Test eines Safety-Programms

Überblick¶

Im folgenden Beispiel wird gezeigt, wie man in PLC-Lab ab V3.1.0 oder höher das Safety-Programm einer S7-1200F G2 oder S7-1500F in S7-PLCSIM des TIA-Portals von Siemens testen kann. Bei dem Beispiel handelt es sich um eine Säge, welche sich in einer Umhausung befindet, die über eine Schutztür verschlossen wird.

Info

Das PLC-Lab Anlagenprojekt für die PLC-Lab Version 3.1.0 oder höher, kann unter folgendem Link geladen werden: PLC-Lab Safety-Anlagen-Beispiel

Die TIA-Projekte sind unter folgenden Links verfügbar:

Damit die Adressen der verwendeten SPS-Operanden bei allen SPS-Familien identisch sind, wird zwar jeweils eine S7-1200 G2-Safety-CPU (S7-1200F G2) bzw. S7-1500 Safety (S7-1500F) eingesetzt, die Safety-DI/DO-Baugruppen kommen aber von einer ET200SP. Nachfolgend ist die Netzansicht bei der Verwendung der S7-1200F G2 zu sehen.

Die ET200SP besitzt jeweils ein F-DI 8-Modul und ein F-DQ 8-Modul.

An diesen beiden Modulen sind die benötigten Safety-Sensoren und Safety-Aktoren angeschlossen.

Die S7-1200F G2 bzw. die S7-1500F benötigt nur eine "normale" DI-8 Baugruppe.

Schutztür¶

Die Position der Schutztür wird über zwei Positionsschalter erfasst. Die beiden Positionsschalter besitzen unterschiedliche Funktionsweisen. Der Positionsschalter 1 (Pkt. 1) wird über einen Betätiger ausgelöst, welcher beim Verschließen der Tür in den Positionsschalter fährt. Der zweite Positionsschalter (Pkt. 2) besitzt einen Rollenkopf, welcher bei geöffneter Tür betätigt wird.

Sollte ein Positionsschalter ausfallen, dann kann über den zweiten Schalter weiterhin eine geöffnete Schutztür erkannt werden. Auch eine Diskrepanzüberwachung wird von der Steuerung vorgenommen. Wird die Schutztür geöffnet und wieder geschlossen, dann muss vor dem Einschalten des Motors über die Zweihandüberwachung zunächst der Quittiertaster betätigt werden.

Der Kontakt des Positionsschalters 1 wird am Kanal 0 der F-DI 8-Baugruppe der ET200SP angeschlossen. Der Kontakt des Positionsschalters 2 am Kanal 4. Beide Kanäle bilden ein Kanalpaar. Im Beispiel haben diese die Adressen E2.0 und E2.4.

In der nachfolgenden Darstellung ist die Konfiguration der Auswertung zu sehen.

Diese wird auf "1oo1 (1v1)-Auswertung" eingestellt. Die Diskrepanzauswertung wird im SPS-Programm vom für die Schutztürüberwachung verwendeten Safety-Baustein "SFDOOR" übernommen. Eine Überwachung der Diskrepanz über die Hardware ist im Beispiel nicht möglich, da die Positionsschalter an verschiedenen Positionen der Tür angebracht sind und somit deren Schaltzeitpunkte ebenfalls unterschiedlich sind. Wie die Diskrepanzüberwachung im Baustein "SFDOOR" funktioniert, kann der Beschreibung des Bausteins innerhalb der Hilfe des TIA-Portals von Siemens entnommen werden.

Die nachfolgende Darstellung zeigt den für das Beispiel beschalteten Baustein "SFDOOR" innerhalb des Safety-Programms der CPU.

An den beiden Eingängen "QBAD_IN1" und "QBAD_IN2" wird jeweils der invertierte Wertstatus der Eingänge der Positionsschalter angegeben. In der virtuellen Anlage von PLC-Lab wird für die beiden Wertstatus-Eingänge jeweils ein Schalter platziert, welcher als Öffner konfiguriert ist. Somit besitzen die beiden Eingänge immer den Status 1, außer man betätigt einen der beiden Schalter um den jeweiligen Wertstatus bewusst auf den Wert 0 zu setzen.

Rückführkreisüberwachung¶

Der Motor der Säge wird über zwei Schütze geschaltet. Neben den Hauptkontakten verfügen die Schütze auch über jeweils einen zwangsgeführten Hilfskontakt, der als Öffner ausgelegt ist. So wie die Hauptkontakte werden auch die Hilfskontakte in Reihe geschaltet. Nur wenn beide Schütze angezogen haben, ist der Motor eingeschaltet. Die Reihenschaltung der beiden Hilfskontakte wird an den Eingang E0.3 der "normalen" DI-Baugruppe der CPU angeschlossen. Durch die Rückführkreisüberwachung wird das Verkleben eines Schützes erkannt und das Wiedereinschalten des Motors bis zur Fehlerbeseitigung verhindert.

Der Ausgang für die beiden Schütze wird vom Kanal 0 der F-DQ 8-Baugruppe der ET200SP bereitgestellt. Im Beispiel hat dieser die Adresse A11.0. Im SPS-Programm kommt der Safety-Baustein "FDBACK" zum Einsatz, um die Rückführüberwachung zu realisieren. Nachfolgend ist dessen Beschaltung zu sehen:

Am Eingang "QBAD_FIO" ist der invertierte Wertstatus des Kanals 0 der F-DQ 8-Baugruppe anzugeben. Im Beispiel hat dieser die Adresse E11.0. In der virtuellen Anlage von PLC-Lab wird dabei ein Schalter platziert und als Öffner konfiguriert. Somit wird im unbetätigten Zustand der Status 1 an den Eingang geliefert. Bei Betätigung des Schalters wird der Wertstatus auf den Status 0 gesetzt.

Realisierung der Rückführkreisüberwachung in der virtuellen Anlage von PLC-Lab¶

Der Baustein "FDBACK" erwartet, dass der "FEEDBACK"-Eingang (Rückleseeingang) innerhalb der in "FDB_TIME" eingestellten Zeit den invertierten Status des Ausgangs "Q" annimmt. Um dies in der virtuellen Anlage von PLC-Lab zu realisieren, kommt ein Rechner-Objekt zum Einsatz. Im Rechner-Objekt wird die Funktionsart "UND" selektiert und am Eingang 1 der Ausgang "contactors" (A11.0) angegeben. Am zweiten Eingang ist der interne BOOL-Operand "fdBackManipulate" eingetragen. Dessen Status wird über einen als Öffner konfigurierten Schalter beeinflusst. Das Ergebnis des Rechner-Objekts wird invertiert dem "fdbackContactors" (E0.3) zugewiesen.

Durch Betätigung des Schalters wird erreicht, dass der Status des "fdbackContactors" nicht mehr korrekt ist, somit liefert der Baustein "FDBACK" einen Fehler.

Not-Halt¶

In der Anlage ist ein Not-Halt vorhanden, bei dessen Betätigung die Säge sofort zum Stillstand kommen soll. Die Voraussetzung für das erneute Einschalten der Säge ist erst wieder gegeben, wenn der Not-Halt entriegelt und quittiert wurde.

Für den Not-Halt wird das Kanalpaar 1 und 5 der F-DI 8-Baugruppe der ET200SP verwendet. Diese haben die Adressen E2.1 "estopButtonCH1" und E2.5 "estopButtonCH5". Die Konfiguration des Kanalpaars ist auf "1oo2 (2v2)-Auswertung, äquivalent" einzustellen:

Im Safety-Programm wird der Baustein "ESTOP1" für die Auswertung des Not-Halts verwendet. Die Beschaltung ist im folgenden Bild zu sehen:

Neben der Angabe des "estopButtonCH1" am Eingang "E_STOP" des Bausteins, ist auch der Quittiertaster "ackButton" am Eingang "ACK" anzugeben. Mit diesem kann dann nach einem Not-Halt und dessen Entriegelung die Quittierung ausgeführt werden.

Realisierung des Not-Halt in der virtuellen Anlage von PLC-Lab¶

Für den Not-Halt-Schalter wird in PLC-Lab ein gewöhnlicher Schalter verwendet, wobei auch dessen zweiter Kontaktblock mit einem Operanden versehen wird. Für den Not-Halt des Beispiels stellt sich die Konfiguration wie folgt dar:

Am ersten Kontakblock wird der E2.1 "estopButtonCH1" angegeben und als Öffner eingestellt. Der zweite Kontaktblock ist mit dem E2.5 "estopButtonCH5" beschaltet und ist ebenfalls ein Öffner.

Weitere Einstellungen sind nicht notwendig.

Zweihandüberwachung¶

Sind die Voraussetzungen für das Einschalten der Säge gegeben, dann erfolgt das finale Einschalten über eine Zweihandbedienung. Dies bedeutet, es müssen zwei Taster innerhalb eines bestimmten Zeitfensters synchron betätigt werden.

Zur Realisierung der Zweihandüberwachung werden zwei Kanalpaare benötigt, für jeden Taster ein Kanalpaar. Dabei kommen für den ersten Taster die Kanalpaare 2 und 6 zum Einsatz mit den Adressen E2.2 und E2.6. Der zweite Taster verwendet die Kanalpaare 3 und 7 mit den Adressen E2.3 und E2.7. Beide Kanalpaare sind wie folgt konfiguriert:

Man beachte, dass die Auswertung auf "1oo2 (2v2)-Auswertung, antivalent" eingestellt ist. Dies bedeutet, dass der erste Kontaktblock eines Tasters als Schließer und der zweite als Öffner ausgelegt ist.

Im Safety-Programm wird der Baustein "TWO_H_EN" für die Realisierung der Zweihandüberwachung verwendet. Die Beschaltung ist im folgenden Bild zu sehen:

An den Eingängen "IN1" und "IN2" werden die Adressen angegeben, an denen der jeweilige Schließerkontakt des Tasters angeschlossen ist. Werden die beiden Taster innerhalb der Diskrepanzzeit von 300 ms synchron betätigt, dann wechselt der Status des Ausgangs "Q" auf 1, sofern die Bedingung am Eingang "ENABLE" den Status 1 ergibt. Wird einer der beiden Taster losgelassen oder wechselt die Bedingung an "ENABLE" auf 0, dann wird auch der Status des Ausgangs "Q" auf 0 gesetzt.

Realisierung der Zweihandüberwachung in der virtuellen Anlage von PLC-Lab¶

Es werden zwei Taster für die Zweihandüberwachung benötigt.

Dem ersten Taster wird der Operand "twoHandButton1CH2" (E2.2) zugeordnet. Am zweiten Kontakblock des Tasters ist der Operand "twoHandButton1CH6" (E2.6) anzugeben. Wichtig dabei ist, dass der zweite Kontaktblock als Öffner konfiguriert wird. In den Eigenschaften des Tasters ist der Buchstabe "A" als Hotkey anzugeben. Somit kann der Taster im RUN-Modus von PLC-Lab auch über den Buchstaben "A" auf der Tastatur betätigt werden. Nachfolgend nochmals die Einstellungen für den ersten Taster:

Am zweiten Taster ist der Operand "twoHandButton2CH3" (E2.3) anzugeben. Der zweite Kontakblock wird mit dem Operanden "twoHandButton2CH7" E2.7) belegt und als Öffner konfiguriert. Als Hotkey wird der Buchstabe "D" angegeben. Somit kann der Taster im RUN-Modus von PLC-Lab auch über den Buchstaben "D" auf der Tastatur betätigt werden. Im folgenden Bild sind diese Einstellungen nochmals dargestellt:

Im Run-Modus von PLC-Lab können die beiden Taster mit den Buchstaben "A" und "D" auf der Tastatur betätigt und somit die Zweihandüberwachung getestet werden.

Quittierung¶

Für den Quittiertaster wird in PLC-Lab ein Schalter-Objekt verwendet, als Taster konfiguriert und der Operand "ackButton" (E0.2) zugewiesen. Dies ist der Eingang einer "normalen" DI-Baugruppe.

Im Safety-Programm wird der Safety-Baustein "ACK_GL" verwendet um eine globale Quittierung für die aktuelle F-Ablaufgruppe zu realisieren. Nachfolgend ist dessen Beschaltung zu sehen:

Test des Safety-Programms an der virtuellen Anlage von PLC-Lab¶

Der Test des SPS-Programms kann mit S7-PLCSIM S7-1200 G2, S7-PLCSIM S7-1500 oder S7-PLCSIM Advanced durchgeführt werden. Dabei ist die Anlage wie folgt zu bedienen:

Die Schutztür wird geschlossen.
Der Quittiertaster "Ack" ist zu betätigten.
Über die gleichzeitige Betätigung der Buchstaben "A" und "D" wird die Zweihandauslösung aktiviert und die Säge wird eingeschaltet.

Wird die Schutztür geöffnet oder der Not-Halt betätigt, dann stoppt die Säge. Sind die Voraussetzungen wieder erfüllt und wurde der Quittiertaster betätigt, dann kann die Säge wieder eingeschaltet werden.