Aktuální vydání

celé číslo

12

2022

Automatizace výrobních, montážních a balicích strojů a linek

Elektrické, pneumatické a hydraulické pohony

celé číslo

Nová generace bezpečnostních automatů: Simatic S7-1500F

Společnost Siemens se v oblasti systémů pro zajištění funkční bezpečnosti při automatizaci strojů a strojních zařízení může pochlubit dlouhou tradicí. Již v 80. letech minulého století uvedla na trh programovatelné automaty řady Simatic S5 schopné redundantního zapojení a posléze byla bezpečnostní varianta doplněna také do řady Simatic S7. Doplnění bylo řešeno bezpečnostním rozšířením v automatu a použitím bezpečnostního komunikačního protokolu Profisafe na téže fyzické sběrnici, po které jsou přenášeny standardní údaje (bez rozdílu, zda protokolem Profibus nebo Profinet), při vývoji bezpečnostního programu v prostředí Step 7 rozšířeném o nástroj Distributed Safety.

 

PLC řady S7-1500F s integrovanou funkční bezpečností

V únoru letošního roku byly modely s vestavěným bezpečnostním rozšířením doplněny také do programovatelných automatů (PLC) nové řady Simatic S7-1500. Konkrétně jde o procesorové jednotky (CPU) typů S7-1516F a S7-1518F, představující vyšší úroveň výkonnostního spektra PLC (obr. 1, obr. 2). Procesorové jednotky pro méně náročné úlohy, tedy modely S7-1511F, S7-1513F, S7-1515F a ET 200SP F-CPU, budou uvedeny na trh postupně v průběhu letošního roku.
 

Vysoký výkon i s čistě hardwarovým PLC S7-1518F

Donedávna byly vysoké hodnoty výkonnosti především doménou softwarových PLC, nicméně s nejvýkonnějšími modely PLC řady S7-1500 byla doba odezvy zjištěná při ověřovacích zkouškách – od vstupu signálu, přes zpracování v PLC, kde běžel zkušební program se 3 000 vnořenými cykly, až po reakci na výstupní kartě (v tomto případě umístěné centrálně v téže skříni jako PLC) – v nejhorším případě 0,26 ms.
 
Při použití karet I/O ve stanici distribuovaných periferií ET 200SP, připojených při použití sběrnice Profinet s dobou obnovení 0,032 ms, byla naměřená doba odezvy v nejhorším případě 1,6 ms s výkonnými moduly typu High Feature a 3,4 ms s moduly standardními. U karet ve stanici ET 200MP byla nejdelší naměřená doba odezvy 0,6 ms.
 
V rámci dlouhodobých zkoušek byly měřeny doby odezvy PLC v řídicích systémech zákazníků společnosti Siemens (asi 250 sledovaných řídicích systémů) a byla zjištěna průměrná hodnota 1,2 ms. V porovnání s PLC S7-319F-3 PN/DP jde o zlepšení o asi 67 %.
 
Uvedené hodnoty dokazují, že i jen se samotným hardwarem lze dosáhnout dob odezvy blízkých době odezvy řídicích systémů postavených na bázi PC.
 

Okamžitá diagnostika bezpečnostních úloh přes vestavěný displej

Řídicí jednotky S7-1500 jsou standardně vybaveny vestavěným displejem, umožňujícím provádět základní diagnostiku systému i bez připojeného programovacího PC nebo programovacího přístroje (PG.). Jako takový je vestavěný displej velmi přínosný i jako nástroj k okamžité diagnostice bezpečnostních úloh. Lze kontrolovat adresy IP/DP, zobrazovat obsah diagnostické vyrovnávací paměti a status bezpečnostního programu (aktivovaný/deaktivovaný, bezpečnostní signaturu, čas, kdy byly provedeny změny v bezpečnostním programu, apod.). Velmi užitečné jsou i funkce nahrání tabulky proměnných do CPU a jejich následného zobrazení, což může významně pomoci v případě potřeby rychlé diagnostiky vlastními prostředky, bez PC nebo PG.
 

Stanice vzdálených I/O Simatic ET 200SP s bezpečnostními kartami

Stanice distribuovaných periferií ET 200SP doplňuje osvědčenou řadu stanic ET 200S o zařízení s velkou hustotou kanálů a z toho plynoucím malým prostorem zabraným v rozváděči. Díky až šestnáctikanálovým kartám I/O, integraci napájecích modulů v základní jednotce se svorkovnicí a celkové miniaturizaci lze v porovnání se stanicí ET 200S ušetřit až 50 % místa v rozváděči. Nabídka modulů pro stanici distribuovaných periferií ET 200SP je letos rozšiřována i o bezpečnostní karty (obr. 3). V první fázi je k dispozici vstupní modul 8×F-DI, umožňující připojit čtyři zařízení dvoukanálově (na úrovni SIL 3, popř. PL e), a výstupní modul 4×F-DO.
 

Safety Advanced V13 – úplná integrace bezpečnostních funkcí do TIA Portal

K použití ve vývojovém prostředí nové generace TIA Portal V13 je k dispozici také nová verze bezpečnostního rozšíření – Safety Advanced V13 –, dokonale integrovaná do prostřední TIA Portal a současně podporující jak nový bezpečnostní hardware řady S7-1500F, tak i klasické bezpečnostní automaty S7-300F a S7-400F, včetně softwarového bezpečnostního PLC WinAC RTX F. Po nainstalování nástroje Safety Advanced V13 se v prostředí TIA Portal otevřou možnosti konfigurování a programování bezpečnostních automatů, komunikačních sběrnic i distribuovaných periferií. Uživatel tak může využívat všechny přednosti, které vývoj automatizačních systémů v prostředí TIA Portal přináší, i k řešení úloh spjatých s funkční bezpečností.
 
Ve vývojovém prostředí TIA Portal V13 s bezpečnostním rozšířením Safety Advanced V13 lze projektovat automatizační systémy splňující požadavky normy EN 62061 až do kategorií SIL 3 a PL e podle normy ISO 13849 (obr. 4).
 

Safety Administration Editor jako nástroj k nastavení bezpečnostního systému

Součástí softwaru Safety Advanced V13 je také nástroj Safety Administration Editor, umožňující uživateli snadno nastavovat a zobrazovat všechny důležité parametry bezpečnostního systému, zadávat přístupová hesla, stanovovat maximální doby vykonávání bezpečnostního programu apod. Přínosem je snazší a rychlejší správa bezpečnostního systému, neboť uživatel nemusí tyto údaje vyhledávat v různých dílčích částech projektu systému.
 

Nové funkce k usnadnění vývoje bezpečnostních programů

Nástroj Safety Advanced V13 nabízí také nové funkce, které uživatelům pomohou při realizaci a správě úloh spjatých s funkční bezpečností (obr. 5). Při vložení bezpečnostního PLC do projektu automatizačního systému se automaticky vytvoří skupina zvaná F-Runtime a založí se tzv. hlavní bezpečnostní funkční blok (Main Safety FB). Nástroj Safety Advanced V13 přichází také s konceptem tzv. bezpečnostního organizačního bloku (F-OB), ze kterého je zaváděn hlavní bezpečnostní funkční blok. Tento koncept umožňuje dosáhnout maximální možné míry oddělení bezpečnostního a standardního řídicího programu. Dříve byl bezpečnostní program spouštěn ze standardního organizačního bloku, do něhož bylo možné ze standardního řídicího programu libovolně zapisovat.
 
Integrální součástí softwaru Safety Advanced V13 je knihovna bezpečnostních funkcí, např. ovládání nouzového zastavení, ovládání bezpečnostních dveří, dočasného vypnutí světelné záclony, dvouruční ovládání nebo vyhodnocování zpětné vazby od stykačů.
 
Komponenty knihovny jsou certifikované, a to k použití až do bezpečnostní úrovně SIL 3, popř. PL e. Zde je vhodné připomenout, že jedním ze základních konceptů prostředí TIA Portal je i celkový soubor knihoven, kdy si lze do vlastní knihovny uložit nejen programové bloky, ale i nastavení hardwaru, a v případě bezpečnostních úloh má takto uložená konfigurace hardwaru vygenerovaný vlastní kontrolní součet. Je-li kontrolní součet stejný, je zaručeno, že v konfiguraci a nastavení hardwaru nenastala žádná změna. Toto přijde vhod např. při tvorbě standardního postupu při opakovaném použití nastavení parametrů bezpečnostních karet distribuovaných periferií v projektech.
 
Samotné bezpečnostní programy jsou dále vytvářeny pomocí známých programovacích jazyků F-LAD (jazyk kontaktních schémat) a F-FBD (jazyk funkčních bloků) a uživatel může využít znalosti programování standardních řídicích programů získané při používání předchozího bezpečnostního rozšíření Distributed Safety.
 
Při závěrečném předávání automatizačního systému s integrovanými bezpečnostními funkcemi je důležité dodat veškeré potřebné podklady. Nástroj Safety Advanced V13 za tím účelem nabízí zjednodušenou funkci Safety Printout, tedy výpisu bezpečnostního programu. Ten vedle použitých hardwarových a softwarových bezpečnostních komponent obsahuje i výpis kódu bezpečnostního programu a unikátní kontrolní součet projektu systému.
 

Pohodlná migrace projektů z Distributed Safety

Při vývoji bezpečnostního rozšíření Safety Advanced V13 byl rovněž kladen velký důraz na snadnou migraci projektů vytvořených ve starších vývojových prostředích Distributed Safety v5.4 a Safety Advanced V11, popř. V12. Uživatel může bez obav využít své dosavadní projekty i v novém prostředí TIA Portal V13 a naplno využívat možnosti, které jsou v něm nabízeny.
 

Nové funkce TIA Portal i pro systémy s funkční bezpečností

Z nových funkcí nabízených prostředím TIA Portal V13 a procesorovými jednotkami řady Simatic S7-1500(F) lze těžit i při projektování a správě řídicích systémů kombinovaných se systémy funkční bezpečnosti. Jako příklad pomůcky velmi užitečné při dlouhodobější analýze proměnných, hledání zřídka se vyskytujících souběhů apod. lze uvést funkci Trace, zaznamenávající průběhy vybraných proměnných v čase. Další informace o bezpečnostních systémech pro automatizaci strojů a strojních zařízení i spojitých technologických procesů lze nalézt na stránkách www.siemens.cz/safety nebo na webových stránkách společnosti Siemens týkajících se technické podpory.
Vojtěch Kubáň, Siemens, s. r. o.
 
Obr. 1. Výkonná procesorová jednotka S7-1516F PN/DP
Obr. 2. Jednotka S7-1518F-4 PN/DP – nejvýkonnější CPU řady S7-1500F
Obr. 3. Ve stanici distribuovaných periferií ET 200SP lze kombinovat standardní a bezpečnostní moduly I/O
Obr. 4. Zobrazení hardwarová konfigurace bezpečnostní procesorové jednotky v prostředí TIA Portal V13 s rozšířením Safety Advanced V13

Obr. 5. Vývoj bezpečnostního programu v nástroji Safety Advanced V13