Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Integrovaná bezpečnost nově pro mikrosystémy i PLC v designu ET 200SP

Společnost Siemens rozšiřuje svůj koncept Simatic Safety Integrated, tj. bezpečnostních funkcí integrovaných v řídicí jednotce, na další typy PLC skupiny Simatic.

 
V minulosti byla technika integrované bezpečnosti (Simatic Safety Integrated, integrovaná bezpečnost) doménou řídicích systémů Simatic určených především pro úlohy vyžadující vyšší výkon procesorové jednotky, větší počet vstupů a výstupů, kratší dobu řídicího cyklu apod., obecně tedy výkonných systémů určených pro náročnější použití. Situace se částečně změnila k lepšímu s příchodem bezpečnostního PLC řady S7-300 vyrobeného v designu distribuované periferie ET 200S, známého IM151-8 F CPU. Nyní, na začátku roku 2015, se technika integrované bezpečnosti rozšiřuje dále, a to na celý sortiment řídicích systémů skupiny Simatic, tedy na celou řadu S7-1500 včetně PLC v designu distribuované periferie ET 200SP, což jsou PLC typů 1510(F) a 1512(F), i na tzv. mikroautomatizaci – PLC řady S7-1200.
 

Simatic Safety Integrated

Pro výrobce a programátory řídicích systémů u menších strojů a zařízení byla na první pohled jednoznačná volba použití řídicího systému s integrovanou bezpečností dosud často komplikována tím, že jejich systémy obvykle obsahují jen několik málo bezpečnostních funkcí, např. jen nouzové zastavení, bezpečnostní dvířka nebo dvouruční ovládání. I tento malý počet bezpečnostních funkcí však dosud při použití techniky integrované bezpečnosti vyvolával potřebu změnit zaběhnutý a prověřený koncept bezpečnosti, obvykle využívající bezpečnostní relé. Vyvstal také požadavek použít výkonnější PLC (které ale často nebylo pro danou úlohu bezpodmínečně nutné) a dále potřeba použít doplňkový rozšiřující software „odemykající“ přístup k funkcím konfigurování a programování bezpečnostních úloh z klasického vývojového prostředí Simatic Step 7. Šlo o software Distributed Safety nebo Safety Advanced v prostředí TIA Portal. Rozšiřující software, který umožní řešit bezpečnostní úlohu, je nutný i nyní. Pro konfigurování a programování bezpečnostních PLC řady S7-1200 F nicméně postačuje jeho verze Safety Basic.
 

Změnit zapojení bezpečnostního okruhu, nebo jednoduše upravit logickou funkci v softwaru: co považujeme za největší přednosti integrované bezpečnosti?

Výrobce stroje nebo zařízení typicky po posouzení rizik stroje, stanovení požadované úrovně bezpečnosti a navržení bezpečnostních funkcí řeší vlastní způsob realizace bezpečnostních okruhů. Za klasický a ověřený způsob je považováno použití samostatného, na řídicím systému stroje nezávislého bezpečnostního okruhu s bezpečnostními relé. Při větším počtu bezpečnostních funkcí je často používáno programovatelné a modulární relé.
 
V současné době lze řešit problematiku funkční bezpečnosti v rámci PLC softwarově. Má-li např. uživatel k dispozici stroj s nouzovým vypínačem, bezpečnostními dveřmi a volbu mezi automatickým a manuálním režimem, musí potřebnou bezpečnostní logiku (chce-li ji vytvořit při použití bezpečnostního relé) navrhnout a posléze i propojit vodiči („prodrátovat“). Vyvstává otázka, proč ji nevytvořit ve stejném prostředí jako standardní logiku řídicího programu a mechanické propojování si ušetřit? Jakákoliv změna (např. přidání dalšího nouzového vypínače) je navíc v případě klasického řešení často velmi pracná a časově náročná. V programu je taková změna otázkou několika sekund. Při použití programovatelného bezpečnostního relé uvedené nedostatky sice odpadají, stále je však nutné použít několik různých softwarových prostředí a obeznámit se s nimi a také vyřešit problémy ohledně diagnostiky (jak efektivně posílat diagnostické informace do PLC nebo k zobrazení na operátorském rozhraní). Technika Simatic Safety Integrated takového obtíže odstraňuje a stává se velmi efektivním a cenově výhodným řešením v oblasti funkční bezpečnosti. Veškerá diagnostika je již přítomna v systému, je přístupná operátorskému panelu i webovému serveru a nic není nutné programovat.
 

Bezpečnostní PLC řady S7-1200 splní SIL 3 i PL e

V první etapě jsou uváděna na trh bezpečnostní PLC S7-1214FC a S7-1215FC (FC jako Failsafe Controller), která podporují všechny funkce a možnosti i moduly standardních PLC S7-121x (obr. 1, obr. 2). Centrální vstupy a výstupy nejsou bezpečnostní, ty lze do systému přidat prostřednictvím modulů I/O. K dispozici je vstupní modul 16×F-DI, výstupní modul 4×F-DQ a výstupní reléový modul 2×F-RQ. Všechny splňují bezpečnostní úroveň až SIL 3 i Pl e. Ceny bezpečnostních automatů S7-1200 F odpovídají cenám o stupeň vyšších standardních modelů a nabízejí i jejich kapacitu paměti: bezpečnostní automat S7-1214 F je tedy cenově shodný se standardním PLC S7-1215.
 

Safety Basic V13 – všechny možnosti i pro S7-1200 F

Software Safety Basic V13 (obr. 3), mladší „bratr“ softwaru Safety Advanced V13, se na první pohled od staršího typu vůbec neliší. Všechny možnosti, funkce, způsoby zabezpečení, knihovní certifikované bloky, simulace i diagnostika zůstávají stejné jako dříve. Jediné, v čem se odlišuje od verze Advanced, je skutečnost, že ve verzi Basic lze do projektu automatizačního systému vložit pouze bezpečnostní PLC z řady S7-1200 F. Výhodou je tedy snadný přechod mezi projekty řešenými na těchto dvou platformách a známé prostředí.
 
Software Safety Basic V13 v obsahuje integrovanou knihovnu bezpečnostních funkcí, jako např. ovládání nouzového zastavení, bezpečnostní dveře, dočasné vypnutí speciální ochranné funkce, dvouruční ovládání nebo vyhodnocování zpětné vazby od stykačů (obr. 4). Funkce obsažené v knihovně jsou certifikovány, a to k použití až do bezpečnostní úrovně SIL 3 i PL e. Za připomínku stojí, že jedním ze základních rysů vývojového prostředí TIA Portal je také celkový koncept knihoven, kdy si lze do vlastní knihovny uložit nejen programové bloky, ale i nastavení hardwaru. V případě bezpečnostních úloh má takto uložená konfigurace hardwaru vygenerován vlastní kontrolní součet. Jestliže kontrolní součet zůstává stejný, je zaručeno, že v příslušné knihovně nenastala žádná změna. To lze využít např. k vytvoření standardu opakovaného použití nastavení parametrů bezpečnostních karet distribuovaných periferií v různých projektech.
 
Samotné programování bezpečnostních úloh nadále probíhá ve známých jazycích F-LAD (jazyk kontaktních schémat) a F-FBD (jazyk funkčních bloků). Při závěrečném předávání projektu využívajícího techniky integrované bezpečnosti je důležité dodat také veškeré nezbytné podklady. Software Safety Basic V13 k tomuto účelu nabízí zjednodušenou funkci Safety Printout, tedy výpis bezpečnostního programu, obsahující vedle použitých hardwarových a softwarových bezpečnostních komponent i výpis kódu bezpečnostního programu a unikátní kontrolní součet projektu.
 

Kompaktní bezpečnostní PLC v designu distribuované periferie ET 200SP

Další významnou novinkou je rozšíření sortimentu PLC řady S7-1500 o malý automat umožňující využít karty všech typů z oblíbené stanice distribuovaných periferií ET 200SP. Dostupné jsou dva typy s označením S7-1510 SP-1PN(F) a S7-1512SP-1PN(F), tedy modely doplňující sortiment PLC řady S7-1500(F) na dolní straně výkonového spektra (obr. 5). Obě tyto procesorové jednotky mají integrovaný tříportový ethernetový přepínač (dva porty přes Bus Adapter) a podporují kruhovou topologii. Výhodou je i možnost využít tzv. Option Handling, kdy ve stejném projektu automatizačního systému pracují stanice s fyzicky odlišným hardwarem.
 
Současně je v řadě PLC S7-1500 F uveden na trh nový bezpečnostní automat S7-1511 F-1PN s komunikačním rozhraním Profinet (obr. 6).
 

Ověření bezpečnostních funkcí v nástroji Safety Evaluation Tool

Zdarma dostupný nástroj Safety Evaluation Tool (SET) pomáhá ověřit, zda je zvolená bezpečnostní koncepce schopna splnit požadovanou úroveň bezpečnosti, a to podle norem jak EN 61508 (SIL), tak i ISO 13849 (PL). Parametry produktů značky Siemens jsou již obsaženy v databázi. Další bezpečnostní parametry různých komponent lze vložit ručně (střední doba mezi poruchami, počet spínání apod.). Nástroj je dostupný na internetu na www.siemens.cz/safety.
 

Závěr

Na bezpečnost strojů je kladen stále větší důraz. Společnost Siemens prosazuje v této oblasti koncepci Simatic Safety Integrated, tedy bezpečnosti integrované v PLC. Koncepce má mnoho předností, jimiž jsou zejména:
  • jednotné vývojové prostředí pro standardní i bezpečnostní úlohy a z toho plynoucí rychlý vývoj a údržba (změnit software je jednoduché, změnit zapojení v rozváděči je zpravidla složitější),
  • snadná diagnostika a vizualizace údajů o bezpečnosti (nic se neprogramuje, vše je zabudováno),
  • certifikovaná knihovna bezpečnostních funkcí,
  • cenově dostupné řešení na platformě S7-1200 F,
  • použití stejného softwaru na všech aktuálních platformách, tj. S7-1200(F) i S7-1500(F).
  •  

 
Tématu Siemens Safety Integrated bude věnován dubnový seminář série TIA na dosah (Totally Integrated Automation), který se uskuteční v Praze, Brně a Ostravě (termíny a registrace viz www.siemens.cz/tia.nadosah).
Vojtěch Kubáň
Siemens, s. r. o.
 
Obr. 1. Bezpečnostní PLC Simatic S7-1214FC
Obr. 2. Sestava CPU 1215FC s moduly bezpečnostních vstupů a výstupů
Obr. 3. Nástroj Safety Basic V13 ve vývojovém prostředí TIA Portal
Obr. 4. Safety Basic V13: obsah knihovny certifikovaných bezpečnostních funkcí
Obr. 5. CPU 1510/1512(F) – nová řídicí jednotka v designu ET 200SP
Obr. 6. CPU S7-1511 F-1PN – přírůstek v řadě bezpečnostních PLC S7-1500 F