Anwendungsbeispiel 05/2016 Sequenzielles Muting eines Lichtvorhangs über S7-1500 SIMATIC Safety Integrated for Factory Automation https://support.industry.siemens.com/cs/ww/de/view/58793869
Siemens AG 2016 All rights reserved Gewährleistung und Haftung Gewährleistung und Haftung Hinweis Die Anwendungsbeispiele sind unverbindlich und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich Konfiguration und Ausstattung sowie jeglicher Eventualitäten. Die Anwendungsbeispiele 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 Anwendungsbeispiele entheben Sie nicht der Verpflichtung zu sicherem Umgang bei Anwendung, Installation, Betrieb und Wartung. Durch Nutzung dieser Anwendungsbeispiele 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 Anwendungsbeispiele jederzeit ohne Ankündigung durchzuführen. Bei Abweichungen zwischen den Vorschlägen in diesem Anwendungsbeispiel 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 Anwendungsbeispiele oder Auszüge daraus sind nicht gestattet, soweit nicht ausdrücklich von der Siemens AG zugestanden. Securityhinweise Siemens bietet Produkte und Lösungen mit Industrial Security-Funktionen an, die den sicheren Betrieb von Anlagen, Systemen, Maschinen und Netzwerken unterstützen. Um Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke gegen Cyber-Bedrohungen zu sichern, ist es erforderlich, ein ganzheitliches Industrial Security-Konzept zu implementieren (und kontinuierlich aufrechtzuerhalten), das dem aktuellen Stand der Technik entspricht. Die Produkte und Lösungen von Siemens formen nur einen Bestandteil eines solchen Konzepts. Der Kunde ist dafür verantwortlich, unbefugten Zugriff auf seine Anlagen, Systeme, Maschinen und Netzwerke zu verhindern. Systeme, Maschinen und Komponenten sollten nur mit dem Unternehmensnetzwerk oder dem Internet verbunden werden, wenn und soweit dies notwendig ist und entsprechende Schutzmaßnahmen (z.b. Nutzung von Firewalls und Netzwerksegmentierung) ergriffen wurden. Zusätzlich sollten die Empfehlungen von Siemens zu entsprechenden Schutzmaßnahmen beachtet werden. Weiterführende Informationen über Industrial Security finden Sie unter http://www.siemens.com/industrialsecurity. Die Produkte und Lösungen von Siemens werden ständig weiterentwickelt, um sie noch sicherer zu machen. Siemens empfiehlt ausdrücklich, Aktualisierungen durchzuführen, sobald die entsprechenden Updates zur Verfügung stehen und immer nur die aktuellen Produktversionen zu verwenden. Die Verwendung veralteter oder nicht mehr unterstützter Versionen kann das Risiko von Cyber-Bedrohungen erhöhen. Um stets über Produkt-Updates informiert zu sein, abonnieren Sie den Siemens Industrial Security RSS Feed unter http://www.siemens.com/industrialsecurity. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 2
Siemens AG 2016 All rights reserved Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Gewährleistung und Haftung... 2 1 Aufgabe... 5 1.1 Ausgangspunkt... 5 1.2 Aufgabe... 5 2 Lösung... 6 2.1 Übersicht... 6 2.2 Beschreibung der Kernfunktionalität... 7 2.3 Hard- und Software-Komponenten... 8 2.4 Vorteile... 10 2.5 Vorausgesetzte Kenntnisse... 10 3 Grundlagen... 11 3.1 Muting... 11 3.1.1 Definition... 11 3.1.2 Alternative Anordnungen der Muting-Sensoren... 11 3.2 Sicherheits-Lichtvorhang SICK C4000 Eco... 13 3.3 Reflexions-Lichtschranke SICK WL27-3... 14 4 Funktionsweise... 15 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels... 15 4.1.1 Transport eines Werkstücks ohne aktivierte Muting-Funktion... 15 4.1.2 Transport eines Werkstücks mit aktivierter Muting-Funktion... 16 4.1.3 Freifahrfunktion... 21 4.1.4 Wiedereingliederung F-Peripherie... 21 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt)... 22 4.2.1 Übersicht... 22 4.2.2 Bibliothek LMutS... 24 4.2.3 MainSafety... 25 4.2.4 LMutS_Main... 26 4.2.5 LMutS_DiscMutSensors... 29 4.2.6 LMutS_SensorSequence... 30 4.2.7 LMutS_FreeFunction... 33 4.2.8 DiagSafetyProgram... 34 5 Konfiguration und Projektierung... 35 5.1 Einstellungen der DI... 35 5.2 Einstellungen der F-DI... 36 5.3 Einstellungen der F-DQ... 37 6 Installation und Inbetriebnahme... 38 6.1 Installation der Hardware... 38 6.1.1 Übersicht... 38 6.1.2 Verdrahtung DI... 39 6.1.3 Verdrahtung DQ... 41 6.1.4 Verdrahtung F-DI... 41 6.1.5 Verdrahtung F-DQ... 42 6.2 Inbetriebnahme... 43 6.2.1 Vorbereitung... 43 6.2.2 S7-Projekt in die CPU S7-1516F laden... 43 6.2.3 Gerätenamen zuweisen... 45 6.2.4 F-Zieladressen zuweisen... 46 7 Bedienung der Anwendung... 48 7.1 Ausgangszustand des Aufbaus herstellen... 48 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 3
Siemens AG 2016 All rights reserved Inhaltsverzeichnis 7.2 Bedienung bei fehlerfreiem Betrieb... 48 7.3 Freifahren... 49 8 Diagnose... 50 8.1 Diagnoseinformationen der Applikation... 50 8.2 Anzeigen am Lichtvorhang und Muting-Sensor... 51 9 Bewertung der Sicherheitsfunktion... 53 9.1 Normen... 53 9.2 Sicherheitsfunktion... 53 9.3 Bewertung nach IEC 62061... 54 9.4 Bewertung nach ISO 13849-1... 57 10 Literaturhinweise... 58 11 Historie... 59 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 4
Siemens AG 2016 All rights reserved 1 Aufgabe 1.1 Ausgangspunkt 1 Aufgabe 1.1 Ausgangspunkt In einer Montagezelle werden Werkstücke mit einer Maschine bearbeitet. Die Montagezelle ist eingezäunt, sodass Personal nicht den Gefahrenbereich betreten kann und besitzt einen Zugang, über den Werkstücke auf einem Förderband hinein transportiert werden. Abbildung 1-1 1.2 Aufgabe Der Zugang zur Montagezelle soll mit einem Sicherheits-Lichtvorhang abgesichert werden. Dabei sollen bei Verletzung des Schutzfeldes (Unterbrechung Lichtvorhang) folgende Situationen unterschieden werden: Transport von Werkstücken: Maschine nicht ausschalten Kein Transport von Werkstücken: Maschine ausschalten Zur Überwachung soll ein SICK Sicherheits-Lichtvorhang zusammen mit einer fehlersicheren SIMATIC S7-CPU (F-CPU) eingesetzt werden. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 5
Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.1 Übersicht 2 Lösung 2.1 Übersicht Um unterscheiden zu können, ob das Schutzfeld durch den Transport von Werkstücken oder aus anderen Gründen verletzt wird, wird ein sogenanntes Muting eingesetzt. Muting ist eine bewusste Unterdrückung der Schutzfunktion von Lichtvorhängen - der Lichtvorhang wird temporär stummgeschaltet. Dafür werden auf beiden Seiten des Lichtvorhangs Muting-Sensoren installiert, die detektieren, in welchen Fällen Muting aktiviert werden soll. Dadurch können Werkstücke abtransportiert werden ohne den Produktionsfluss zu stoppen und gleichzeitig der Zugang in den Gefahrenbereich überwacht werden. Abbildung 2-1 zeigt schematisch die wichtigsten Komponenten des Anwendungsbeispiels: SIMATIC F-CPU (IO-Controller) Dezentrale Peripherie SIMATIC ET 200SP (IO-Device) mit DI, DQ, F-DI, F-DQ SICK Sicherheits-Lichtvorhang SICK Reflexions-Lichtschranken als Muting-Sensoren Abbildung 2-1 F-CPU ET 200SP PROFINET mit PROFIsafe Muting-Sensoren Muting-Sensoren Lichtvorhang Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 6
Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.2 Beschreibung der Kernfunktionalität Auf die Aktorik soll in diesem Anwendungsbeispiel nicht eingegangen werden. Für das Förderband und die bearbeitende Maschine in der Montagezelle werden stellvertretend Leuchtmelder eingesetzt. Diese werden im Folgenden als Förderband und Maschine bezeichnet. 2.2 Beschreibung der Kernfunktionalität Folgende Funktionen sind im Anwendungsbeispiel realisiert: Schalten eines Förderbands und einer Maschine Ausschalten des Förderbands und der Maschine, wenn das Schutzfeld des Lichtvorhangs verletzt wird Muting des Lichtvorhangs über F-CPU Freifahren von Werkstücken Im Anwendungsbeispiel ist sequenzielles Muting mit 4 Muting-Sensoren (2 Sensorpaaren) realisiert. Als Muting-Sensoren werden Reflexions-Lichtschranken eingesetzt. Für die Transportrichtung des Werkstückes sind beide Richtungen zulässig: Transport in die Montagezelle ( vorwärts ) Transport aus der Montagezelle heraus ( rückwärts ) Abbildung 2-2 Erläuterungen S: Sender Lichtvorhang E: Empfänger Lichtvorhang Orange hinterlegt: Schutzfeld des Lichtvorhanges M: Muting-Sensor (Reflexions-Lichtschranke) R: Reflektor der Reflexions-Lichtschranke Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 7
Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.3 Hard- und Software-Komponenten 2.3 Hard- und Software-Komponenten Das Anwendungsbeispiel wurde mit den nachfolgenden Komponenten erstellt. Hardware-Komponenten Hersteller Siemens Tabelle 2-1 Komponente Typ Anzahl Artikelnummer Profilschiene Länge 482 mm 1 6ES7590-1AE80-0AA0 Fehlersichere S7-CPU (F-CPU) CPU 1516F-3 PN/DP 1 6ES7516-3FN00-0AB0 Memory Card 24 Mbyte 1 6ES7954-8LF02-0AA0 Profilschiene 35 mm, Länge: 483 mm 1 6ES5710-8MA11 IM der ET 200SP IM 155-6PN ST inkl. Busadapter 2xRJ45 1 6ES7155-6AA00-0BN0 DI 8x24VDC ST 1 6ES7131-6BF00-0BA0 DQ 8x24VDC/0,5A HF 1 6ES7132-6BF00-0CA0 F-DI 8x24VDC HF 1 6ES7136-6BA00-0CA0 F-DQ 4x24VDC/2A PM HF 1 6ES7136-6DB00-0CA0 Baseunit für DI Push-In, 10 AUX, Einspeisekl. getrennt 1 6ES7193-6BP00-0DA0 Baseunit für DQ, F-DI, F-DQ Push-In, Einspeisekl. gebrückt 3 6ES7193-6BP00-0BA0 Taster für Start, Quittierung (NO) SIRIUS Drucktaster, Leuchtmelder Taster für Stopp (NC) 1 Leuchtmelder 4 2 3SU1 Stromversorgung Laststromversorgung PM 190W 1 6EP1333-4BA00 Hersteller SICK Tabelle 2-2 Komponente Typ Anzahl Artikelnummer Sicherheits-Lichtvorhang SICK C4000 Eco Sender, M12 Sicherheits-Lichtvorhang SICK C4000 Eco Empfänger, M12 C40S-0303AA310 1 1027464 C40E-0303AN310 1 1027465 Anschlussleitung mit Stecker DOL-1205-G02M 2 6008899 Reflexions-Lichtschranke Rotlicht, mit Poti, PNP, M12- Stecker, 4 polig WL27-3P2431 4 1027982 Reflektor PL30A 4 1002314 Anschlusskabel DOL-1204-G02M 4 6009382 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 8
Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.3 Hard- und Software-Komponenten Software-Komponenten Tabelle 2-3 Komponente Artikelnummer Typ STEP 7 Professional 6ES7822-1AA03-0YA5 V13 SP1 STEP 7 Safety Advanced 6ES7833-1FA13-0YA5 V13 SP1 Downloads zum Anwendungsbeispiel Die folgende Liste enthält alle Dateien und Projekte, die in diesem Beispiel verwendet werden. Tabelle 2-4 Dateiname 58793869_Muting_Light_Curtain_DOC_V21_de.pdf 58793869_Muting_Light_Curtain_PROJ_V21.zip LMutSV20.zip 58793869_Muting_Light_Curtain_SET_V20.zip Inhalt Dieses Dokument TIA Portal-Projekt Bibliothek zur Realisierung der Muting-Funktion Safety Evaluation Tool Projektdatei Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 9
Siemens AG 2016 All rights reserved 2 Lösung 2.4 Vorteile 2.4 Vorteile SIMATIC Safety Integrated for Factory Automation In der SIMATIC können Standardanwendungen und fehlersichere 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 Zur Programmierung von fehlersicheren Anwendungen stehen spezielle Anweisungen zur Verfügung. Beispiele: Zweihandüberwachung, Diskrepanzanalyse, Muting, Not-Halt, Schutztürüberwachung, Rückführkreisüberwachung. Sicherheits-Lichtvorhänge von SICK (/11/) SICK bietet ein breites Programm an Sicherheits-Lichtvorhängen an: Kosten sparende Komplettsysteme mit integrierten Funktionen Schnelle Inbetriebnahme Individuelle Anpassung über CDS Benutzersoftware oder kundenspezifische Voreinstellungen ab Werk Einsetzbar bei hohen Temperaturschwankungen sowie in Nassbereichen Reduzierte Engineering- und Lagerkosten durch eine universelle Schnittstelle Integrierter Taktbetrieb mit definiertem Taktfenster bietet bis zu 30 % höhere Produktivität 2.5 Vorausgesetzte Kenntnisse Das Anwendungsbeispiel zeigt das Prinzip, wie ein Lichtvorhang 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 Professional V13 SP1 (/10/) STEP 7 Safety Advanced V13 SP1 (/7/) Modulare Controller SIMATIC S7-1500 (/3/) SIMATIC Dezentrales Peripheriesystem ET 200SP (/5/) ET 200SP Fehlersichere Module (/6/) Industrielle Kommunikation PROFINET (/9/) SICK Sicherheits-Lichtvorhang C4000 (/11/) SICK Reflexions-Lichtschranke (/11/) Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 10
Siemens AG 2016 All rights reserved 3 Grundlagen 3.1 Muting 3 Grundlagen 3.1 Muting 3.1.1 Definition Muting ist eine bewusste Unterdrückung der Schutzfunktion von Lichtvorhängen. Muting kann zum Beispiel dazu verwendet werden, um Werkstücke in den durch einen Lichtvorhang überwachten Gefahrbereich zu transportieren, ohne dass die Maschine ausgeschaltet wird. Muting wird durch Signale von Muting-Sensoren eingeleitet. GEFAHR Es muss ausgeschlossen werden, dass eine Person dieselbe Signalabfolge erzeugt wie ein befördertes Objekt. Durch die Position der Muting-Sensoren, sowie die richtige Einbindung in den Produktionsablauf muss sichergestellt sein, dass keine Person den Gefahrbereich betreten kann, während Muting aktiv ist. 3.1.2 Alternative Anordnungen der Muting-Sensoren Eine Muting-Funktion kann auf verschiedene Weisen realisiert werden. Im nachfolgenden werden zwei Alternativen zum sequenziellen Muting vorgestellt. Die Funktionsweise von sequenziellem Muting wird in Kapitel 4.1 ausführlich erläutert. Paralleles Muting mit vier Sensoren Alternativ zu den Reflexions-Lichtschranken können optische Taster oder induktive Näherungssensoren eingesetzt werden. Die beiden Sensoren eines Sensorpaares sind dann gegenüberliegend angeordnet. Dies bietet Vorteile, wenn wenig Platz an der Anlage zur Verfügung steht. Abbildung 3-1 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 11
Siemens AG 2016 All rights reserved 3 Grundlagen 3.1 Muting Zwei über Kreuz angeordnete Muting-Sensoren Anstelle von vier Muting-Sensoren werden zwei über Kreuz angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass weniger Sensoren notwendig sind. Allerdings ist die korrekte Anordnung komplexer und eine Mindestlänge sowie eine Mindestbreite der Werkstücke muss berücksichtigt werden. Abbildung 3-2 Ablauf Muting: Wenn die beiden Muting-Sensoren M11 und M12 innerhalb einer parametrierten Diskrepanzzeit vom Werkstück aktiviert werden ( 1 -Signal annehmen), startet das Muting. Solange beide Muting-Sensoren M11 und M12 aktiviert sind, bleibt das Muting erhalten. Erst wenn einer der beiden Muting-Sensoren M11 und M12 inaktiv wird ( 0 - Signal annehmen), wird Muting beendet. Muting muss innerhalb einer eingestellten Maximaldauer beendet werden. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 12
Siemens AG 2016 All rights reserved 3 Grundlagen 3.2 Sicherheits-Lichtvorhang SICK C4000 Eco 3.2 Sicherheits-Lichtvorhang SICK C4000 Eco Der Schwerpunkt des Anwendungsbeispiels liegt beim Einsatz eines Sicherheits- Lichtvorhanges zusammen mit SIMATIC Safety Integrated for Factory Automation. Verwendet wird exemplarisch ein Sicherheits-Lichtvorhang der Firma SICK. Im vorliegenden Kapitel werden Grundlagen zum Sicherheits-Lichtvorhang SICK C4000 Eco vermittelt (/11/). Anwendungsbereich Der Sicherheits-Lichtvorhang C4000 ist eine berührungslos wirkende Schutzeinrichtung. Das Gerät ist geeignet für: Gefahrstellenabsicherung (Finger- und Handschutz) Gefahrbereichsabsicherung Zugangsabsicherung Funktionsweise Der Sicherheits-Lichtvorhang C4000 besteht aus einem Sender und einem Empfänger (Abbildung 3-3). Zwischen den beiden liegt das Schutzfeld, definiert durch die Schutzfeldhöhe und die Schutzfeldbreite. Sender und Empfänger synchronisieren sich automatisch auf optischem Weg. Eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Komponenten ist nicht erforderlich. Abbildung 3-3 Der Empfänger stellt zwei fehlersichere Schaltausgänge zur Verfügung (OSSD1, OSSD2). Wenn das Schutzfeld verletzt wird, schalten beide Schaltausgänge ab ( 0 -Signal). Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 13
Siemens AG 2016 All rights reserved 3 Grundlagen 3.3 Reflexions-Lichtschranke SICK WL27-3 Anbindung an die F-CPU Der Empfänger des Lichtvorhangs liefert die sicheren Signale OSSD1 und OSSD2. Die Signale werden an ein fehlersicheres, digitales Eingabemodul (F-DI) der ET 200SP angeschlossen und dort ausgewertet. Das Ergebnis liest die F-CPU über das Prozessabbild der Eingänge ein. Bei Verletzung des Schutzfeldes (Unterbrechung Lichtvorhang) liest die F-CPU ein 0 -Signal von der F-DI. Das Sicherheitsprogramm in der F-CPU sorgt dann für ein Ausschalten der Maschine. 3.3 Reflexions-Lichtschranke SICK WL27-3 Als Muting-Sensoren werden SICK Reflexions-Lichtschranken der Baureihe WL27-3 eingesetzt. Abbildung 3-4 zeigt die Funktionsweise (/11/). Abbildung 3-4 Im Anwendungsbeispiel wird das Q -Signal ausgewertet: Lichtstrahl nicht unterbrochen: Q liefert 0 -Signal (Sensor inaktiv) Lichtstrahl unterbrochen: Q liefert 1 -Signal (Sensor aktiv) Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 14
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels Im Anwendungsbeispiel ist sequenzielles Muting mit 4 Muting-Sensoren realisiert. Als Muting-Sensoren werden Reflexions-Lichtschranken eingesetzt. Die Muting- Funktion wird durch die Muting-Sensoren aktiviert, sofern die korrekte Schaltreihenfolge und die Diskrepanzzeiten der Muting-Sensoren eingehalten wurden. Die Muting-Funktion ist für beide Transportrichtungen ausgelegt: Transport in die Montagezelle ( vorwärts ) Transport aus der Montagezelle heraus ( rückwärts ) Abhängig von der Transportrichtung des Werkstücks, müssen die Muting-Sensoren in folgender Reihenfolge schalten (Lichtstrahl wird unterbrochen), um die Muting- Funktion zu aktivieren bzw. aufrecht zu erhalten: vorwärts : M11 M12 M21 M22 rückwärts : M22 M21 M12 M11 Beim Herausfahren aus dem Überwachungsbereich der Muting-Sensoren müssen die Muting-Sensoren in der oben genannten Reihenfolge wieder inaktiv werden (Lichtstrahl ist nicht mehr unterbrochen). Das Erkennen einer falschen Schaltreihenfolge führt zum sicheren Abschalten des Förderbands und der Maschine. 4.1.1 Transport eines Werkstücks ohne aktivierte Muting-Funktion Wird die Muting-Funktion beim Einfahren des Werkstücks nicht aktiviert oder eine Person versucht die Montagezelle zu betreten, löst eine Unterbrechung des Lichtvorhangs das sichere Abschalten des Förderbands und der Maschine aus. Tabelle 4-1 Signal Hardware Erläuterungen START Starttaster Positive Flanke: Maschine einschalten STOP Stopptaster 0 -Signal: Maschine ausschalten ACK Quittiertaster Positive Flanke: Quittierung OSSD Ausgang Lichtvorhang 0 -Signal: Verletzung Schutzfeld ACTUATOR Maschine und Förderband --- Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 15
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels Abbildung 4-1 Tabelle 4-2 Erläuterung der Zeitpunkte t aus Abbildung 4-1 Zeit Erläuterungen t1 Einschalten Maschine t2 Ausschalten Maschine t3 Einschalten Maschine t4 Verletzung Schutzfeld Ausschalten Maschine t5 Schutzfeld ist wieder frei t6 Einschalten der Maschine ist nicht möglich, wegen fehlender Quittierung t7 Quittierung t8 Einschalten Maschine 4.1.2 Transport eines Werkstücks mit aktivierter Muting-Funktion Im Nachfolgenden wird die Aktivierung der Muting-Funktion durch den Transport des Werkstücks in die Montagezelle (Transportrichtung vorwärts ) beschrieben. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 16
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels Grafischer Ablauf der Muting-Funktion Tabelle 4-3 tx Lage Werkstück Bemerkungen t1 t2 Muting wird aktiviert, wenn beides gilt: Sensor M11 wird aktiv (Lichtstrahl ist unterbrochen) Sensor M12 wird innerhalb der eingestellten Diskrepanzzeit ebenfalls aktiv. t3 Das Werkstück verletzt das Schutzfeld und die Maschine wird nicht ausgeschaltet. t4 t5 Muting wird aufrecht erhalten, wenn beides gilt: die beiden Sensoren M21 und M22 werden innerhalb der eingestellten Diskrepanzzeit aktiv alle vier Sensoren waren gleichzeitig aktiv, bevor M11 inaktiv wird t6 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 17
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels t7 tx Lage Werkstück Bemerkungen t8 t9 Muting endet, wenn Sensor M21 inaktiv wird t10 Legende: tx: Zeitpunkt x (Abbildung 4-2) S: Sender Lichtvorhang E: Empfänger Lichtvorhang M: Muting-Sensor (Reflexions-Lichtschranke) R: Reflektor der Reflexions-Lichtschranke MU: Leuchtmelder Muting (aus: weißer Hintergrund, ein: roter Hintergrund) Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 18
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels Signalverläufe Abbildung 4-2 zeigt die Signalverläufe beim Transport des Werkstückes durch die Anlage. Die Zeitpunkte t1 bis t10 entsprechen der Tabelle 4-3. Abbildung 4-2 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 Sensor M11 1 0 t < disctime1 t < disctime1 Sensor M12 1 0 Sensor M21 1 0 t < disctime2 t < disctime2 Sensor M22 1 0 Muting 1 0 t < muttimemax Lichtvorhang 1 0 Überwachungszeiten: disctime1: Diskrepanzzeit Sensorpaar 1 (M11, M12) disctime2: Diskrepanzzeit Sensorpaar 2 (M21, M22) muttimemax: Max. zulässige Dauer der Muting-Funktion Transportrichtung rückwärts Muting wird eingeleitet, wenn Sensor M22 aktiv wird (Lichtstrahl ist unterbrochen) und Sensor M21 innerhalb der parametrierbaren Zeit (Diskrepanzzeit für Sensorpaar 2) ebenfalls aktiv wird. Im fehlerfreien Fall endet Muting, wenn Sensor M12 inaktiv wird (Lichtstrahl ist nicht mehr unterbrochen) Muting-Leuchtmelder Der Leuchtmelder signalisiert dem Bedienpersonal durch konstantes Leuchten, dass Muting aktiv und damit die Schutzfunktion überbrückt ist. Der Muting-Leuchtmelder wird durch das F-DQ-Modul auf Drahtbruch überwacht. Wird Drahtbruch erkannt, wird Muting beendet und das Förderband und die Maschine werden abgeschaltet. Ein erneutes Einschalten der Maschine ist erst nach Freifahren des Werkstücks, Beseitigung des Drahtbruchs und Betätigung des Quittiertasters möglich. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 19
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels Abbruch Muting Im Fehlerfall wird Muting beendet und das Förderband und die Maschine werden abgeschaltet. Mögliche Fehlerfälle während Muting sind: Überwachungszeiten werden nicht eingehalten: Diskrepanzzeit Sensorpaar 1 (M11, M12) Diskrepanzzeit Sensorpaar 2 (M21, M22) Die maximale zulässige Dauer für aktives Muting wird überschritten Werkstück hat nicht die erforderliche Mindestlänge (siehe folgender Absatz). Die Muting-Sensoren schalten in einer nicht plausiblen Reihenfolge (z. B. M11 und M21) Fehler in der Hardware (z. B. Drahtbruch) Mindestlänge des Werkstücks Für fehlerfreies Muting muss das Werkstück mindestens so lang wie der Abstand zwischen den beiden äußeren Muting-Sensoren sein. Werden kürzere Werkstücke transportiert, kann die korrekte Schaltreihenfolge nicht mehr eingehalten werden. Abbildung 4-3 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 20
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.1 Funktionalität des Anwendungsbeispiels 4.1.3 Freifahrfunktion Im Fehlerfall werden das Förderband und die Maschine unmittelbar abgeschaltet und können erst wieder eingeschaltet werden, wenn der Lichtvorhang und die vier Muting-Sensoren frei sind und der Fehler quittiert wurde. Um das Werkstück im Fehlerfall aus dem Überwachungsbereich der Muting- Sensoren zu fahren, ist eine Freifahrfunktion implementiert. Die Freifahrfunktion wird aktiviert, indem der Quittiertaster zwei Mal hintereinander innerhalb von 4 Sekunden betätigt und gedrückt gehalten wird. Solange die Freifahrfunktion aktiv ist, kann das Förderband verfahren werden. Die Freifahrfunktion wird unter folgenden Bedingungen automatisch deaktiviert: Der Quittiertaster wird losgelassen. Alle Muting-Sensoren sind inaktiv. Die maximale zulässige Dauer für aktives Muting wird überschritten. Nach dem erfolgreichen Freifahren des Werkstücks, muss der Fehler über den Quittiertaster quittiert werden. 4.1.4 Wiedereingliederung F-Peripherie Tritt ein Fehler in einem Kanal der F-Peripherie auf (z. B. Drahtbruch), führt dies zur Passivierung dieses Kanals. Nach Fehlerbeseitigung muss der passivierte Kanal wieder eingegliedert werden. Dies geschieht über die Anweisung ACK_GL. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 21
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) 4.2.1 Übersicht Der Code (STEP 7-Projekt) enthält das Anwenderprogramm für die F-CPU. Das Anwenderprogramm besteht aus: Standard-Anwenderprogramm Sicherheitsprogramm Standard-Anwenderprogramm Abbildung 4-4 OB1 Diag Safety Program DataFrom Safety Tabelle 4-4 Programmbaustein Main DataFromSafety DiagSafetyProgram Funktion Aufruf des Bausteins DiagSafetyProgram. In diesem Datenbaustein werden die Diagnoseinformationen des Funktionsbausteins LMutS_Main im Datentyp Word abgelegt und von DiagSafetyProgram ausgewertet. Dieser Funktionsbaustein wertet die Diagnoseinformationen vom Datentyp Word aus DataFromSafety aus, legt sie als UDT im selben Datenbaustein ab und setzt die nicht-sicheren Ausgänge für die Leuchtmelder. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 22
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) Sicherheitsprogramm Abbildung 4-5 Main Safety LMutS_ Main LMutS_ Sensor Sequence LMutS_ DefState ACK_GL LMutS_ DiscMut Sensors LMutS_ Free Function DataFrom Safety Tabelle 4-5 Programmbaustein MainSafety LMutS_Main DataFromSafety ACK_GL Funktion In diesem Funktionsbaustein wird LMutS_Main aufgerufen und die Ausgänge für die Aktorik für das Förderband und die Maschine gesetzt. Außerdem wird die Anweisung ACK_GL zur Wiedereingliederung passivierter Kanäle ausgeführt. Dieser Baustein realisiert das sequenzielle Muting und ruft die unterlagerten Bausteine auf. In diesem Datenbaustein werden die Diagnoseinformationen des Funktionsbausteins LMutS_Main im Datentyp Word abgelegt. Wiedereingliederung passivierter Kanäle. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 23
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) 4.2.2 Bibliothek LMutS Die Bibliothek LMutS realisiert sequenzielles Muting und besteht aus folgenden Bausteinen und Datentypen. Tabelle 4-6 Bausteine der Bibliothek LMutS V2.0.0 für STEP 7 V13 SP1 Name Typ Version Beschreibung LMutS_Main FB V1.1.0 Realisiert das sequenzielle Muting und ruft die unterlagerten Bausteine auf. Anwenderschnittstelle zur Bibliothek. LMutS_DefState FC V1.0.0 Setzen und Rücksetzen der Zustände des Zustandsautomaten aus LMutS_SensorSequence. LMutS_DiscMut Sensors LMutS_Sensor Sequence FB V1.0.1 Überwachung der Diskrepanzzeit zwischen den beiden Muting- Sensoren eines Sensorpaars. FB V2.0.0 Überwachung der Schaltreihenfolge der Muting- Sensoren auf Plausibilität. LMutS_FreeFunction FB V1.0.1 Realisierung einer Freifahrfunktion, wenn die Sicherheitsfunktion aufgrund eines erkannten Fehlers den Materialtransport abgeschaltet hat, während sich das Material zwischen den Muting-Sensoren befindet. LMutS_typeDiag Datentyp V1.0.0 Diagnoseinformationen des Bausteins LMutS_Main in einzelnen Bits. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 24
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) 4.2.3 MainSafety Dieser Baustein enthält sämtliche sicherheitsrelevanten Bausteinaufrufe. Zusätzlich erfolgen hier das Schalten des Förderbands und der Maschine, sowie die Wiedereingliederung passivierter Kanäle. Über einen Starttaster können das Förderband und die Maschine eingeschaltet werden, solange das Freigabesignal der Sicherheitsfunktion #Q von LMutS_Main anliegt. Zusätzlich kann das Förderband eingeschaltet werden, wenn die Freifahrfunktion aktiv ist. Über einen Stopptaster kann beides abgeschaltet werden. Zusätzlich wird hier die Anweisung ACK_GL zur gleichzeitigen Wiedereingliederung aller F-Peripherie/Kanäle der F-Peripherie einer F-Ablaufgruppe nach Kommunikationsfehlern bzw. F-Peripherie-/Kanalfehlern. Beispiele für Ereignisse, die zur Passivierung führen: Drahtbruch an der F-DQ Fehlende Spannungsversorgung an der F-DI Hinweis Tritt ein Fehler in der Hardware auf, kann es ein paar Sekunden dauern, bis die Baugruppe erkennt, dass der Fehler beseitigt wurde (z. B. erkannter Drahtbruch). Erst danach hat die Betätigung des Quittiertasters Auswirkung. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 25
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) 4.2.4 LMutS_Main Funktion Der Baustein überwacht den Lichtvorhang und realisiert das sequenzielle Muting. Darin werden alle weiteren Bausteine, die zu der Sicherheitsfunktion beitragen, aufgerufen. Der Baustein bewertet, wann die Muting-Funktion aktiviert bzw. deaktiviert wird und wertet mögliche Fehler aus. Parameter Abbildung 4-6 Tabelle 4-7 Parameter Deklaration Typ Beschreibung lightcurtain IN Bool Freigabesignal vom Lichtvorhang. 1 -Signal: Schutzfeld nicht unterbrochen mutsens11 IN Bool Sensorpaar 1, Muting-Sensor 1 mutsens12 IN Bool Sensorpaar 1, Muting-Sensor 2 mutsens21 IN Bool Sensorpaar 2, Muting-Sensor 1 mutsens22 IN Bool Sensorpaar 2, Muting-Sensor 2 enable IN Bool Freigabe der Muting-Funktion. 0 -Signal: Es erfolgt keine Überwachung der Muting-Sensoren. Muting wird nicht aktiviert. indmutingvs IN Bool Wertstatus des F-DQ-Kanals, an dem die Muting-Leuchte angeschlossen ist ack IN Bool Quittieren von Fehlern disctime1 IN Time Max. zulässige Diskrepanzzeit für Sensorpaar 1 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 26
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) Parameter Deklaration Typ Beschreibung disctime2 IN Time Max. zulässige Diskrepanzzeit für Sensorpaar 2 muttimemax IN Time Max. zulässige Dauer der Muting-Funktion Q OUT Bool Freigabesignal der Sicherheitsfunktion mutingisactive OUT Bool Muting-Funktion ist aktiv freeisactive OUT Bool Freifahrfunktion ist aktiv fault OUT Bool Signal, dass ein Fehler im Sicherheitsprogramm erkannt wurde freereq OUT Bool Das Werkstück muss freigefahren werden ackreq OUT Bool Eine Quittierung durch den Anwender ist notwendig diag OUT Word Diagnoseinformationen Funktionsweise Zu Beginn wird der Funktionsbaustein LMutS_DiscMutSensors jeweils einmal für die beiden Sensorenpaare aufgerufen. Darin wird die Diskrepanz zwischen zwei Muting-Sensoren eines Sensorpaars zeitlich überwacht. Wird die max. zulässige Diskrepanzzeit überschritten, wird ein Fehler-Bit gesetzt wodurch die Muting- Funktion verhindert bzw. deaktiviert und die Maschine sicher abgeschaltet wird. Anschließend wird der Funktionsbaustein LMutS_SensorSequence aufgerufen, worin die Schaltreihenfolge durch einen Zustandsautomaten überwacht wird. Da die Muting-Funktion für beide Transportrichtungen aktiviert werden soll, gibt es zwei Zustände, in denen die Muting-Funktion aktiviert bzw. deaktiviert wird. Abbildung 4-7 Positionen des Werkstücks bei der die Muting-Funktion aktiviert wird Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 27
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) Abbildung 4-8 Positionen des Werkstücks bei der die Muting-Funktion deaktiviert wird Zusätzlich zu dem regulären Aktivieren der Muting-Funktion durch die Muting- Sensoren, wird diese auch aktiviert, wenn die Freifahrfunktion aktiv ist. Abbildung 4-9 Hinweis Ist der Eingang #enable FALSE, wird die Muting-Funktion temporär gesperrt, sodass diese auch bei Einhaltung der Bedingungen der Muting-Sensoren nicht aktiviert wird. Währenddessen werden die Muting-Sensoren auch nicht auf Schaltreihenfolge und Diskrepanz überwacht. Durch den Funktionsbaustein LMutS_FreeFunction wird entschieden, wann ein Freifahren des Werkstücks nötig ist und wann diese Funktion aktiviert wird. Das Freigabesignal der Sicherheitsfunktion #Q wird gesetzt, wenn folgendes gilt: der Lichtvorhang ist nicht unterbrochen oder die Muting-Funktion ist aktiv und es liegt kein Fehler an Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 28
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) Abbildung 4-10 4.2.5 LMutS_DiscMutSensors Funktion Um fehlerhafte Muting-Sensoren nicht erst bei der nächsten Anforderung der Muting-Funktion zu erkennen, werden die beiden Muting-Sensoren eines Sensorpaars auf Diskrepanz überwacht. Haben die beiden Muting-Sensoren eines Sensorpaars länger unterschiedliche Zustände als die max. zulässige Diskrepanzzeit, wird dies als Fehler erkannt und führt zum sicheren Abschalten des Förderbands und der Maschine. Parameter Abbildung 4-11 Tabelle 4-8 Parameter Deklaration Typ Beschreibung mutsens1 IN Bool Muting-Sensor 1 eines Sensorpaars mutsens2 IN Bool Muting-Sensor 2 eines Sensorpaars disctime IN TIME Max. zulässige Diskrepanzzeit 1 -Signal: Sensor aktiv (Objekt erfasst) enable IN Bool Muting-Funktion ist freigegeben. 0 -Signal: Diskrepanzzeit wird nicht überwacht. ack IN Bool Quittieren von Fehlern discfault OUT Bool Fehlerbit ( 1 : Überschreitung der max. zulässigen Diskrepanzzeit) Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 29
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) 4.2.6 LMutS_SensorSequence Funktion Der Programmbaustein überwacht die Schaltreihenfolge der Muting-Sensoren. Je nach Richtung, aus der das Werkstück den Lichtvorhang passiert, muss folgende Schaltreihenfolge der Muting-Sensoren eingehalten werden: Vorwärts : M11 M12 M21 M22 Rückwärts : M22 M21 M12 M11 Beim Herausfahren aus dem Überwachungsbereich der Muting-Sensoren müssen die Muting-Sensoren in der oben genannten Reihenfolge wieder inaktiv werden. Das Erkennen einer falschen Schaltreihenfolge führt zum sicheren Abschalten des Förderbands und der Maschine. Parameter Abbildung 4-12 Tabelle 4-9 Parameter Deklaration Typ Beschreibung mutsens11 IN Bool Sensorpaar 1, Muting-Sensor 1 1 -Signal: Sensor aktiv (Objekt erfasst) mutsens12 IN Bool Sensorpaar 1, Muting-Sensor 2 mutsens21 IN Bool Sensorpaar 2, Muting-Sensor 1 mutsens22 IN Bool Sensorpaar 2, Muting-Sensor 2 enable IN Bool Muting-Funktion ist freigegeben. 0 -Signal: Reihenfolge wird nicht überwacht. ack IN Bool Quittieren von Fehlern fault OUT Bool Fehlerbit ( 1 : Fehlerhafte Reihenfolge der Muting-Sensoren) Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 30
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) Funktionsweise Die Überwachung der korrekten Schaltreihenfolge der Muting-Sensoren, ist in einem Zustandsautomaten realisiert. Die Signale der vier Muting-Sensoren bestimmen den Zustand des Automaten. Begonnen wird im Zustand 0 (kein Werkstück detektiert, alle Muting-Sensoren geben 0 -Signal aus). Je nachdem von welcher Seite das Werkstück zugeführt wird, wird der Zustand F1 (Richtung Vorwärts ) bzw. der Zustand R1 (Richtung Rückwärts ) erreicht. Zu jedem Zeitpunkt kann nur einer von 15 möglichen Zuständen aktiv sein. Der Wechsel zu einem anderen Zustand geschieht indem der jeweils nächste Muting- Sensor aktiv wird. Das Setzen und Rücksetzen der Zustände erfolgt durch die Funktion LMutS_DefState. Im fehlerfreien Fall ändert sich mit jeder Änderung eines Sensorsignals, auch der Zustand des Zustandsautomaten. Ist dies nicht der Fall, wird dies als Fehler erkannt und am Ausgang #fault ausgegeben. Dies hat das sichere Abschalten des Förderbands und der Maschine zur Folge. Beispiel Im ersten Programmzyklus wird #statstate0 (Zustand 0) gesetzt, sofern alle vier Muting-Sensoren frei sind. Abbildung 4-13 Initialisierung von Zustand 0 Wenn im nächsten Netzwerk gilt, dass der aktuelle Zustand 0 ist und nur der Muting-Sensor 11 aktiv ist, während die anderen drei Muting-Sensoren inaktiv sind, ist die Weiterschaltbedingung erfüllt, #statestatef1 wird gesetzt und #statstate0 zurückgesetzt. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 31
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) Abbildung 4-14 Prüfung der Zustände F1 und F2 Die nachfolgende Abbildung zeigt das einzige Netzwerk von LMutS_DefState. Abbildung 4-15 Programm von LMutS_DefState Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 32
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) 4.2.7 LMutS_FreeFunction Funktion Der Funktionsbaustein LMutS_FreeFunction realisiert die Freifahrfunktion, die bereits in Kapitel 4.1.3 beschrieben wurde. Parameter Abbildung 4-16 Tabelle 4-10 Parameter Deklaration Typ Beschreibung fault IN Bool Das Förderband und die Maschine wurden aufgrund eines Fehlers angehalten. lightcurtain IN Bool Freigabesignal vom Lichtvorhang. 1 -Signal: Schutzfeld nicht unterbrochen mutsensorsfree IN Bool Alle vier Muting-Sensoren sind frei. ack IN Bool Befehl zum Aktivieren der Freifahrfunktion. timelimitexceeded IN Bool Die max. zulässige Dauer der Muting- Funktion wurde überschritten. freereq OUT Bool Das Werkstück wurde zwischen den Muting-Sensoren gestoppt und muss freigefahren werden. freeisactive OUT Bool Die Freifahrfunktion ist aktiv. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 33
Siemens AG 2016 All rights reserved 4 Funktionsweise 4.2 Beschreibung des Codes (STEP 7-Projekt) Funktionsweise Der Baustein erkennt, dass ein Freifahren notwendig ist, wenn ein Fehler anliegt und der Lichtvorhang oder mindestens einer der Muting-Sensoren blockiert ist. Daraufhin wird der Ausgang #freereq gesetzt. Wird in diesem Zustand auf dem Eingang #ack zwei Mal innerhalb von 4 Sekunden eine positive Flanke erkannt, wird die Freifahrfunktion aktiviert und der Ausgang #freeisactive gesetzt. Die Freifahrfunktion wird automatisch deaktiviert, wenn eine der folgenden Bedingungen zutrifft: Der Quittiertaster wird losgelassen. Alle Muting-Sensoren sowie der Lichtvorhang sind frei. Die maximale zulässige Dauer für aktives Muting wird überschritten. 4.2.8 DiagSafetyProgram Funktion Der Funktionsbaustein wertet die Diagnoseinformationen aus dem Sicherheitsprogramm aus und setzt die jeweiligen Ausgänge der Leuchtmelder. Um die Diagnoseinformationen der Muting-Funktion lesbarer zu machen, werden diese Informationen vom Datentyp Word in einen UDT (User Data Type) LMutS_typeDiag zurück in DataFromSafety geschrieben. Die Bedeutung der einzelnen Bits wird in Kapitel 8.1 beschrieben. Wurde ein Fehler in der Muting-Funktion erkannt, wird dies auf dem Ausgang zum Leuchtmelder für die Fehleranzeige geschrieben. Der Leuchtmelder für das Quittieren blinkt mit einer Frequenz von 1 Hz, wenn eine Quittierung durch den Anwender notwendig ist und leuchtet konstant, wenn ein manuelles Freifahren des Werkstücks durch den Anwender notwendig ist. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 34
Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.1 Einstellungen der DI 5 Konfiguration und Projektierung Das mitgelieferte Projekt bedarf keiner weiteren Konfiguration. Sollten Sie das Anwendungsbeispiel mit anderen Komponenten nachbauen, werden in diesem Kapitel die wichtigsten Einstellungen gezeigt. ACHTUNG Die nachfolgend gezeigten Einstellungen tragen mit dazu bei, PL e / SIL 3 zu erfüllen. Änderungen an den Einstellungen können zu einem Verlust der Sicherheitsfunktion führen. ACHTUNG Die in dem Beispielprojekt verwendeten Werte können gegebenenfalls von Ihren individuellen Anforderungen abweichen. 5.1 Einstellungen der DI Diagnose Die Diagnose von Drahtbrüchen muss deaktiviert sein. Abbildung 5-1 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 35
Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.2 Einstellungen der F-DI 5.2 Einstellungen der F-DI Kanalparameter Die Überwachung des Lichtvorhangs erfolgt über das Kanalpaar 0, 4. Die Auswertung des Gebers muss auf 1oo2 (2v2)-Auswertung, äquivalent ( 1oo2 evaluation, equivalent ) gestellt werden, um Diskrepanzen zwischen den beiden Kanälen zu erkennen und somit den geforderten Sicherheitslevel zu erreichen. Da der Lichtvorhang seine Ausgänge selbst auf Querschluss überwacht, muss als Geberversorgung Externe Geberversorgung ( External sensor supply ) eingestellt sein. Abbildung 5-2 Hinweis Nicht verwendete Kanäle müssen Sie händisch deaktivieren. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 36
Siemens AG 2016 All rights reserved 5 Konfiguration und Projektierung 5.3 Einstellungen der F-DQ 5.3 Einstellungen der F-DQ DQ Parameter Der Helltest (engl. light test) muss bei sicheren Ausgängen, an denen Leuchtmelder angeschlossen sind, deaktiviert werden, da Leuchtmelder nicht ausreichend träge sind und sonst während des Tests aufleuchten würden. Da in diesem Anwendungsbeispiel die Aktorik durch Leuchtmelder simuliert wird, ist der Helltest für die Kanäle 0 bis 2 deaktiviert. Abbildung 5-3 Hinweis Nicht verwendete Kanäle müssen Sie händisch deaktivieren. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 37
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Installation der Hardware 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Installation der Hardware Die erforderlichen Hardware-Komponenten sind im Kapitel 2.3 aufgeführt. ACHTUNG Die Aufbaurichtlinien für PROFINET (/4/), SICK Lichtvorhang und Reflexions-Lichtschranke (/11/), SIMATIC S7-1500 (/3/) und SIMATIC ET 200SP (/5/) sind zu beachten. Sehen Sie dazu die entsprechenden Gerätehandbücher. 6.1.1 Übersicht Die Reihenfolge der Module der dezentralen Peripherie ist in Abbildung 6-1 dargestellt. Verdrahtungspläne finden Sie im nächsten Abschnitt. Abbildung 6-1 Hinweis Für den Sicherheits-Lichtvorhang kann eine getrennte Stromversorgung eingesetzt werden, um die Verfügbarkeit zu verbessern (EMV, Spannungsschwankungen, usw.). Beide Stromversorgungen benötigen die gleiche Masse. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 38
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Installation der Hardware 6.1.2 Verdrahtung DI Die Abbildung sowie die nachfolgende Tabelle zeigen die Verdrahtung der Taster und der Muting-Sensoren auf das DI-Modul. Abbildung 6-2 L+ M L+ M DI 8x24VDC 1 2 3 15 5 6 7 8 9 10 11 12 A1 A2 A3 A4 A5 Start Ack Stop MS11 Ǭ Ǫ L+ M MS12 Ǭ Ǫ L+ M MS21 Ǭ Ǫ L+ M MS22 Ǭ Ǫ L+ M Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 39
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Installation der Hardware Tabelle 6-1 Klemme Modul Anschluss Komponente 1 / 15 DI.0 / 24VDC Starttaster (Schließer) 2 / 15 DI.1 / 24VDC Stopptaster (Öffner) 3 / 15 DI.2 / 24VDC Quittiertaster (Schließer) 5 DI.0 Q Muting-Sensor 11 6 DI.1 Q Muting-Sensor 12 7 DI.2 Q Muting-Sensor 21 8 DI.3 Q Muting-Sensor 22 9 24VDC L+ Muting-Sensor 11 10 24VDC L+ Muting-Sensor 12 11 24VDC L+ Muting-Sensor 21 12 24VDC L+ Muting-Sensor 22 1A AUX M Muting-Sensor 11 2A AUX M Muting-Sensor 12 3A AUX M Muting-Sensor 21 4A AUX M Muting-Sensor 22 5A AUX M PM 190 W L+ L+ L+ PM 190 W M M M PM 190 W Aufdeckung von Hardware-Fehlern an den Muting-Sensoren Mögliche Fehler: Kurzschluss auf +24 V des kompletten Moduls: Ein gleichzeitiges Schalten der vier Muting-Sensoren wird durch den Zustandsautomaten im FB LMutS_SensorSequence als eine unplausible Schaltreihenfolge erkannt, was zum Abschalten des Förderbands und der Maschine führt. Kurzschluss auf +24 V eines einzelnen Kanals: Falls dies einen der Kanäle der beiden äußeren Muting-Sensoren M11 oder M22 betrifft, wird dies nach Ablauf der Diskrepanzzeit als Fehler erkannt, was zum Abschalten des Förderbands und der Maschine führt. Falls dies einen der Kanäle der beiden inneren Muting-Sensoren M12 oder M21 betrifft, interpretiert dies der Zustandsautomat im FB LMutS_SensorSequence als eine unplausible Schaltreihenfolge, was zum sofortigen Abschalten des Förderbands und der Maschine führt. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 40
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Installation der Hardware 6.1.3 Verdrahtung DQ Tabelle 6-2 Klemme Modul Anschluss Komponente 1 DQ.0 L+ LED Quittiertaster 2 DQ.1 L+ Leuchtmelder Fehler 9 M M LED Quittiertaster 10 M M Leuchtmelder Fehler 6.1.4 Verdrahtung F-DI Abbildung 6-3 L+ M L+ M F-DI 8x24VDC 1 4 L+ M OSSD1 OSSD2 Light curtain Tabelle 6-3 Klemme Modul Anschluss Komponente 1 F-DI.0 OSSD1 5 F-DI.4 OSSD2 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 41
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.1 Installation der Hardware 6.1.5 Verdrahtung F-DQ Abbildung 6-4 L+ M F-DQ 4x24VDC 1 9 2 10 3 11 Conveyor Machine Muting indicator Tabelle 6-4 Klemme Modul Anschluss Komponente 1 F-DQ.0 L+ Förderband 2 F-DQ.1 L+ Maschine 3 F-DQ.2 L+ Leuchtmelder Muting 9 M.0 M Förderband 10 M.1 M Maschine 11 M.2 M Leuchtmelder Muting Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 42
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme 6.2.1 Vorbereitung 1. Laden Sie die Projektdatei 58793869_Muting_Light_Curtain_PROJ_V21.zip herunter. Den Downloadlink finden Sie unter /2/. 2. Speichern Sie die zip-datei in einem beliebigen Verzeichnis auf Ihrem Computer und entpacken Sie diese. 3. Stellen Sie die IP-Adresse des PG/PCs ein, sodass sich das PG/PC im selben Subnetz wie die CPU befindet. 4. Verbinden Sie mit einem Ethernet-Kabel das/den PG/PC mit der Ethernet- Schnittstelle der CPU S7-1516F. Für dieses Anwendungsbeispiel wurden folgende IP-Adressen verwendet: CPU S7-1516F IP-Adresse: 192.168.0.1 Subnetz-Maske: 255.255.255.0 IM 155-6PN IP-Adresse: 192.168.0.2 Subnetz-Maske: 255.255.255.0 6.2.2 S7-Projekt in die CPU S7-1516F laden 1. Öffnen Sie TIA Portal V13. 2. Wechseln Sie in die Projektansicht. 3. Klicken Sie in der Menüleiste im TIA Portal auf Projekt > Öffnen ( Project > Open ). 4. Klicken Sie Durchsuchen ( Browse ) und öffnen Sie das entpackte Projekt. 5. Stellen Sie die CPU S7-1516F auf STOP. 6. Klicken Sie mit der rechten Maustaste im Projektbaum auf PLC_1 [CPU1516F-3 PN/DP] und dann auf Laden in Gerät > Hardware und Software (nur Änderungen) ( Download to device > Hardware and Software (only changes) ). 7. Wählen Sie die jeweilige Schnittstelle aus und klicken Sie auf Suche starten ( Start search ). Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 43
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme Abbildung 6-5 8. Wählen Sie die CPU anhand der MAC-Adresse aus und klicken Sie anschließend auf Laden ( Load ). Hinweis Die IP-Adresse und der Gerätename werden beim Laden des Projekts in die CPU automatisch zugewiesen. Abbildung 6-6 Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 44
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme 9. Bestätigen Sie den Dialog indem Sie auf Laden ( Load ) klicken. 10. Klicken Sie auf Fertig ( Finish ), wenn der Ladevorgang abgeschlossen ist. 6.2.3 Gerätenamen zuweisen Der Gerätename der CPU wird während des Ladevorgangs automatisch zugewiesen. Der ET 200SP muss der Gerätename manuell zugewiesen werden. Gehen Sie dazu wie folgt vor: 1. Öffnen Sie Geräte & Netze ( Devices & networks ) aus dem Projektbaum. 2. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die ET 200SP und wählen Sie Gerätenamen zuweisen ( Assign device name ). Abbildung 6-7 Geräte & Netze 3. Klicken Sie auf Liste aktualisieren ( Update list ) und wählen Sie die ET 200SP anhand der MAC-Adresse aus. 4. Klicken Sie nun auf Name zuweisen ( Assign name ) und schließen Sie das Fenster, wenn der Status mit OK gekennzeichnet ist. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 45
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme Abbildung 6-8 Gerätenamen zuweisen 6.2.4 F-Zieladressen zuweisen Um die sichere Kommunikation zwischen der F-CPU und den fehlersicheren Modulen der ET 200SP zu etablieren, müssen den Modulen noch F-Zieladressen zugewiesen werden. Hinweis Da die F-Adresse in dem elektronischen Kodierelement gespeichert wird, sind die nachfolgenden Schritte nur dann notwendig, wenn dem Kodierelement zuvor noch keine F-Adresse oder eine andere F-Adressen zugewiesen wurde. 1. Öffnen Sie Geräte & Netze ( Devices & networks ) aus dem Projektbaum. 2. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf der ET 200SP-Station und wählen Sie die Aktion F-Zieladresse zuweisen ( Assign F-destination address ), siehe Abbildung 6-7. 3. Aktivieren Sie das Kontrollkästchen des ersten fehlersicheren Moduls und klicken Sie auf die Schaltfläche Identifikation ( Identification ). 4. Wenn die LEDs der F-DI gleichzeitig im Sekundentakt grün blinken, aktivieren Sie das Kontrollkästchen Bestätigen ( Confirm ). 5. Klicken Sie anschließend auf die Schaltfläche F-Zieladresse zuweisen ( Assign F-destination address ) und bestätigen Sie den Dialog mit Ja. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 46
Siemens AG 2016 All rights reserved 6 Installation und Inbetriebnahme 6.2 Inbetriebnahme Abbildung 6-9 6. Wiederholen Sie die Schritte für die weiteren fehlersicheren Module. 7. Anschließend können Sie das Fenster schließen. Hinweis Alle roten LEDs der ET 200SP-Station sollten nach der Zuweisung der F-Zieladresse erlöschen. Ist dies nicht der Fall, liegt womöglich ein Fehler in der Verdrahtung vor. 8. Stellen Sie die CPU S7-1516F nun auf RUN. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 47
Siemens AG 2016 All rights reserved 7 Bedienung der Anwendung 7.1 Ausgangszustand des Aufbaus herstellen 7 Bedienung der Anwendung 7.1 Ausgangszustand des Aufbaus herstellen Voraussetzung Im Erfassungsbereich des Lichtvorhanges befindet sich kein Objekt. Im Erfassungsbereich der Muting-Sensoren befindet sich kein Objekt. Vorgehen Ergebnis Schalten Sie die Stromversorgung ein. Schalten Sie die F-CPU in RUN (Betriebsartenschalter auf RUN). Leuchtmelder Förderband: aus Leuchtmelder Maschine: aus Leuchtmelder Muting: aus Leuchtmelder Fehler: ein Quittiertaster: blinkt mit 1 Hz Lichtvorhang Empfänger: grüne LED ein Muting-Sensor: grüne LED ein, gelbe LED ein Eine Beschreibung der Anzeigen am Lichtvorhang und Muting-Sensor ist im Kapitel 8.2 zu finden. 7.2 Bedienung bei fehlerfreiem Betrieb Voraussetzung Der Aufbau befindet sich im Ausgangszustand (siehe Kapitel 7.1). Mit den Bedienungen der Tabelle wird der Transport eines Werkstückes in die Montagezelle simuliert. Hinweis Bei der Bedienung müssen die im STEP 7-Projekt parametrierten Überwachungszeiten eingehalten werden. Tabelle 7-1 Aktion Ergebnis / Hinweis 1. Drücken Sie den Quittiertaster. Die Leuchtmelder für Fehler und der Quittiertaster erlöschen. 2. Drücken Sie den Starttaster. Die Leuchtmelder für das Förderband und die Maschine leuchten. 3. Fahren Sie ein Objekt vor die Muting- Sensoren M11 und M12. Die Muting-Funktion wird aktiviert. Der Muting-Leuchtmelder leuchtet. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 48
Siemens AG 2016 All rights reserved 7 Bedienung der Anwendung 7.3 Freifahren Aktion 4. Fahren Sie das Objekt durch den Lichtvorhang und vor die Muting- Sensoren M21 und M22. 5. Fahren Sie das Objekt weiter, sodass die Muting-Sensoren M11, M12, M21 und der Lichtvorhang wieder frei sind. 6. Fahren das Objekt weiter, sodass nun auch der Muting-Sensor M22 wieder frei ist. Achten Sie dabei darauf, die Diskrepanzzeit einzuhalten. Ergebnis / Hinweis Die Leuchtmelder für das Förderband und die Maschine leuchten weiterhin. Die Muting-Funktion wird deaktiviert. Der Muting-Leuchtmelder erlischt. Die Leuchtmelder für das Förderband und die Maschine leuchten weiterhin. 7. Betätigen Sie den Stopptaster. Die Leuchtmelder für das Förderband und die Maschine erlöschen. --- 7.3 Freifahren Wird ein Fehler während des Transports des Werkstücks durch den Überwachungsbereich der Muting-Sensoren erkannt und das Förderband abgeschaltet, kann das Werkstück mithilfe der Freifahrfunktion aus dem Überwachungsbereich gefahren werden. Dass ein Freifahren notwendig ist, wird durch ein konstantes Leuchten des Quittieren-Leuchtmelders dargestellt. Gehen Sie wie folgt vor, um das Werkstück freizufahren: Tabelle 7-2 Aktion 1. Betätigen Sie den Quittiertaster zwei Mal innerhalb von 4 Sekunden und halten Sie den Quittiertaster gedrückt. 2. Halten Sie weiterhin den Quittiertaster gedrückt und betätigen Sie den Starttaster einmalig. Ergebnis / Hinweis Die Freifahrfunktion wird aktiviert. Der Muting-Leuchtmelder ist ein. Der Leuchtmelder für das Förderband wird aktiviert. 3. --- Die Muting-Funktion wird deaktiviert, sobald alle Muting-Sensoren frei sind. Der Leuchtmelder für das Förderband erlischt. Der Quittiertaster blinkt mit 1 Hz. 4. Lassen Sie den Quittiertaster los. 5. Betätigen Sie nun erneut den Quittiertaster, um den Fehler zu quittieren. Der Leuchtmelder für Fehler und der Quittiertaster erlöschen. Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 49
Siemens AG 2016 All rights reserved 8 Diagnose 8.1 Diagnoseinformationen der Applikation 8 Diagnose 8.1 Diagnoseinformationen der Applikation Der Funktionsbaustein LMutS_Main stellt Diagnoseinformationen im Datentyp Word am Ausgang #diag zu Verfügung. Diese werden in dem globalen Datenbaustein DataFromSafety abgespeichert und im Standard- Anwenderprogramm ausgewertet. Der Funktionsbaustein DiagSafetyProgram teilt die Diagnoseinformationen in die einzelnen Bits auf und legt sie in dem UDT (User Data Type) LMutS_typeDiag in demselben globalen Datenbaustein wieder ab. Die folgende Tabelle erläutert die Bedeutung der einzelnen Bits dieser Diagnoseinformationen. Tabelle 8-1 Bit Name in UDT Bedeutung 0 disctime1 Die max. zulässige Diskrepanzzeit des Sensorspaars 1 wurde überschritten. 1 disctime2 Die max. zulässige Diskrepanzzeit des Sensorspaars 2 wurde überschritten. 2 sequencefault Die Schaltreihenfolge der Muting-Sensoren wurde nicht eingehalten. 3 maxtimeexceeded Die max. zulässige Dauer der Muting-Funktion wurde überschritten. 4 lightcurtaininterrupted Der Lichtvorhang ist unterbrochen, obwohl weder Muting- noch Freifahrfunktion aktiv sind. 5 indicatorbroken Der Muting-Leuchtmelder ist defekt. 6 fault Einer der obigen Fehler liegt vor. 7 freereq Das Werkstück wurde zwischen den Muting-Sensoren gestoppt und muss freigefahren werden. 8 ackreq Eine Quittierung durch den Anwender ist notwendig 9 Q Das Freigabesignal der Sicherheitsfunktion liegt vor. 10 mutingisactive Die Muting-Funktion ist aktiv. 11 freeisactive Die Freifahrfunktion ist aktiv. Die Maschine wird bei folgenden Ereignissen ausgeschaltet: Der Stopptaster wird betätigt. Ein Fehler aus der obigen Tabelle ist aufgetreten. Ein Fehler wurde durch die fehlersicheren Baugruppen erkannt: Passivierung F-DI (z. B. Diskrepanzfehler bei OSSD1 und OSSD2) Passivierung F-DQ (z. B. Drahtbruch Muting-Leuchtmelder) Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 50
Siemens AG 2016 All rights reserved 8 Diagnose 8.2 Anzeigen am Lichtvorhang und Muting-Sensor 8.2 Anzeigen am Lichtvorhang und Muting-Sensor Hinweis In diesem Kapitel werden nur die Anzeigen beschrieben, die für das Anwendungsbeispiel wichtig sind. Empfänger Lichtvorhang (/11/) Abbildung 8-1 Tabelle 8-2 LED Farbe Bedeutung LED 1 orange Ein: Reinigen oder Ausrichten erforderlich LED 2 rot Ein: Objekt im Schutzfeld (Schutzfeld verletzt)) LED 3 grün Ein: Kein Objekt im Schutzfeld (Schutzfeld frei) LED 4 gelb Blinken: Rücksetzen erforderlich Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 51
Siemens AG 2016 All rights reserved 8 Diagnose 8.2 Anzeigen am Lichtvorhang und Muting-Sensor Muting-Sensor (/11/) Abbildung 8-2 Tabelle 8-3 LED Farbe Bedeutung LED 1 grün Ein: Betriebsspannung aktiv LED 2 gelb Ein: Lichtstrahl nicht unterbrochen (Sensor inaktiv) Aus: Lichtstrahl unterbrochen (Sensor aktiv) Beitrags-ID: 58793869, V2.1, 05/2016 52