Jste zde

TEST - Bezpečnostní PLC Wieland SamosPRO

Antonín Vojáček, 20. Srpen 2014 - 21:18

V nabídce společnosti Schmachtl CZ s.r.o. jsou kvalitní modulární bezpečnostní PLC řady SamosPRO německé společnosti Wieland, která umožňují vytvořit již komplexní i náročné monitorování a zajištění bezpečnosti strojů i celých výrobních linek v bezpečnostních kategoriích SILCL 3 (dle normy EN 62061-1) a PL e / Category 4 (dle normy EN ISO 13849-1). Konkrétně jsem dostal možnost vyzkoušet kompletní tzv. STARTER SET obsahující CPU jednotku, I/O jednotku a CD s programovacím softwarem SamosPRO PLAN. V následujících řádcích jsou některé praktické postřehy z testování...

Co je to bezpečnostní PLC?

Bezpečnostní PLC je obecně mnoha vstupou a mnoha výstupovou programovatelnou jednotkou pro náročnější a rozsáhlé bezpečnostní monitorování a řízení obvykle ještě i s možností operativního rozšíření připojovacích míst či komunikace dle potřeby dané aplikace. Prostě tam, kde již nestačí použití bezpečnostních relé, jak z pohledu poskytovaných funkcí, tak z pohledu finančního (rozpočítáme-li cenu bezpečnostní jednotky vzhledem k počtu připojovacích vstupů a výstupů), vždy vítězí použití jednoho bezpečností PLC nad současným použitím více provázaných bezpečnostních relé.

U bezpečnostních PLC, podobně jako u "normálních" PLC, je možné si snadno pomocí nějakého typu blokového diagramu vytvořit i poměrně náročnou rozhodovací logiku v kombinaci s připojenými různými typy bezpečnostních snímačů a zařízení. Výstupem pak může být jak pouze jeden bezpečnostní výstup např. s funkcí vypnutí celého stroje, tak i mnoho výstupů například pro postupné vypínání pouze částí stroje či funkce, které přímo ohrožují obsluhu, či jen které mohou být potenciálně v dosahu z aktuální pozice člověka v prostoru a tedy pro něj potenciálně nebezpečné. Díky tomuto řešení není obvykle nutné vypínat celý stroj či linku při narušení jen části hlídaného prostoru a tedy mohou alespoň některé funkce dále nerušeně probíhat.

Jaký je rozdíl mezi "normálním" PLC a bezpečnostním PLC?

Jaký je ale rozdíl mezi normálním PLC a bezpečnostním PLC? Pokud nebereme v potaz obvykle různé části pouzdra zbarvené do žluté barvy pro na první pohled snadnou identifikaci bezpečností funkce ( i když to není vždy pravidlem), má bezpečnostní PLC z důvodu splnění požadavků bezpečnostních norem EN 62061-1 (parametr SILCL) a EN ISO 13849-1 (parametr PL a bezpečnostní kategorie) obvykle vylepšenou konstrukci.

Po hardwarové stránce má zvýšenou odolnost proti rušení, garantovaný maximální čas reakce na změnu stavu vstupů, maximalizovanou životnost, paralelní bezpečnostní výstupy či sledovací napájecí výstupy pro monitorování zkratu nebo přerušení vodičů od bezpečnostních snímačů a tlačítek.

Po stránce softwarové pak používá specializovaný či alespoň přizpůsobený programovací počítačový software, který v sobě již obsahuje hotové funkční bloky realizující funkce typu manuální či automatický reset při detekci změny na vstupu, blok EDM monitorování výstupů, bloky pro světelnou blikací indikaci požadavku manuálního resetu, vyhodnocení zkratu či přerušení vodičů od bezpečnostních výstupů snímačů a navíc i speciální procedůry kontroly správného návrhu a zapojení celého bezpečnostního řetězce i s vyhodnocením dosažené bezpečnostní kategorie a vystavením certifikátu a bezpečnostní dokumentace.

Navíc většina programovacích prostředí již má i zpracované celé bloky vyhodnocení stavů konkrétních bezpečnostních čidel tak, že si například uživatel/programátor vybere z menu blok připojení E-stop tlačítka či dvou paralelních tlačítek duálního ovládání, blok připojení bezpečnostní optozávory, skeneru, magnetických čidel dveří apod., který již obsahuje všechny požadované vstupy, funkce a časování nutné použít dle bezpečnostních norem, takže není nutné se tím podrobně zabývat. Například u všech snímačů s dvojitým paralelním výstupem je nutné monitorovat nejen jejich sepnutí/rozepnutí, ale i zpožděné mezi jejich sepnutími a pokud je odstup příliš vysoký, musí se indikovat porucha daného snímače, nebo třeba správnou posloupnost zaclonění světelných závor, muting bezpečností funkce apod.

Bezpečnostní PLC Wieland SamosPRO

Jedním ze zástupců programovatelných bezpečnostních PLC modulárního typu je řada SamosPRO německé společnosti Wieland určená pro realizaci komplexní ochrany lidské obsluhy strojů před možným zraněním či dokonce smrtelným zraněním v bezpečnostních kategoriích až SILCL 3 (dle normy EN 62061-1) a PL e / Category 4 (dle normy EN ISO 13849-1). Samozřejmě celková bezpečnost je dána zapojením a zde i programem PLC a neméně i použitými typy bezpečnostních snímačů a také na druhé straně akčních členů (odpojovačů nebezpečných částí a strojů.)

Hardware

Narozdíl od velkých kompaktních bezpečnostních PLC (např. OMRON G9SP) je SamosPRO v základu rozměrově malé zařízení tvořené CPU jednotkou "SP-SCON", které lze postupným rozšiřováním až 12 I/O jednotek SP-SDIO a SP-SDI velmi zvětšit. Minimálně je však vždy nutné připojit alespoň jeden rozšiřující modul, protože jako "správné modulární PLC" nemá základní CPU jednotka sama o sobě žádné vstupy ani výstupy a tvoří čistě jen řídicí jednotku s konektorem lokální interní propojovací sběrnice pro připojení dalších modulů vstupů / vstupů či komunikační moduly.

Od českého prodejce těchto bezpečnostních PLC SamosPRO, společnosti Schmachtl CZ s.r.o., jsem pak dostal zapůjčen k testování celý tzv. STARTER KIT SET obsahující mimo CPU jednotky SP-SCON-P1-K i jednu jednotku vstupů a výstupů s označením SP-SDIO84-P1-K-A, vestavný modul SP-MEMORY, programovací RS-232 kabel a CD s manuály a programovacím softwarem SamosPRO PLAN.

Maximální možná sestava systému bezpečnostního PLC Wieland SamosPRO.

Samotnou CPU jednotku je vždy nutné skombinovat s na první pohled podivuhodnou "vložkou" v podobě černého plastového kvádříku SP-MEMORY, která v praxi slouží jako napájecí a paměťový modul pro CPU jednotku. Není to z výrobního pohledu špatný nápad. CPU jednotka je vždy stejná, jen tento modul určuje použitelné napájení a navíc umožňuje snadný přenos softwaru například při výměně vadné jednotky. Dále na čelní straně najdete kruhový konektor M8 sloužící pro připojení programovacího sériového RS-232 kabelu. Zde bych mohl uvést jen takovou malou výtku, že mohli vývojáři rovnou udělat klasický miniUSB konektor (např. podobně, jak to má REER Mosaic), protože stejně téměř každý dnes už v PC 9pinové RS-232 konektory nemá a bude muset použít RS232/USB převodník. Zde jsem navíc zjistil, že nelze použít jakoukoliv redukci, protože například s NONAME převodníkem komunikaci nešlo navázat, ale s převodníkem Manhattan type 205146 již vše běhalo na výbornou.

Reálné fotky systému SamosPRO: CPU jednotka SP-SCON (první dvě zleva) a I/O jednotka SP-SDIO84 (první dvě zprava).

Jednotky vstupů a výstupů, například v mém případě SP-SDIO84-P1-K-A, je vždy nutné nasunout do 10pinové propojovací komunikační zásuvky, která se vyskytuje vždy na pravé straně každé jednotky, zatímco na levé straně všech rozšiřujících jednotek se nachází část ve formě zástrčky. Lze ta vytvořit dlouhý "had" až 12 I/O jednotek a 2 komunikačních jednotek. Každá rozšiřující I/O jednotka pak má samozřejmě na vstupech a výstupech vlastní připojovací šroubové svorkovnice ve dvou řadách nad sebou a každý vstup má vlastní indikační LED diodu. I když je vnitřní logika každé rozšiřující jednotky napájena po propojovací sběrnici stejným napětím jako CPU jednotka, má ještě navíc vlastní napájecí vstupy A1 a A2 pro samotné vstupy a výstupy.

V mém případě I/O jednotka SP-SDIO84-P1-K-A obsahovala 8 signálových dvoustavových vstupů (I1-I8), 4 spínané tranzistorové výstupy (O1-O4), napájecí svorky vstupů a výstupů (A1 a A2) a dva výstupy (X1 a X2) určené pro "kontrolované napájení" bezpečnostní beznapěťových kontaktů bezpečnostních prvků (typicky např. E-Stop tlačítek) pro hlídání zkratu na vedení. Signálové vstupy a výstupy nemají předem určenou žádnou konkrétní funkci a jejich konkrétní účel je dán až nahraným programem do CPU jednotky. Až v něm se i například definuje, zda výstupy budou bezpečnostní s dvěma paralelními kontakty nebo jen jednoduché například pro účely indikace stavu na majáku. To je například rozdíl od podobně laděného systému REER Mosaic, který má některé výstupy jen striktně bezpečnostní a některé jen striktně signální. Zde vše závisí jen na uživateli / programátorovi, jak to realizuje.

Software a programování

Programovací software "samosPRO PLAN", dodávaný na CD společně s CPU jednotkou, je jednoduchý na instalaci i použití, ale je nutné si navyknout na některé kontrolní bezpečnostní softwarové mechanismy. Ty ověřují nejen správné zapojení a použití zvolených funkčních bloků vložených na "programovací" plochu jejich vybráním ze seznamu, ale také kontrolují, zda nahrání programu do PLC proběhlo v pořádku. Proto například po nahrání již zkontrolovaného a přeloženého programu do PLC je nutné provést jeho zpětnou verifikaci opětovným načtením do vývojového softwaru přes speciální ikonu. Jinak sice program v PLC běží a funguje, ale stále na CPU jednotce bliká oranžová LED "CV", že verifikace ještě neproběhla.

Jinak z pohledu konfigurace, vytvoření programu, nahrání do PLC a ovládání jsou prakticky nejdůležitější poměrně nenápadné ikony (záložky) přepínání mezi plochou konfigurace hardwaru, přiřazení vstupů a výstupů proměnným, plochou vytváření samotného programu: "Hardware configuration" a "Logic Editor". Záložka "Report" pak generuje protokol celé provedené konfigurace.

Dvě základní "programovací plochy" softwaru SamosPRO PLAN: "Hardware configuration" a "Logic Editor".

Při zahájení nového projektu je hlavně nutné nejdříve v záložce "Hardware configuration" vybrat vlevo dole okna programu ikonu "Modules" a pak ze seznamu vybrat jednotky fyzicky napojené v realizovaném systému. Následně je nutné se přepnout ikonou "Elements" (hned vedle ikony "Modules") do seznamu deklarace vstupů a výstupů. Zde výběrem a následným přetažením zvoleného typu vstupu / výstupu na konkrétní políčko na zobrazení I/O jednotky se s ním spojí a případně lze ještě klikem pravým tlačítkem vyvolat nastavovací menu a nadefinovat, zapnout či vypnout přídavné vlastnosti.

Poté je nutné se přepnout do záložky "Logic Editor", kde se ze seznamu "Inputs" a "Function blocks" a "Outputs na plochu přetahují požadované funkční bloky či logické funkce a dříve nadefinované vstupy a výstupy bezpečnostního PLC a vše se vzájemně propojí do požadované logiky programu.

Pro programování je k dispozici až 255 specializovaných funkčních bloků a pak běžné bloky logických operací typu AND, OR, NOT, XNOR, XOR apod. Specializované bloky zahrnují konkrétní funkce, které mohou být potřeba pro bezpečnost, tedy například muting, reset, restart, EDM, kontrola paralelního sepnutí, kontroly max. hodnoty zpoždění reakce snímačů apod.

Pro nahrání programu fyzicky do CPU jednotky je nejdříve nutné v horní liště přes položku "COM settings" nastavit sériový COM port počítače a pak jen klinout na ikonu "Transfer". Tím se program nejdříve přeloží, zkontroluje na správnost konfigurace a logiky a pokud je vše OK nahraje jej do PLC a hned spustí běh. V PC se pak také automaticky začnou zobrazovat jak na ploše "Hardware configuration", tak "Logic Editor" aktuální stavy běhu programu, vstupů a výstupů. Vpravo dole okna programu samosPRO PLAN však bude svítit "Device configuration is not verified" , tedy konfigurace zařízení není ověřeno, a bliká LED dioda CV. Pro verifikaci je nutné kliknout na ikonu "Upload and Verify configuration" v ploše "Hardware configuration". Pokud je vše OK, zobrazí se konfigurační report a změní se popiska na "Device configuration is verified" a indikační LED "CV" začne trvale svítit.

Po nahrání programu do SamosPRO je pak nutná jeho verifikace (kontrola) zpětným nahráním do počítače a porovnáním s verzí programu ve vývojovém softwaru.

Závěr

Wieland SamosPRO představuje kompaktní řady modulárních programovatelných bezpečnostních automatů, ze kterých lze složit i složité kontrolní systémy, resp. přizpůsobit velikost a provedení požadavkům daného zabezpečovaného stroje či výrobní linky.

Kompletní sortiment komponent jednotek a modulů pro SamosPRO či případně celý STARTER SET, který jsem měl i já k dispozici na testování, lze v ČR zakoupit u společnosti Schmachtl CZ s.r.o. se sídlem v Jesenici u Prahy. Zároveň děkuji za jeho zapůjčení pro účely testování.