eingangssignale des Laserscanners (Ausgänge der F-CPU): Nummer das Überwachungsfalles Rücksetzen Schutzfeld Initialisieren Beispiele für Ausgangssignale des Laserscanners (Eingänge der F-CPU) Schutzfeld frei Warnfeld frei Verschmutzung 16 V1.0, Beitrags-ID:

17 4 Funktionsmechanismen 4 Funktionsmechanismen 4.1 Funktionalität des Applikationsbeispiels Übersicht Folgende Funktionen sind im Applikationsbeispiel realisiert: Schalten einer Maschine (*1) Überwachung von wechselnden Gefahrbereichen: Ausschalten der Maschine, wenn das aktive Schutzfeld verletzt wird Umschaltung zwischen zwei Überwachungsfällen (*2) Wiedereingliederung passivierter F-Peripherie (*3) Im Sicherheits-Laserscanner sind zwei Feldsätze für die beiden Überwachungsfälle konfiguriert: Feldsatz 1: Schutzfeld 1 (SF1) und Warnfeld 1 (WF1) Feldsatz 2: Schutzfeld 2 (SF2) und Warnfeld 2 (WF2) Zu (*1): Die Maschine wird mit einen Leuchtmelder simuliert. Zu (*2): Das Applikationsbeispiel ist für vier Überwachungsfälle vorbereitet. Zu (*3): F-DI, F-DO, Sicherheits-Laserscanner Einschalten Maschine Das Einschalten der Maschine hängt davon ab, wie die Maschine zuvor ausgeschaltet wurde. Folgende Ereignisse führen zum Ausschalten der Maschine: Stopp-Taster Fehler: Verletzung Schutzfeld Passivierung (F-DI, F-DO, Laserscanner) Fehler bei Umschaltung Überwachungsfall Einschalten nach: Stopp-Taster Die Maschine wird nur dann wieder eingeschaltet, wenn (UND): Start-Taster betätigt Es liegt kein Fehler vor Siehe Abbildung 4-1. V1.0, Beitrags-ID:

18 4 Funktionsmechanismen Einschalten nach: Verletzung Schutzfeld Die Maschine wird nur dann wieder eingeschaltet, wenn (UND): Schutzfeld nicht verletzt Quittier-Taster betätigt, anschließend Start-Taster betätigt Es liegt kein Fehler vor Abbildung 4-1 Einschalten nach: Passivierung F-DO Die Maschine wird nur dann wieder eingeschaltet, wenn (UND): Fehler der F-DO beseitigt Positive Flanke am Merker "Ack_Passivation" Es liegt kein Fehler vor Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

19 4 Funktionsmechanismen Einschalten nach: Passivierung F-DI oder Laserscanner, Fehler bei Umschaltung Überwachungsfall Die Maschine wird nur dann wieder eingeschaltet, wenn (UND): Netz Aus, anschließend Netz Ein Quittier-Taster betätigt, anschließend Start-Taster betätigt Es liegt kein Fehler vor Abbildung Ausschalten Maschine Die Maschine wird ausgeschaltet, wenn (ODER): Stopp-Taster betätigt Fehler (*1) ist aufgetreten Zu (*1): Folgende Fehler können auftreten: Verletzung des Schutzfeld Passivierung (F-DI, F-DO, Laserscanner) Fehler bei Umschaltung Überwachungsfall V1.0, Beitrags-ID:

20 4 Funktionsmechanismen Zeitliche Zusammenhänge Das folgende Bild zeigt die zeitlichen Zusammenhänge: Einschalten und Ausschalten der Maschine über Taster Ausschalten wegen Verletzung des aktiven Schutzfeldes Einschalten, wenn aktives Schutzfeld wieder frei ist und Quittierung erfolgt ist. Erläuterung der in Abbildung 4-4 dargestellten Signale: Tabelle 4-1 Signal Hardware Erläuterungen START Start-Taster Positive Flanke: Maschine einschalten STOP Stopp-Taster "0"-Signal: Maschine ausschalten ACK Quittier-Taster Positive Flanke: Quittierung OSSD Laserscanner "0"-Signal: Verletzung Schutzfeld ACTUATOR Maschine (Leuchtmelder) --- Zeitlicher Verlauf der Signale: Abbildung 4-4 Erläuterung der oben eingetragenen Zeitpunkte tx: Tabelle 4-2 Zeit Erläuterungen t1 Einschalten Maschine t2 Ausschalten Maschine t3 Einschalten Maschine t4 Verletzung des aktiven Schutzfeldes: Ausschalten Maschine t5 Das Schutzfeld ist wieder frei t6 Einschalten der Maschine ist nicht möglich, wegen fehlender Quittierung t7 Quittierung t8 Einschalten der Maschine 20 V1.0, Beitrags-ID:

21 4 Funktionsmechanismen Umschaltung Überwachungsfall Überwachungsfälle Im Applikationsbeispiel sind zwei Überwachungsfälle realisiert. Die Auswahl der Überwachungsfälle erfolgt mit zwei Sensoren (z.b. Positionsschalter): Sensor 1 hat 0, Sensor 2 hat 1 : Überwachungsfall 1 ist ausgewählt Sensor 1 hat 1, Sensor 2 hat 0 : Überwachungsfall 2 ist ausgewählt Hinweis: Das Applikationsbeispiel kann auf vier Überwachungsfälle erweitert werden. Dazu wurden im Code Vorbereitungen getroffen. Für eine Erweiterung ist im Wesentlichen folgendes zu tun: Anschluss zusätzlicher Sensoren zur Umschaltung (Anschluss an F-DI) Konfiguration zusätzlicher Überwachungsfälle und Feldsätze (mit CDS /8/) Überwachung der Umschaltung Umschalten von Überwachungsfall 1 nach Überwachungsfall 2 bedeutet: Sensor 1 wechselt von 0 auf 1 Innerhalb der Umschaltzeit wechselt Sensor 2 von 1 auf 0 Die Zeit (Umschaltzeit), die maximal zulässig ist, um zwischen zwei Überwachungsfällen umzuschalten, wird von der F-CPU überwacht. Die zulässige Umschaltzeit hängt von der konkreten Applikation ab. Deswegen ist die Umschaltzeit im Applikationsbeispiel parametrierbar. Abbildung 4-5 verdeutlicht die Zusammenhänge für vier Sensoren und einer Umschaltung von Überwachungsfall 1 nach Überwachungsfall 2. Abbildung 4-5 V1.0, Beitrags-ID:

22 4 Funktionsmechanismen Wiedereingliederung F-Peripherie Tritt ein Fehler in einer Komponente der F-Peripherie auf, führt dies zur Passivierung dieser Komponente. Nach Fehlerbeseitigung muss die passivierte Komponente wiedereingegliedert werden. Im Applikationsbeispiel ist die Wiedereingliederung unterschiedlich realisiert: F-DI und Laserscanner: Wiedereingliederung ohne Eingriff des Bedieners F-DO: Wiedereingliederung mit Eingriff des Bedieners (Erzeugen einer positiven Flanke am Merker Ack_Passivation) 22 V1.0, Beitrags-ID:

23 4 Funktionsmechanismen 4.2 Beschreibung Code (STEP 7 Projekt) Struktur Anwenderprogramm Vorbemerkung Der Code enthält das Anwenderprogramm (STEP 7 Projekt) für die F-CPU. Das Anwenderprogramm besteht aus: Standard-Anwenderprogramm Sicherheitsprogramm Überblick Standard-Anwenderprogramm: Abbildung 4-6 Sicherheitsprogramm: Abbildung 4-7 Programmbausteine Standard-Anwenderprogramm Tabelle 4-3 Programmbaustein Funktion Start_Stop_Machine Anforderung zum Einschalten oder Ausschalten der Maschine Programmbausteine Sicherheitsprogramm Tabelle 4-4 Safety Programmbaustein Reintegration Monitoring_Case_Switching On_Off_Machine Funktion Aufruf der Bausteine: Reintegration Monitoring_Case_Switching On_Off_Machine Wiedereingliederung passivierter F-Peripherie Umschaltung der Überwachungsfälle Maschine (Leuchtmelder) einschalten oder ausschalten Passwort für das Sicherheitsprogramm Im Code des Applikationsbeispiels wird kein Passwort für das Sicherheitsprogramm verwendet. V1.0, Beitrags-ID:

24 4 Funktionsmechanismen Funktionsschaltbild Da Bild zeigt folgende Zusammenhänge: Hardware / Anwenderprogramm (User Programm) Standard-Anwenderprogramm / Sicherheitsprogramm Abbildung 4-8 Erläuterungen NO: Taster (NO) NC: Taster (NC) Inhalt der Legenden im Bild: Variablen des Anwenderprogramms 24 V1.0, Beitrags-ID:

25 4 Funktionsmechanismen Programmbaustein: Start_Stop_Machine Programm Funktion Standard-Anwenderprogramm Der Baustein erzeugt eine Anforderung zum Einschalten oder Ausschalten der Maschine. Die Anforderung wird im Sicherheitsprogramm ausgewertet. Der Baustein wertet aus: Start-Taster Stopp-Taster Signal "Enable" aus dem Sicherheitsprogramm (On_Off_Machine) Der Baustein stellt dem Sicherheitsprogramm (On_Off_Machine) bereit: Signal "Condition" Parameter des Funktionsbausteines Abbildung 4-9 Tabelle 4-5 Parameter Deklaration Typ Beschreibung Realisierung Beschreibung: Siehe Kapitel Dort wird das Zusammenspiel der beiden Programmbausteine beschrieben: Start_Stop_Machine On_Off_Machine V1.0, Beitrags-ID:

26 4 Funktionsmechanismen Programmbaustein: On_Off_Machine Programm Funktion Sicherheitsprogramm Der Baustein realisiert das Einschalten oder Ausschalten der Maschine. Der Baustein wertet aus: Quittier-Taster Signal "Flag_Condition" aus Standard-Anwenderprogramm (Start_Stop_Machine) Signal "OSSD" vom Laserscanner Der Baustein stellt dem Standard-Anwenderprogramm bereit: Signal "Enable" Parameter des Funktionsbausteines Abbildung 4-10 Tabelle 4-6 Parameter Deklaration Typ Beschreibung Ack IN Bool Signal vom Quittier-Taster OSSD IN Bool Sicherheitsgerichtetes Signal vom Laserscanner. "0"-Signal: aktives Schutzfeld verletzt Condition (*1) IN Bool Das Signal wird im Standard-Anwenderprogramm erzeugt. 0 -Signal: Das Einschalten der Maschine wird verhindert. Actuator OUT Bool Signal zur Maschine (Leuchtmelder) Zu (*1): Condition muss über einen Merker ( Condition_Flag ) an das Sicherheitsprogramm übergeben werden. Realisierung Beschreibung: Siehe Kapitel Dort wird das Zusammenspiel der beiden Programmbausteine beschrieben: Start_Stop_Machine On_Off_Machine 26 V1.0, Beitrags-ID:

27 4 Funktionsmechanismen Zusammenspiel Start_Stop_Machine / On_Off_Machine Das Bild zeigt das Zusammenspiel der beiden Bausteine: Start_Stop_Machine On_Off_Machine Beschreibung der Funktionalität: Siehe Kapitel und Abbildung 4-11 Erläuterungen zum Bild Beim FlipFlop (SR) hat Rücksetzen (R) Vorrang. Bedeutung der Variablen: Tabelle 4-7 Variable Erläuterung Start Positive Flanke: Anforderung zum Einschalten der Maschine Stop 0 -Signal: Ausschalten der Maschine Ack Negative Flanke: Einschalten der Maschine ist wieder möglich Enable 0 -Signal: Einschalten der Maschine wird verhindert 1 -Signal: Maschine kann eingeschaltet werden OSSD 0 -Signal: Ausschalten der Maschine Condition (*1) 0 -Signal: Das Einschalten der Maschine wird verhindert Actuator "1"-Signal: Einschalten der Maschine (Leuchtmelder) Zu (*1): Condition muss über einen Merker ( Condition_Flag ) an das Sicherheitsprogramm übergeben werden. V1.0, Beitrags-ID:

28 4 Funktionsmechanismen Programmbaustein: Safety Programm Funktion Sicherheitsprogramm Der Programmbaustein ruft die folgenden Bausteine auf: Reintegration (Kapitel 4.2.8) Monitoring_Case_Switching (Kapitel 4.2.7) On_Off_Machine (Kapitel 4.2.4) Parameter des Funktionsbausteines Abbildung 4-12 Tabelle 4-8 Parameter Deklaration Typ Beschreibung V1.0, Beitrags-ID:

29 4 Funktionsmechanismen Programmbaustein: Monitoring_Case_Switching Programm Funktion Sicherheitsprogramm Umschaltung Überwachungsfall Der Baustein realisiert die Umschaltung von maximal vier Überwachungsfällen. Dazu liest die F-CPU den Status von maximal 4 Sensoren ein, leitet daraus die Nummer des Überwachungsfalles ab, und schreibt entsprechende Steuersignale (A1, A2, B1, B2) in den Laserscanner. Der Laserscanner aktiviert den der Überwachungsfallnummer zugeordneten Feldsatz. Jedem Überwachungsfall ist ein Sensor (NC) zugeordnet: Überwachungsfall 1: Sensor 1 Überwachungsfall 2: Sensor 2 Überwachungsfall 3: Sensor 3 Überwachungsfall 4: Sensor 4 Ein Überwachungsfall x ist angewählt, wenn gilt (UND): der Sensor für den Überwachungsfall x ist aktiv ( 0 -Signal) alle anderen Sensoren sind nicht aktiv ( 1 -Signal) Überwachung Umschaltzeit Die Zeit, die benötigt wird, um zwischen zwei Überwachungsfällen umzuschalten (Umschaltzeit) wird überwacht. Die Umschaltzeit ist am Baustein parametrierbar. Überwacht werden folgende Bedingungen: Nach dem Schalten eines Sensors von 0 nach 1, muss innerhalb der Überwachungszeit ein anderer Sensor von 1 nach 0 schalten. Nach der Umschaltung muss genau einer der folgenden Fälle vorliegen: Sensor 1 hat "0"-Signal, und alle anderen haben "1"-Signal Sensor 2 hat "0"-Signal, und alle anderen haben "1"-Signal Sensor 3 hat "0"-Signal, und alle anderen haben "1"-Signal Sensor 4 hat "0"-Signal, und alle anderen haben "1"-Signal Sind obige Bedingungen nicht erfüllt, liegt ein Fehler vor. Reaktion im Fehlerfall Die Steuersignale (von F-CPU zum Laserscanner) zur Umschaltung der Überwachungsfälle (A1, A2, B1, B2) werden gelöscht ("0"). Das Löschen der Steuersignale ("0") führt beim Laserscanner zu: Rücksetzen des Bits OSSD (Signal vom Laserscanner zur F-CPU): Dies bewirkt, dass über die F-CPU die Maschine ausgeschaltet wird. Fehleranzeige am Laserscanner: "Fehler Steuereingänge" (siehe Kapitel 8.8). V1.0, Beitrags-ID:

30 4 Funktionsmechanismen Realisierung im Applikationsbeispiel Im Applikationsbeispiel sind zwei Überwachungsfälle realisiert. Der Code ist für maximal 4 Überwachungsfälle vorbereitet. Um weitere Überwachungsfälle zu nutzen, muss folgendes getan werden: Konfiguration der zusätzlichen Feldsätze und Zuordnung der Überwachungsfälle mit CDS (/8/) Beschaltung der zusätzlichen Sensoren für die Überwachungsfälle an der Aufrufschnittelle des Programmbausteins Parameter des Funktionsbausteines Abbildung 4-13 Tabelle 4-9 Parameter Deklaration Typ Beschreibung sensor_case_1 IN Bool Sensor für Überwachungsfall 1 (*1) sensor_case_2 IN Bool Sensor für Überwachungsfall 2 (*1) sensor_case_3 IN Bool Sensor für Überwachungsfall 3 (*1) sensor_case_4 IN Bool Sensor für Überwachungsfall 4 (*1) switch_time_max IN Time maximal zulässige Umschaltzeit case_bit_a1 OUT Bool Steuersignale zu Umschaltung der Überwachungsfälle: case_bit_a2 OUT Bool Nummer Überwachungsfall (*2) case_bit_b1 OUT Bool case_bit_b2 OUT Bool error_switch_time OUT Bool Fehler bei der Überwachung der Umschaltzeit Zu (*1): Nicht vorhandene Sensoren müssen mit 1 -Signal beschaltet werden. 30 V1.0, Beitrags-ID:

31 4 Funktionsmechanismen Tabelle 4-10 sensor_ case_1 Zu (*2): Die folgende Tabelle zeigt die Zuordnung. Sensor für Überwachungsfall sensor_ case_2 sensor_ case_3 sensor_ case_4 Steuersignale von F-CPU an Laserscanner case_ bit_b2 case_ bit_b1 case_ bit_a2 case_ bit_a1 Überwachungsfall Programmbaustein: Reintegration Programm Sicherheitsprogramm Funktion Komponenten der F-Peripherie (F-DI, F-DO, Laserscanner) können passivieren. Beispiele für Ereignisse, die zur Passivierung führen: Drahtbruch an der F-DO Fehlende Spannungsversorgung an der F-DI Keine Kommunikation zwischen Laserscanner und F-CPU Der Baustein nimmt die Wiedereingliederung passivierter Komponenten vor. Die Wiedereingliederung ist im Code unterschiedlich realisiert: Wiedereingliederung ohne Eingriff des Bedieners F-DI Laserscanner Wiedereingliederung mit Eingriff des Bedieners (*1) F-DO Zu (*1): Nach Passivierung muss an einem Merkerbit (Ack_Passivation) eine positive Flanke erzeugt werden (Kapitel 8.6). Parameter des Funktionsbausteines Abbildung 4-14 Tabelle 4-11 Parameter Deklaration Typ Beschreibung V1.0, Beitrags-ID:

32 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten 5.1 Vorbemerkung In diesem Kapitel werden die wichtigsten Einstellungen gezeigt, die im Applikationsbeispiel für die SIMATIC Komponenten vorgenommen wurden: Einstellungen in der Gerätekonfiguration von STEP 7 Einstellungen in der Safety Administration von STEP 7 Hinweis Die Einstellungen müssen im Applikationsbeispiel nicht mehr vorgenommen werden, sie sind bereits im Code enthalten. Das vorliegende Kapitel dient nur der Information. 5.2 Voraussetzungen Der SICK Sicherheits-Laserscanner muss in den Hardware-Katalog von STEP 7 eingebunden werden. Mit dem Laserscanner wird eine CD-ROM geliefert, auf der sich die Gerätestammdatei (GSDML-Datei) befindet. Neue, über GSDML-Dateien installierte IO-Devices findet man unter "Weitere Feldgeräte ( Other field devices ) im Hardware-Katalog. Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

33 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten 5.3 Gerätekonfiguration Bedienung zum Öffnen der Gerätekonfiguration: TIA-Portal starten Projektansicht öffnen Projekt "laser_scanner_03 öffnen In der Projektnavigation: Gerät "PLC_1 (CPU 315-F-2 PN/DP) öffnen > Gerätekonfiguration öffnen PROFINET Netzwerk Bedienung in der Gerätekonfiguration: Im Arbeitsbereich: Netzsicht öffnen Im Inspektorfenster: Netzübersicht öffnen Ergebnis: Abbildung 5-2 V1.0, Beitrags-ID:

34 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten PLC_1 Bedienung in der Gerätekonfiguration: Im Arbeitsbereich: Gerätesicht öffnen > "PLC_1" auswählen Ergebnis: Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

35 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten S3000 Bedienung in der Gerätekonfiguration: Im Arbeitsbereich: Gerätesicht öffnen > "S3000 auswählen In der Geräteübersicht: "S3000 In/Out_1 selektieren Im Inspektorfenster: Register Eigenschaften auswählen > PROFIsafe auswählen Ergebnis: Abbildung 5-4 Die PROFIsafe-Adresse (F_Dest_Add) des Laserscanners wird hier ausgelesen. Der Wert wird mit CDS (/8/) in die die Konfigurationsdatei des Laserscanners eingetragen (Kapitel 6.3). V1.0, Beitrags-ID:

36 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten F-CPU Bedienung in der Gerätekonfiguration: Im Arbeitsbereich: Gerätesicht öffnen > "PLC_1 auswählen Im Inspektorfenster: Register "Eigenschaften auswählen "Fehlersicherheit ("Fail-safe ) auswählen (Siehe Ergebnis 1) "F-Parameter ("F-parameter )auswählen (Siehe Ergebnis 2) Ergebnis 1: Abbildung 5-5 F-Überwachungszeit für zentrale F-Peripherie: 150 ms (Default) Ergebnis 2: Abbildung 5-6 F-Überwachungszeit für F-Peripherie dieser Schnittstelle: 150 ms (Default) 36 V1.0, Beitrags-ID:

37 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten F-DI Bedienung in der Gerätekonfiguration: Im Arbeitsbereich: Gerätesicht öffnen > "F-DI24 xdc24v_1 auswählen Im Inspektorfenster: Register "Eigenschaften auswählen "F-Parameter ("F-parameter )auswählen (Siehe Ergebnis 1) "DI-Parameter > "Versorgungsgruppe 1Vs/3Vs ("DI parameter > "Supply group 1Vs/3Vs ) (Siehe Ergebnis 2) "DI-Parameter > "Versorgungsgruppe 2Vs/4Vs ("DI parameter > "Supply group 2Vs/4Vs ) (Siehe Ergebnis 3) Ergebnis 1: Abbildung 5-7 Die F-Zieladresse wird auf der F-DI am DIL-Schalter eingestellt. V1.0, Beitrags-ID:

38 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten Ergebnis 2: Abbildung 5-8 Einstellungen: Interne Geberversorgung / Kurzschlusstest aktiviert Kanal 0,12: 1001 (1v1)-Auswertung Kanal 1,13: 1001 (1v1)-Auswertung Alle anderen Kanäle: nicht aktiviert Belegung der Kanäle: Kanal 0: Sensor für Überwachungsfall 1 Kanal 1: Sensor für Überwachungsfall 2 38 V1.0, Beitrags-ID:

39 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten Abbildung 5-9 Ergebnis 3: Einstellungen: Interne Geberversorgung / Kurzschlusstest nicht aktiviert Alle Kanäle: nicht aktiviert V1.0, Beitrags-ID:

40 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten F-DO Bedienung in der Gerätekonfiguration: Im Arbeitsbereich: Gerätesicht öffnen > "F-DO8 xdc24v_1 auswählen Im Inspektorfenster: Register "Eigenschaften auswählen "F-Parameter ("F-parameter )auswählen (Siehe Ergebnis 1) "DO-Parameter ("DO parameter ) (Siehe Ergebnis 2) Ergebnis 1: Abbildung 5-10 Die F-Zieladresse wird auf der F-DO am DIL-Schalter eingestellt. 40 V1.0, Beitrags-ID:

41 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten Abbildung 5-11 Ergebnis 2: Einstellungen: Kanal 0: aktiviert Alle anderen Kanäle: nicht aktiviert Belegung der Kanäle: Kanal 0: Maschine (Leuchtmelder) V1.0, Beitrags-ID:

42 5 Konfiguration SIMATIC Komponenten 5.4 Safety Administration Bedienung zum Öffnen der Safety Administration: TIA-Portal starten Projektansicht öffnen Projekt "laser_scanner_03 öffnen In der Projektnavigation: das Gerät "PLC_1 (CPU 315-F-2 PN/DP) öffnen Safety Administration öffnen Im Arbeitsbereich "F-Ablaufgruppen ("F-runtime groups ) öffnen Ergebnis: Abbildung (1): F-Ablaufgruppe definieren (2): Überwachungszeit für die F-Ablaufgruppe festlegen 42 V1.0, Beitrags-ID:

43 6 Konfiguration SICK Laserscanner 6 Konfiguration SICK Laserscanner 6.1 Vorbemerkung In diesem Kapitel werden die wichtigsten Einstellungen gezeigt, die im Applikationsbeispiel für den SICK Sicherheits-Laserscanner vorgenommen wurden: Einstellungen mit der Configuration & Diagnose Software (CDS, /8/) Hinweis Die Einstellungen müssen im Applikationsbeispiel nicht mehr vorgenehmen werden, sie sind bereits in der Konfigurationsdatei enthalten. Das vorliegende Kapitel dient nur der Information. 6.2 Voraussetzungen Siehe dazu: /1/, /8/ Configuration & Diagnose Software (CDS) Zur Konfiguration muss der Laserscanner mit PG/PC verbunden werden. Auf dem PG/PC muss die Software CDS installiert sein. Mit CDS können alle verfügbaren Parameter des S3000 konfiguriert und die Feldgeometrien der Schutzfelder und Warnfelder festgelegt werden. Das Ergebnis der Konfiguration wird in einer Konfigurationsdatei (name.skp) gespeichert. Die Konfigurationsdatei wird in den Laserscanner geladen. V1.0, Beitrags-ID:

44 6 Konfiguration SICK Laserscanner Konfiguration Laserscanner Für das Applikationsbeispiel wurde die Konfiguration über die lokale serielle Schnittstelle des Laserscanners vorgenommen. Abbildung 6-1 Abbildung 6-2 Abbildung 6-2 zeigt ein Beispiel für die Bedienoberfläche der Configuration & Diagnose Software (CDS). 44 V1.0, Beitrags-ID:

45 6 Konfiguration SICK Laserscanner 6.3 PROFIsafe-Adresse Damit der Laserscanner als PROFIsafe-Teilnehmer betrieben werden kann, muss er eine PROFIsafe-Adresse besitzen. Die PROFIsafe-Adresse des Laserscanners wurde aus STEP 7 entnommen (Kapitel 5.3.3) und in die CDS eingegeben. Abbildung 6-3 V1.0, Beitrags-ID:

46 6 Konfiguration SICK Laserscanner 6.4 Eingänge Im Applikationsbeispiel sind zwei Überwachungsfälle realisiert, vier Überwachungsfälle sind vorbereitet. Deswegen ist der Fall "Input A-B" konfiguriert. Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

47 6 Konfiguration SICK Laserscanner 6.5 Feldsätze Konfiguriert sind zwei Feldsätze: Feldsatz 1 (Schutzfeld 1, Warnfeld 1) Feldsatz 2 (Schutzfeld 2, Warnfeld 2) Abbildung 6-5 V1.0, Beitrags-ID:

48 6 Konfiguration SICK Laserscanner 6.6 Überwachungsfälle Konfiguriert sind zwei Überwachungsfälle: Überwachungsfall 1 mit Feldsatz 1 Überwachungsfall 2 mit Feldsatz 2 Abbildung Wiederanlauf Konfiguriert ist der Fall "Ohne Wiederanlaufsperre". Im Code (STEP 7 Projekt) ist eine Wiederanlaufsperre im Anwenderprogramm der F-CPU realisiert. 48 V1.0, Beitrags-ID:

49 7 Installation und Inbetriebnahme 7 Installation und Inbetriebnahme 7.1 Übersicht Schritte Zur Installation des Applikationsbeispiels sind folgende Schritte notwendig: Downloads auf PG/PC laden: Code (STEP 7 Projekt) für F-CPU Konfigurationsdatei für Laserscanner Hardware installieren: SIMATIC Komponenten SICK Sicherheits-Laserscanner Definierten Ausgangszustand herstellen: F-CPU Laserscanner Code in F-CPU laden Für Laserscanner: IP-Adresse und Gerätenamen vergeben Konfigurationsdatei in Laserscanner laden Die Schritte werden in den folgenden Kapiteln beschrieben. 7.2 Downloads auf PG/PC laden Die Downloads zum Applikationsbeispiel sind im Kapitel aufgeführt Code für F-CPU Zur Installation des Codes (STEP 7-Projekt) auf dem PG/PC sind folgende Bedienungen erforderlich: Laden Sie den Code " _LASER_CODE_V10.zip in ein beliebiges Verzeichnis auf dem PG/PC. Entpacken Sie die Datei Konfigurationsdatei für Laserscanner Zur Installation der Konfigurationsdatei auf dem PG/PC sind folgende Bedienungen erforderlich: Laden Sie die Konfigurationsdatei " _LASER_CONF_V10.zip" in ein beliebiges Verzeichnis auf dem PG/PC. Entpacken Sie die Datei V1.0, Beitrags-ID:

50 7 Installation und Inbetriebnahme 7.3 Hardware installieren Die erforderlichen Hardware-Komponenten sind im Kapitel aufgeführt. ACHTUNG Die Aufbaurichtlinien für PROFINET (/4/), SICK Laserscanner (/1/) und SIMATIC S7-300 (/3/, /16/) sind zu beachten. Sehen Sie dazu die entsprechenden Gerätehandbücher Montage Tabelle 7-1 Die Tabelle zeigt die Vorgehensweise beim Aufbau der Hardware. Nr. Hardware Aktion 1. F-CPU und MMC Löschen Sie die SIMATIC Micro Memory Card (MMC) für die F-CPU, und setzen Sie die MMC in die F-CPU ein. 2. F-DI Stellen Sie die PROFIsafe-Adresse am DIL-Schalter ein (*1) 3. F-DO Stellen Sie die PROFIsafe-Adresse am DIL-Schalter ein (*1) 4. S7-300 Profilschiene Montieren Sie die folgenden Geräte auf die Profilschiene: PS, F-CPU, DI, F-DI, F-DO 5. DI Verdrahten Sie die 3 Taster 6. F-DI Verdrahten Sie die 2 Sensoren 7. F-DO Verdrahten Sie den Leuchtmelder 8. PROFINET Kabel Verbinden Sie: F-CPU mit Laserscanner F-CPU mit PG/PC. 9. Stromversorgung (PS) Nehmen sie alle erforderlichen Anschlüsse vor: Für die SIMATIC Komponenten Für den Laserscanner Zur (*1): Die PROFIsafe-Adressen werden automatisch bei der Projektierung der fehlersicheren Signalbaugruppen in STEP 7 vergeben: F-DI: Siehe Kapitel F-DO: Siehe Kapitel V1.0, Beitrags-ID:

51 7 Installation und Inbetriebnahme Übersicht Aufbau Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau des Applikationsbeispiels. Abbildung 7-1 V1.0, Beitrags-ID:

52 7 Installation und Inbetriebnahme Verdrahtung DI Die Abbildung zeigt schematisch die Verdrahtung. Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

53 7 Installation und Inbetriebnahme Verdrahtung F-DI Die Abbildung zeigt schematisch die Verdrahtung. Abbildung 7-3 V1.0, Beitrags-ID:

54 7 Installation und Inbetriebnahme Verdrahtung F-DO Die Abbildung zeigt schematisch die Verdrahtung. Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

55 7 Installation und Inbetriebnahme 7.4 Ausgangszustand für F-CPU herstellen Im "Ausgangszustand" besitzt die F-CPU folgende Eigenschaften: Die F-CPU hat die Werkseinstellung. Die SIMATIC Micro Memory Card (MMC) der F-CPU ist gelöscht. Voraussetzung: PG/PC ist über die Ethernet-Schnittstelle mit der F-CPU verbunden. Auf dem PG/PC ist STEP 7 V11 installiert. Werkseinstellung F-CPU herstellen Voraussetzung: Es steckt keine MMC in der F-CPU. Die F-CPU befindet sich im Betriebszustand STOP (Betriebsarten-Schalter in Stellung STOP). Vorgehen: Markieren Sie in der Projektnavigation (Project tree) die F-CPU Betätigen Sie in der Funktionsleiste (Toolbar) die Schaltfläche "Online verbinden" ("Go online") Öffnen Sie die "Online & Diagnose" ("Online & diagnostics") der F-CPU Wählen Sie: "Funktionen" ("Functions") > "Rücksetzen auf Werkseinstellungen" ("Reset to factory settings") Betätigen Sie die Schaltfläche "Rücksetzen" ("Reset") Ergebnis: Arbeitsspeicher, interner Ladespeicher und Operandenbereiche sind gelöscht. Alle Parameter sind auf ihre Voreinstellung (Defaultwerte) zurückgesetzt. Diagnosepuffer und Uhrzeit sind gelöscht. IP-Adresse und PROFINET-Gerätename sind gelöscht. Anzeige für F-CPU bei "Erreichbare Teilnehmer ("Accesible devices"): Tabelle 7-2 Gerät Gerätetyp Typ Adresse MAC-Adresse (Device) (Device type) (Type) (Adress) (MAC adress) Teilnehmer (Accessible device) S7-300 ISO B-1B-17-4C-3D (Beispiel) V1.0, Beitrags-ID:

56 7 Installation und Inbetriebnahme MMC der F-CPU löschen Vorgehen: Stecken Sie die MMC ins Programmiergerät In der Projektnavigation (Project tree): Öffnen Sie: "SIMATIC Card Reader" > "Internal prommer" Markieren Sie "Micro Memory Card" Wählen Sie im Menü "Projekt" ("Project"): "SIMATIC Card Reader" > "SIMATIC Memory Card formatieren" ("Format memory card") Gelöschte MMC in F-CPU stecken Voraussetzung: Die F-CPU befindet sich im Betriebszustand STOP (Betriebsarten-Schalter in Stellung STOP). Vorgehen: Schalten Sie die Stromversorgung der F-CPU aus Stecken Sie die MMC in die F-CPU Schalten Sie die Stromversorgung der F-CPU wieder ein 56 V1.0, Beitrags-ID:

57 7 Installation und Inbetriebnahme 7.5 Ausgangszustand für Laserscanner herstellen Im "Ausgangszustand" besitzt der Laserscanner folgende Eigenschaften: Es sind keine Einstellungen für PROFINET vorhanden Voraussetzung: PG/PC ist über die serielle Schnittstelle mit dem Laserscanner verbunden. Auf dem PG/PC ist CDS (Configuration & Diagnostic Software) installiert. Vorgehen: Rufen Sie CDS auf Markieren Sie COM1 und betätigen Sie die rechte Maustaste: Wählen Sie "Erkennen ("Identify ) Betätigen Sie die Schaltfläche "Weiter" ("Continue") Beantworten Sie die Frage "Wollen Sie die aktuelle Gerätekonfiguration empfangen ("Do you want to read the current device configuration? ) mit "Ja ("Yes ) Markieren Sie das Gerät "S3000 PROFINET IO, und betätigen Sie die rechte Maustaste: Wählen Sie "Gerätefenster öffnen ("Open device window ) Markieren Sie im Baum "Identification and maintenance Löschen Sie: PROFINET IO Name, IP Adresse, Subnet, Gateway Betätigen Sie die Schaltfläche "Übertragen ("Transfer ) Im Fenster "Benutzergruppe wechseln ("Change user group"): Editieren Sie bei "Kennwort ("Password"): SICKSAFE Betätigen Sie die Schaltfläche "Anmelden ("Log on") Betätigen Sie die Schaltfläche "Weiter" ("Continue") Schließen Sie CDS, ohne das aktuell eingestellte Projekt zu speichern. Ergebnis: Die PROFINET Einstellungen sind gelöscht Display Laserscanner: LED: STOP (rot) Segment: P Anzeige für Laserscanner bei "Erreichbare Teilnehmer in STEP 7: Tabelle 7-3 Gerät Gerätetyp Typ Adresse MAC-Adresse (Device) (Device type) (Type) (Adress) (MAC adress) Teilnehmer (Accessible device) SICK-S3000PROFIsafe ISO E (Beispiel) V1.0, Beitrags-ID:

58 7 Installation und Inbetriebnahme 7.6 Code in F-CPU laden Voraussetzung: Ausgangszustand für F-CPU ist hergestellt (Kapitel 7.4) Auf dem PG/PC ist eine PG/PC-Schnittstelle installiert, die physikalisch mit der F-CPU verbunden ist. Vorgehen: Starten Sie das TIA-Portal Öffnen Sie die Projektansicht (Project view) Öffnen Sie das Projekt "laser_scanner_03" In der Projektnavigation: Markieren Sie "PLC_1(CPU 315F-2 PN/DP) Betätigen Sie die rechte Maustaste, und wählen Sie: "Laden in Gerät ("Download to device ) > "Alles" ("all") Im Fenster "Erweitertes Laden ("Extended download to device"): Aktivieren Sie die Option "Alle erreichbaren Teilnehmer anzeigen ("Show all accessible devices") Markieren Sie in der Tabelle "Erreichbare Teilnehmer im Subnetz ("Accessible devices in target subnet") die Zeile "S7-300 Betätigen Sie die Schaltfläche "Laden ("Load") Im Fenster Vorschau laden ("Load preview"): Betätigen Sie die Schaltfläche "Laden ("Load") Im Fenster "Ergebnisse laden ("Load results"): Betätigen Sie die Schaltfläche "Fertig stellen ("Finish") Schalten Sie die F-CPU in RUN (Betriebsarten-Schalter in Stellung RUN) Ergebnis: LED RUN: Ein (grün) LED SF: Ein (rot) LED BF2: Blinkt (rot) 58 V1.0, Beitrags-ID:

59 7 Installation und Inbetriebnahme 7.7 IP-Adresse und Gerätename für Laserscanner Voraussetzung Ausgangszustand für Laserscanner ist hergestellt (Kapitel 7.5) Vorgehen Öffnen der Gerätekonfiguration: Starten Sie das TIA-Portal Öffnen Sie die Projektansicht (Project view) Öffnen Sie das Projekt "laser_scanner_03" In der Projektnavigation: Öffnen Sie das Gerät: "PLC_1(CPU 315F-2 PN/DP)" Öffnen Sie die Gerätekonfiguration (Device configuration) Bedienungen in der Gerätekonfiguration (Device configuration): Wählen sie im Arbeitsbereich: "Netzsicht" ("Network view") Markieren Sie "Subnetz PN/IE_1 Betätigen Sie die rechte Maustaste Wählen Sie "Gerätename zuweisen ("Assign device name ) Bedienungen im Fenster "PROFINET-Gerätename vergeben ("Assign PROFINET device name ): Betätigen Sie die Schaltfläche "Erreichbare Teilnehmer im Netzwerk ( Accessible devices in the network ) Wählen Sie in der Klappliste "PROFINET-Gerätename ("PROFINET device name ) den Eintrag "s3000 Markieren Sie in der Tabelle die Zeile "SICK-S3000PROFIsafe Betätigen Sie die Schaltfläche "Name zuweisen ("Assign name ) Betätigen Sie die Schaltfläche "Erreichbare Teilnehmer im Netzwerk ( Accessible devices in the network ) Ergebnis Anzeige bei "Erreichbare Teilnehmer im Netzwerk : Tabelle 7-4 IP-Adresse (IP adress) MAC-Adresse (MAC address) B-1B-17-C-3D (Beispiel) E (Beispiel) Typ (Type) Name (Name) S7-300 plc_1 ok SICK-S3000PROFIsafe s3000 ok Status (Status) Anzeigen an der F-CPU: LED RUN: Ein (grün) V1.0, Beitrags-ID:

60 7 Installation und Inbetriebnahme 7.8 Konfigurationsdatei in Laserscanner laden Voraussetzung PG/PC ist über die serielle Schnittstelle mit dem Laserscanner verbunden (Kapitel 6.2) An den beiden Sensoren zur Überwachungsfallumschaltung ist entweder Überwachungsfall 1 oder Überwachungsfall 2 eingestellt (Kapitel 4.1.5). Vorgehen: Öffnen Sie CDS Im Menü "Projekt": Öffnen sie die Konfigurationsdatei "S3000_01.skp" Markieren Sie COM1 und betätigen Sie die rechte Maustaste: Wählen Sie "Verbinden ("Connect") Markieren Sie das Gerät "S3000 PROFINET IO und betätigen Sie die rechte Maustaste: Wählen Sie: "Konfigurationsentwurf" > "übertragen ("Configuration draft" > "Transfer") Wenn Fenster "Benutzergruppe wechseln ("Change user group") erscheint: Geben Sie das Kennwort "SICKSAFE" ein Betätigen Sie die Schaltfläche "Anmelden ("Log on") Betätigen Sie die Schaltfläche "Freigeben ("Release") Schließen Sie CDS Ergebnis: Laserscanner geht in Betrieb, das Display (Kapitel 8.8) zeigt: LED: grün Segment: blinkender roter Punkt F-CPU: alle LEDs sind grün 60 V1.0, Beitrags-ID:

61 8 Bedienung des Applikationsbeispiels 8 Bedienung des Applikationsbeispiels Voraussetzung: Hardware und Software sind installiert, wie im Kapitel 7 beschrieben Folgende Bedienungen werden im Kapitel beschrieben: Ausgangszustand des Aufbaus herstellen Bedienung Überwachungsfall 1 Überwachungsfall 2 einstellen Bedienung Überwachungsfall 2 Fehler bei Umschaltung Überwachungsfall 8.1 Ausgangszustand des Aufbaus herstellen Überwachungsfall 1 einstellen: Schalten Sie die F-CPU in RUN Schalten Sie die Stromversorgungen für F-CPU, Signalbaugruppen und Laserscanner aus (Zustand: Netz Aus) Aktivieren Sie Sensor 1 ( 0 -Signal), deaktivieren Sie Sensor 2 ( 1 -Signal) Schalten Sie die Stromversorgungen für F-CPU, Signalbaugruppen und Laserscanner ein (Zustand: Netz Ein) Überwachungsbereich des Laserscanners: Es befindet sich kein Objekt im Überwachungsbereich Ergebnis: Leuchtmelder ist aus Laserscanner mit aktivem Überwachungsfall 1 (Feldsatz 1) V1.0, Beitrags-ID:

62 8 Bedienung des Applikationsbeispiels 8.2 Bedienung Überwachungsfall 1 Tabelle 8-1 Nr. Aktion Erläuterung Leuchtmelder Laserscanner Reaktion Zustand Anzeige (*1) 1 Quittier-Taster betätigen Quittierung nach --- aus kein Fehler Netz-Ein notwendig 2 Start-Taster betätigen --- aus > ein ein kein Fehler 3 Stopp-Taster betätigen --- ein > aus aus kein Fehler 4 Start-Taster betätigen --- aus > ein ein kein Fehler 5 Objekt in Warnfeld 2 setzen 6 Objekt in Schutzfeld 2 setzen 7 Objekt in Warnfeld 1 setzen 8 Objekt in Schutzfeld 1 setzen nicht aktiver Überwachungsfall nicht aktiver Überwachungsfall aktiver Überwachungsfall aktiver Überwachungsfall --- ein kein Fehler --- ein kein Fehler --- ein Warnfeld verletzt ein > aus aus Schutzfeld verletzt 9 Start-Taster betätigen aus Schutzfeld verletzt 10 Objekt aus Feldsatz 1 Wiederanlaufsperre --- aus kein Fehler entfernen 11 Start-Taster betätigen Wiederanlaufsperre --- aus kein Fehler 12 Quittier-Taster betätigen aus kein Fehler 13 Start-Taster betätigen --- aus > ein ein kein Fehler Zu (*1): Siehe Kapitel Überwachungsfall 2 einstellen Tabelle 8-2 Nr. Aktion Erläuterung 14 Umschalten von Überwachungsfall 1: Sensor 1 = "0" Sensor 2 = "1" Das Umschalten muss innerhalb der im Baustein Monitoring_Case_Switching parametrierten Zeit (Umschaltzeit) erfolgen. Leuchtmelder Laserscanner Reaktion Zustand Anzeige (*1) --- ein kein Fehler... auf Überwachungsfall 2: Sensor 1 = "1" Sensor 2 = "0" Zu (*1): Siehe Kapitel V1.0, Beitrags-ID:

63 8 Bedienung des Applikationsbeispiels 8.4 Bedienung Überwachungsfall 2 Tabelle 8-3 Nr. Aktion Erläuterung 15 Objekt in Warnfeld 1 setzen 16 Objekt in Schutzfeld 1 setzen 17 Objekt in Warnfeld 2 setzen 18 Objekt in Schutzfeld 2 setzen nicht aktiver Überwachungsfall nicht aktiver Überwachungsfall aktiver Überwachungsfall aktiver Überwachungsfall Leuchtmelder Laserscanner Reaktion Zustand Anzeige (*1) --- ein kein Fehler --- ein kein Fehler --- ein Warnfeld verletzt ein > aus aus Schutzfeld verletzt 19 Start-Taster betätigen --- aus Schutzfeld verletzt 20 Objekt aus Feldsatz 2 Wiederanlaufsperre --- aus kein Fehler entfernen 21 Start-Taster betätigen Wiederanlaufsperre --- aus kein Fehler 22 Quittier-Taster betätigen --- aus kein Fehler 23 Start-Taster betätigen aus > ein ein kein Fehler Zu (*1): Siehe Kapitel Fehler bei Umschaltung Überwachungsfall Nr. Aktion Erläuterung 24 Sensor 1: unverändert "1" Sensor 2: von "0" auf "1" Unzulässiger Schaltzustand der Sensoren Leuchtmelder Laserscanner Reaktion Zustand Anzeige (*1) ein > aus aus Fehler Steuereingänge 25 Start-Taster betätigen --- aus Fehler Steuereingänge 26 Quittier-Taster betätigen --- aus Fehler Steuereingänge 27 Start-Taster betätigen --- aus Fehler Steuereingänge 28 Sensor 1: --- aus Fehler Steuereingänge unverändert "1" Sensor 2: von "1" auf "0" 29 Netz-Aus Netz-Ein --- aus kein Fehler 31 Quittier-Taster betätigen Quittierung nach Netz-Ein notwendig --- aus kein Fehler Zu (*1): Siehe Kapitel 8.8. V1.0, Beitrags-ID:

64 8 Bedienung des Applikationsbeispiels 8.6 Beobachtungs- und Forcetabelle Die Tabelle "Watch_Table_1" kann verwendet werden für: Anzeige, ob eine Komponente der F-Peripherie passiviert ist (Laserscanner, F-DI, F-DO) Wiedereingliederung der passivierten F-DO: Positive Flanke an Ack_Passivation (Steuern Variable) Bedienung zum Öffnen der Tabelle: Öffnen Sie die Projektnavigation (Project tree) Öffnen Sie "PLC_1 (CPU 315F-2 PN/DP)" Öffnen Sie "Beobachtungs- und Forcetabellen" ("Watch and force tables") Öffnen Sie die Tabelle "Watch_Table_1" Betätigen Sie "Online verbinden" ("Go online") Betätigen Sie "Alle beobachten" ("Monitor all") Ergebnis: Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

65 8 Bedienung des Applikationsbeispiels 8.7 PLC-Variablen Zum Testen können die Tabellen im Ordner "PLC-Variablen" verwendet werden. Für das Applikationsbeispiel gibt es die beiden Tabellen: CPU Laser_Scanner Tabelle "CPU" Bedienung zum Öffnen der Tabellen: Öffnen Sie Projektnavigation (Project tree) Öffnen Sie "PLC_1 (CPU 315F-2 PN/DP) Öffnen Sie "PLC-Variablen" ("PLC tags") Öffnen Sie die Tabelle "CPU" Betätigen Sie "Online verbinden" ("Go online") Betätigen Sie "Alle beobachten" ("Monitor all") Ergebnis: Abbildung 8-2 V1.0, Beitrags-ID:

66 8 Bedienung des Applikationsbeispiels Tabelle "Laser_Scanner" Bedienung zum Öffnen der Tabellen: Öffnen Sie Projektnavigation (Project tree) Öffnen Sie "PLC_1 (CPU 315F-2 PN/DP) Öffnen Sie "PLC-Variablen" ("PLC tags") Öffnen Sie die Tabelle "Laser_Scanner" Betätigen Sie "Online verbinden" ("Go online") Betätigen Sie "Alle beobachten" ("Monitor all") Ergebnis: Abbildung V1.0, Beitrags-ID:

67 8 Bedienung des Applikationsbeispiels 8.8 Anzeigen am Laserscanner Am Display des Laserscanners werden Zustände des Laserscanners angezeigt. Die folgende Tabelle zeigt Beispiele für Anzeigen am Laserscanner (/1/). Tabelle 8-4 Zustand Display Laserscanner LED Segment kein Fehler grün: on --- Erläuterungen Warnfeld verletzt Schutzfeld verletzt Fehler Steuereingänge grün: on gelb: on grün: on gelb: on grün: on Objekt im Warnfeld Objekt im Schutzfeld Fehlerhafte Ansteuerung der Steuereingänge zur Umschaltung der Überwachungsfälle V1.0, Beitrags-ID:

68 9 Bewertung nach IEC und ISO Bewertung nach IEC und ISO Informationen zu den Normen Überblick Einen Überblick zur IEC finden Sie im Safety Funktionsbeispiel: Praktische Anwendung der IEC 62061, verdeutlicht an einem Applikationsbeispiel mit SIMATIC S7 Distributed Safety (/11/) Einen Überblick zur ISO finden Sie im Buch: Funktionale Sicherheit von Maschinen und Anlagen. Umsetzung der europäischen Maschinenrichtlinie in der Praxis (/12/). Berechnungen Eine Unterstützung bei den Berechnungen bietet: Safety Evaluation Tool ( SET) (/15/) 9.2 Sicherheitsfunktion Für die weiteren Betrachtungen wird die folgende Sicherheitsfunktion zu Grunde gelegt (Beispiel): Wenn das aktive Schutzfeld verletzt wird, muss die Maschine ausgeschaltet werden. Im Applikationsbeispiel wird nicht die gesamte Sicherheitsfunktion betrachtet: Tabelle 9-1 Aufgaben einer Sicherheitsfunktion Erfassen Auswerten Reagieren wird betrachtet wird betrachtet wird nicht betrachtet Im Folgenden werden die oben aufgeführten Aufgaben einer Sicherheitsfunktion nach den beiden Normen EN und EN ISO bewertet. 68 V1.0, Beitrags-ID:

69 10 Sicherheitsfunktion 10 Sicherheitsfunktion Die Sicherheitsfunktion ist im Kapitel 9.2 beschrieben. Im vorliegenden Kapitel werden nur Teile der Sicherheitsfunktion betrachtet: Erfassen über SICK Sicherheits-Laserscanner Auswerten mit SIMATIC F-SPS Im Applikationsbeispiel erfolgt somit keine Bewertung der Sicherheitsfunktion Abbildung der Sicherheitsfunktion Das folgende Bild zeigt die Abbildung der Sicherheitsfunktion auf die Hardware des Applikationsbeispiels. Abbildung 10-1 V1.0, Beitrags-ID: