Safety in der Simatic-S7-1500-Welt
Skalierbar, modular, flexibel
Im Falle eines Systemwechsels oder einer Modernisierung stellt sich beim Thema funktionale Sicherheit oft die Frage, wie die Anforderungen in der neuen Welt zu lösen sind. In diesem Fall kann der Einsatz der neuen Steuerungsfamilien von Siemens Vorteile bringen.
Bild: Siemens AGIm Umfeld von Industrie 4.0 werden häufig die existierenden Konzepte hinterfragt und nach neuen Möglichkeiten gesucht. Dabei stehen in erster Linie produktive Aspekte im Vordergrund. Die funktionale Sicherheit ist aber bei jedem Konzept zu berücksichtigen. In diesem Kontext stellen sich dann häufig zwei Fragen: Soll der getrennte Aufbau für Standardautomatisierung und Safety beibehalten werden? Sollen weiterhin Geräte mit festen Funktionen oder flexible konfigurierbare, softwarebasierte Lösungen zum Einsatz kommen? Der erreichbare Sicherheits- oder Performance-Level hilft hier als Kriterium nicht weiter, da nahezu alle Lösungen vergleichbare Werte erreichen. Als Kriterium kommt das Zusammenspiel bzw. die Integration in die Gesamtlösung der Automatisierung in Frage. Dazu ist u.a. Flexibilität wichtig. Das spricht für eine konfigurierbare, softwarebasierte Lösung mit Simatic Safety Integrated. Kombinieren Anwender diese mit den vielfältigen Möglichkeiten von Software wie dem TIA Portal, z.B. im Engineering, für das Bedienen und Beobachten oder für Service und Wartung, dann ergeben sich klare Vorteile.
Bild: Siemens AGDurchgängige Sicherheitskonzepte
Eine Herausforderung besteht manchmal darin, ein durchgängiges Sicherheitskonzept zu finden, wenn die Maschinen oder Anlagen unterschiedliche Größen haben. Wurde bereits in größeren Anwendungen eine Simatic-basierte Lösung für die Safety-Anforderungen genutzt, stand dieses Konzept eventuell für kleinere Applikationsgrößen nicht zur Verfügung, da es keinen passenden Controller mit Safety Integrated gab. Bei den neuen Controller-Generationen ist das anders: Es gibt nahezu jeden Controller auch in einer Variante mit Safety Integrated. Angefangen mit den Basic Controllern der Reihe Simatic S7-1200 über die Distributed Controller in der Aufbauform ET 200SP und ET 200Pro bis hin zu den modularen Advanced Controllern der Serie S7-1500 und den Technologie-Controllern für anspruchsvolle Motion-Control-Anwendungen. Anwender, die PC-basierte Controller für ihre Automatisierungslösung nutzen, haben ebenfalls die Möglichkeit, mit dem Software Controller S7-1507S F das gleiche Sicherheitskonzept auf einem Industrie-PC oder dem Open-Controller zu nutzen. Einmal erstellte Sicherheitsprogramme lassen sich voll kompatibel auf alle Controller übertragen. Maschinenbauer entwickeln so einheitliche Sicherheitskonzepte für unterschiedlich hohe Anforderungen, standardisieren dadurch einfacher und konsequenter und realisieren in Leistung sowie Mengengerüst angepasste Lösungen.
Integriertes Engineering
Ein wesentlicher Aspekt für die Erstellung eines Sicherheitskonzeptes ist, wie gut es mit dem Rest der Automatisierung zusammenspielt bzw. sich darin integrieren lässt. Neben der eigentlichen Sicherheit kommt es u.a. auch auf Flexibilität, (Zeit-)Aufwand und geringe Stillstandszeiten an. Gerade hier liegen die Stärken der Lösung basierend auf den fehlersicheren Simatic-Safety-Intergrated-CPUs und dem TIA Portal. Mit den standardisierten Software-Bibliotheken im Engineering Framework TIA Portal lassen sich sicherheitsrelevante Aufgaben wie Not-Halt, Lichtgitterüberwachung oder Zweihandbedienung über zertifizierte Applikationsbausteine lösen, die per Drag&Drop in das Programm hineingezogen werden, und zwar mit einheitlichem Look&Feel für den Standard- und Safety-Teil. Beim Einfügen einer F-CPU wird die Programmstruktur für das Safety-Programm automatisch angelegt. Eine gemeinsame, automatisch nachgeführte, dadurch immer konsistente Datenhaltung für Standard- und F-CPU, Peripherie, Antriebe und HMI-Geräte einer Applikation reduziert Fehler und spart Engineering-Zeit.
Bild: Siemens AGSimulation inklusive
Das integrierte Engineering ist auch der Schlüssel zu einer gemeinsamen Simulation von Standard- und Sicherheitsfunktionen unter einem Dach. Zusammen mit PLCSIM und PLCSIM Advanced lässt sich so das gesamte Programm inklusive der Sicherheitsfunktionen vorab ohne Hardware testen. Das spart ebenfalls Zeit, da sich weitere potentielle Fehlerquellen frühzeitig adressieren lassen.
Detaillierte Diagnose ohne Programmierung
Und wenn doch Fehler auftreten, bietet die Kombination aus Simatic S7-1500 und TIA Portal eine zuverlässige Lösung. Die S7-1500 verfügt über eine integrierte Systemdiagnose, womit sich auch Fehler im sicherheitsrelevanten Teil einfacher und schneller lokalisieren lassen, wie z.B. ein sporadischer, von einem Wackelkontakt verursachter Fehler an einem zweikanaligen Sensor. Die Systemdiagnose meldet in diesem Fall automatisch nicht nur den bzw. die betroffenen Kanäle, sondern auch die unterschiedlichen Signalzustände, die zu der Fehlermeldung führten. Die Fehlerquelle lässt sich so auch ohne eine Trace-Aufzeichnung schneller finden. Für diese Information ist keine Programmierung seitens des Anwenders erforderlich. Aber auch Prozessstörungen lassen sich mittels der integrierten Trace-Funktion überwachen. Die Maschinen- und Anlagendiagnose, die sich mittels des Optionspakets Prodiag projektieren lässt, beinhaltet auch die sicherheitsrelevanten Teile. Ein Daten-Mapping ist nicht notwendig. Die Diagnosemeldungen werden systemweit kommuniziert und lassen sich über ein HMI, im Engineering des TIA Portals oder mittels Webserver anzeigen. Auch über das Display der CPUs sind die Diagnosemeldungen im Klartext sichtbar. Zusätzlich wird auf dem Display immer der Status des Sicherheitsprogramms angezeigt sowie die aktuell laufende Version des Sicherheitsprogramms visualisiert, was eine schnelle und einfache Kontrolle vor Ort ermöglicht.
Bild: Siemens AGEinfaches Standardisieren und Modularisieren
Ist die Konfiguration und das Programm getestet und für fehlerfrei erklärt worden, bietet das TIA Portal über Bibliotheken die Möglichkeit, die Sicherheitsapplikationen einfacher zu standardisieren: Zusätzlich zu den vorgefertigten und vom TÜV abgenommenen Funktionsbausteinen von Siemens haben Anwender die Möglichkeit, eigene Bausteine oder Module bis hin zu umfangreichen Hardwarekonfigurationen zu entwickeln, zu testen und in einer Projektbibliothek abzulegen. Die Bausteine oder Konfigurationen werden dort mit einer eindeutigen Checksumme hinterlegt. Bei erneuter Verwendung der unveränderten Bausteine oder Module lassen sich diese dann über ihre Checksumme verifizieren und ohne erneute Prüfung des enthaltenen Codes einfach wiederverwenden, was das Standardisieren erleichtert.
Konfigurationssteuerung für Optionenhandling
Eine Erleichterung für die Standardisierung bei modularen Maschinen bringt eine Neuerung in Step 7 Safety Advanced V14 SP1 . Die Konfigurationssteuerung wurde um sicherheitsgerichtete Komponenten erweitert. Das unterstützt die einfache Umsetzung modularer Maschinen(sicherheits)konzepte mit mehreren Varianten oder Funktionsmodulen. Die Konfigurationssteuerung teilt der Steuerung beim Systemanlauf mit, welche Hardware in der gewählten Variante vorhanden ist und welche fehlt, sodass es zu keiner Fehlermeldung kommt. Damit ist es möglich, ein einziges Step7-Programm mit allen möglichen Varianten zu erstellen und bei der Inbetriebnahme die entsprechende Ausbauvariante auszuwählen. Das funktioniert nicht nur mit I/O-Baugruppen, sondern auch mit Antrieben, was ein effizientes Optionen-Handling ermöglicht.
Fazit
Ob das Sicherheitskonzept vorher bereits auf einer fehlersicheren S7-300-CPU oder auf externen sicheren Auswertegeräten basierte, die Migration auf die Simatic S7-1500 lohnt sich in beiden Fällen. Den Umstieg erleichtern vorgefertigte, kostenfrei im Internet erhältliche Applikationsbeispiele.
Im Falle eines Systemwechsels oder einer Modernisierung stellt sich beim Thema funktionale Sicherheit oft die Frage, wie die Anforderungen in der neuen Welt zu lösen sind. In diesem Fall kann der Einsatz der neuen Steuerungsfamilien von Siemens Vorteile bringen.
Bild: Siemens AGIm Umfeld von Industrie 4.0 werden häufig die existierenden Konzepte hinterfragt und nach neuen Möglichkeiten gesucht. Dabei stehen in erster Linie produktive Aspekte im Vordergrund. Die funktionale Sicherheit ist aber bei jedem Konzept zu berücksichtigen. In diesem Kontext stellen sich dann häufig zwei Fragen: Soll der getrennte Aufbau für Standardautomatisierung und Safety beibehalten werden? Sollen weiterhin Geräte mit festen Funktionen oder flexible konfigurierbare, softwarebasierte Lösungen zum Einsatz kommen? Der erreichbare Sicherheits- oder Performance-Level hilft hier als Kriterium nicht weiter, da nahezu alle Lösungen vergleichbare Werte erreichen. Als Kriterium kommt das Zusammenspiel bzw. die Integration in die Gesamtlösung der Automatisierung in Frage. Dazu ist u.a. Flexibilität wichtig. Das spricht für eine konfigurierbare, softwarebasierte Lösung mit Simatic Safety Integrated. Kombinieren Anwender diese mit den vielfältigen Möglichkeiten von Software wie dem TIA Portal, z.B. im Engineering, für das Bedienen und Beobachten oder für Service und Wartung, dann ergeben sich klare Vorteile.
Siemens AG
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 6 2017 - 19.06.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
