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s SIMATIC Sensors Sicherheitssensoren SIMATIC FS Sicherheitssensoren SIMATIC FS: Schutzfeldüberwachung mit dem Laserscanner LS4 Möglichkeiten einer Schutzfeldumschaltung am La- serscanner in der Praxis Durch die kontinuierliche Erfassung der Umgebung, die hohe Reichweite und die vier umschaltbaren Feldpaare ist der Laserscanner LS4-4 auch für schwierige Applikationen geeig- net. Oftmals stellt sich aber die Frage, wie man in der Praxis die 4 Feldpaare durch den Prozess umschalten kann. Die folgende Dokumentation soll zeigen, wie eine Schutzfeldumschaltung in den verschiedenen Einsatzgebieten des Laserscanners möglich ist und welche Hardware dafür eingesetzt werden kann. Die Festlegung der notwendigen Feldpaarkonturen ist durch das komfortable Bedienerprogramm "LS4soft" möglich. Aktiviert werden die Feldpaare durch das Anlegen von 24 V auf die entsprechenden Eingänge, welche am Stecker X1 des Scanners zur Verfügung stehen. ■ X1- 4 (FP1) ■ X1- 6 (FP2) ■ X1- 7 (FP3) ■ X1- 8 (FP4) Beim Umschalten der Feldpaare ist zu beachten, dass zuerst das neue Feldpaar dazugeschaltet und danach das bisherige abgeschaltet werden muss. Der beschriebene Vorgang darf hierbei maximal 1 s betragen. Wird diese Zeit überschritten oder zuerst das bisherige Feld- paar abgeschaltet, muss von einer fehlerhaften Applikation bzw. möglicherweise von einem fehlerhaften Geber für die Feldpaarumschaltung ausgegangen werden. Daher werden die beiden sicheren Halbleiterausgänge (OSSD) des Laserscanner LS4 sofort abgeschaltet und zusätzlich wird über die LEDs am LS4 eine Störung signalisiert, welche durch die Software LS4soft verifiziert und zugeordnet werden kann. Die Schutz- und Warnfeldumschaltung kann hierbei auf ver- schiedene Arten erfolgen: ■ Mechanisch z. B. Positionsschalter ■ Induktiv z. B. Induktive Näherungsschalter ■ PROFIsafe z. B. CPU 315F Min. Reset-Signal = 2 Min. Reset-Signal = 4 t t SF-Paar 1 SF-Paar 2 SF-Paar 3 SF-Paar 4 Zeitliche Überlappung
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sSIMATIC SensorsSicherheitssensoren SIMATIC FS
Sicherheitssensoren SIMATIC FS:
Schutzfeldüberwachung mit dem Laserscanner LS4
Möglichkeiten einer Schutzfeldumschaltung am La-serscanner in der Praxis
Durch die kontinuierliche Erfassung der Umgebung, die hohe Reichweite und die vier umschaltbaren Feldpaare ist der Laserscanner LS4-4 auch für schwierige Applikationen geeig-net.
Oftmals stellt sich aber die Frage, wie man in der Praxis die 4 Feldpaare durch den Prozess umschalten kann. Die folgende Dokumentation soll zeigen, wie eine Schutzfeldumschaltung in den verschiedenen Einsatzgebieten des Laserscanners möglich ist und welche Hardware dafür eingesetzt werden kann.
Die Festlegung der notwendigen Feldpaarkonturen ist durch das komfortable Bedienerprogramm "LS4soft" möglich.
Aktiviert werden die Feldpaare durch das Anlegen von 24 V auf die entsprechenden Eingänge, welche am Stecker X1 des Scanners zur Verfügung stehen.
■ X1- 4 (FP1)
■ X1- 6 (FP2)
■ X1- 7 (FP3)
■ X1- 8 (FP4)
Beim Umschalten der Feldpaare ist zu beachten, dass zuerst das neue Feldpaar dazugeschaltet und danach das bisherige abgeschaltet werden muss.
Der beschriebene Vorgang darf hierbei maximal 1 s betragen. Wird diese Zeit überschritten oder zuerst das bisherige Feld-paar abgeschaltet, muss von einer fehlerhaften Applikation bzw. möglicherweise von einem fehlerhaften Geber für die Feldpaarumschaltung ausgegangen werden.
Daher werden die beiden sicheren Halbleiterausgänge (OSSD) des Laserscanner LS4 sofort abgeschaltet und zusätzlich wird über die LEDs am LS4 eine Störung signalisiert, welche durch die Software LS4soft verifiziert und zugeordnet werden kann.
Die Schutz- und Warnfeldumschaltung kann hierbei auf ver-schiedene Arten erfolgen:
■ Mechanisch z. B. Positionsschalter
■ Induktiv z. B. Induktive Näherungsschalter
■ PROFIsafe z. B. CPU 315F
Min. Reset-Signal = 2 Min. Reset-Signal = 4 t
t
SF-Paar 1
SF-Paar 2
SF-Paar 3
SF-Paar 4
Zeitliche Überlappung
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 2© Siemens AG 2006
Mechanische Umschaltung am Beispiel Positionsschalter
Mit Positionsschaltern werden mechanische Positionen bewegter Maschinenteile in elektrische Signale umgewan-delt.
Positionsschalter können eingesetzt werden zur:
■ Überwachung von Schutzeinrichtungen mit Drehgelenken wie Schwenktüren, Klappen, Deckel usw.
■ Überwachung seitlich verschiebbarer Schutzeinrichtun-gen wie Schiebetüren, Schutzgitter usw.
■ Erfassung gefährlicher Bewegungen von Maschinenteilen.
Durch den Einsatz von Positionsschaltern in Sicherheitskreisen ist jede Kategorie erreichbar. Wichtig hierfür ist die richtige Auswahl und Verwendung der Geräte und deren Zusammen-spiel mit fehlersicheren Auswertegeräten 3TK28 bzw. SIMATIC S5-95F, S7 300F, S7 400F/FH und SINUMERIK/SIMODRIVE.
DIN EN 50041 56 mm DIN EN 50041 DIN EN 50047Formstoff/
Metall Metall Formstoff Metall
3SE.120 3SE.100 3SE.230 3SE.200/210 3SE.7 3SE.8 3SE.243 3SE.120-.XX
Metallgekapselt FormstoffMit getrenntem
Betätiger
Magnet- oder federkraft-verriegelte Zuhaltung Ohne
SIGUARD Positionsschalter
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 3© Siemens AG 2006
Applikationsbeispiel für die horizontale Gefahrenbereichssicherung mit mehreren Schutzfeldern am Beispiel Positionsschalter
Horizontale Gefahrenbereichssicherung mit mehreren Schutzfeldern am Beispiel Positionsschalter
Ein Anlagenbereich mit einer Maschine hat je nach Position zwei Gefahrenbereiche, die automatisch umgeschaltet wer-den sollen. Der Einsatzort der Positionsschalter für die Feld-paarumschaltung kann dabei z. B. der Maschinenfuß sein.
Durch Nocken am Maschinenfuß (Drehgelenk) lässt sich mit Hilfe der Positionsschalter jederzeit und eindeutig die Position des Greifarms ermitteln und dadurch das entsprechende Schutzfeld aktivieren. Bei der Konfiguration der Nocken muss darauf geachtet werden, dass während des Umschaltens von Schutzfeld 1 (SF1) auf Schutzfeld 2 (SF2) die bereits erwähnte zeitliche Überlappung eingehalten wird. Dies wird in diesem Beispiel erreicht durch eine Überlappung der Nocken, bei der für kurze Zeit beide Schutzfelder (SF1 + SF2) gleichzeitig akti-viert sind.
Wenn der Greifarm sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegt, ist es empfehlenswert für die Umschaltung noch ein zusätzliches Schutzfeld zu konfigurieren, welches dann die ganze Anlage (SF1 + SF2) überwacht.
Verdrahtung der Positionsschalter
WF 1(active)
SF 1(active)
SF 2WF 2
SF1/WF1 aktiv
SF2/WF2 aktiv
Maschine Maschinenfuß
Signalzustand Nocken
Feldpaarumschaltung
12345678
GNDRestartUBFP1AlarmFP2FP3FP4
9101112131415
NCNC
OSSD1OSSD2
NCNC
Res.
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 4© Siemens AG 2006
Induktive Umschaltung am Beispiel induktiver Näherungsschalter
Das umfassende Spektrum an Näherungsschaltern bietet für die unterschiedlichsten Anwendungen stets die richtige Sen-sorlösung. Denn egal, was in automatisierten Prozessen läuft: Die Näherungsschalter hören alles, sehen alles und spüren alles – sie sind die Sinnesorgane der Automatisierung.
■ Sonar-Näherungsschalter Die Einsatzmöglichkeiten der Ultraschallsensoren sind na-hezu grenzenlos. Ob Füllstands- und Höhenerfassung, Abstandsmessungen, Flaschenzählung u. v. m. – in einer Distanz von 6 cm bis 10 m erkennen Sonar-Näherungs-schalter Objekte jeder Beschaffenheit.
■ Optische Näherungsschalter Wahlweise mit Infrarot-, Rot- oder Laserlicht arbeitend, deckt die umfangreiche Reihe an optischen Näherungs-schaltern Reichweiten bis 50 m ab. Über Teach-in oder Potentiometer sind sie schnell und bequem einstellbar.
■ Kapazitive Näherungsschalter Kapazitive Näherungsschalter arbeiten ebenfalls berüh-rungslos und erfassen leitende und nicht leitende Materia-lien in festem, pulverförmigem oder flüssigem Zustand. Typische Anwendungen sind Füllstandsmeldungen oder Überwachung.
■ Induktive Näherungsschalter Induktive Näherungsschalter sind die kostengünstige Art und Weise, berührungslos Metallobjekte zu erkennen. Be-vorzugt eingesetzt werden sie in der Automobilindustrie, im Maschinenbau, in der Roboterindustrie, aber auch in der Fördertechnik oder in der Papier- und Druckindustrie.
Anwendungsgebiete für induktive Näherungsschalter
Höhe Hoher Frequenzbereich
Kontaktlos Drehzahlerfassung
Positionierung,z.B. in Produktionsmaschinen
Zählen, z.B.Sortiermaschinen, Förderanlagen
Erfassen, z.B.Türen, Tore, Aufzüge
Impulserfassung, z.B.Stillstandsüberwachung, Drehzahl
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 5© Siemens AG 2006
Applikationsbeispiel für die horizontale Gefahrenbereichssicherung mit mehreren Schutzfeldern durch Induktive Näherungsschalter
Horizontale Gefahrenbereichssicherung mit mehreren Schutzfeldern durch Induktive Näherungsschalter
Ein Anlagenbereich mit einer Maschine hat je nach Position 2 Gefahrenbereiche, die automatisch umgeschaltet werden sol-len. Der Einsatzort der induktiven Näherungsschalter für die Feldpaarumschaltung kann dabei z. B. der Maschinenfuß sein.
Durch metallische Nocken am Maschinenfuß (Drehgelenk), welche mittels Teach-in als Bezugspunkt für den induktiven Näherungsschalter eingelernt werden, lässt sich jederzeit und eindeutig die Position des Greifarms ermitteln und dadurch das entsprechende Schutzfeld aktivieren.
Bei der Konfiguration der Nocken muss darauf geachtet wer-den, dass während des Umschaltens von Schutzfeld 1 (SF1) auf Schutzfeld 2 (SF2) die bereits erwähnte zeitliche Überlap-pung eingehalten wird. Dies wird in diesem Beispiel erreicht durch eine Überlappung der Nocken, bei der für kurze Zeit beide Schutzfelder (SF1 + SF2) gleichzeitig aktiviert sind. Wenn der Greifarm sich mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegt, ist es empfehlenswert für die Umschaltung noch ein zusätzliches Schutzfeld zu konfigurieren, welches dann die ganze Anlage (SF1 + SF2) überwacht. Verdrahtung der induktiven Näherungsschalter
WF 1(active)
SF 1(active)
SF 2WF 2
Maschine Maschinenfuß
Signalzustand Nocken
Feldpaarumschaltung
SF1/WF1 aktiv
SF2/WF2 aktiv
12345678
GNDRestartUBFP1AlarmFP2FP3FP4
9101112131415
NCNC
OSSD1OSSD2
NCNC
Res.
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 6© Siemens AG 2006
PROFIsafe: Schutzfeldumschaltung über den PROFIBUS am Beispiel einer CPU 315F
Während die Parametrierung des Laserscanners LS4 über die PC-Software LS4soft, den PC-Adapter und die optische Schnittstelle am PROFIsafe-Adapter erfolgt, muss der Scanner auf der Seite des Masters, meist eine Sicherheits-SPS mit PROFIsafe Master, in das Anwenderprogramm eingebunden werden.
Was ist PROFIsafe?
PROFIsafe ist eine funktionale Erweiterung von PROFIBUS DP und ermöglicht es, sichere Bus-Komponenten gemeinsam mit nicht-sicheren Standard-Komponenten am selben Bus zu betreiben. PROFIsafe Geräte erfordern keinerlei Veränderun-gen in den existierenden Hardware-Komponenten und fügen sich problemlos in bestehende Anlagen ein.
Funktionsprinzip:
Sicherheitsgerichtete S7-CPU (F-CPU) und Laserscanner LS4 kommunizieren über den PROFIBUS. Dabei stellt der LS4 der S7-CPU zyklische Eingangsdaten von 1 Byte Länge zur Verfü-gung. Der LS4 wiederum erwartet von der S7-CPU zyklische Ausgangsdaten von 1 Byte Länge. Diese Ein- und Ausgangs-daten können nun im Anwender- und sicherheitsgerichteten STEP7-Programm verarbeitet bzw. ausgewertet werden.
Die Bezeichnungen Eingangsdaten und Ausgangsdaten bezie-hen sich dabei auf die Sichtweise des DP-Masters (F-CPU):
■ Eingangsdaten werden vom DP-Master gelesen, sind also die Ausgangsdaten des LS4.
■ Ausgangsdaten werden vom DP-Master geschrieben und sind Steuersignale für den LS4.
Die sicherheitsrelevanten Ausgangssignale OSSD1 und OSSD2 und das Warn-Signal des LS4 werden durch den PROFIsafe Adapter als Bit eines sicheren Telegramms zum PROFIBUS Master (im Normalfall eine Sicherheits-SPS) übertragen. Der Abschaltvorgang der Gefahr bringenden Bewegung muss durch das Programm dieser Sicherheitsfolgeschaltung reali-siert werden.
Die Umschaltung der Schutzfeldpaare während des Betriebes erfolgt über Ausgangsbits der Sicherheits-SPS, die über PROFI-BUS und den PROFIsafe Adapter an den LS4 (SF1 ... 4) übertra-gen werden. Das Restart-Signal für den LS4 kann über einen lokal an Buchse 1 angeschlossenen Taster oder über PROFIBUS als Bit des zyklischen Ausgangsbytes bereitgestellt werden.
LichtvorhangLaserscanner
SIMATIC S7-300
SIMATIC S7-300mit CPU 315F
RoboterNot-Aus
PROFIBUS DP mit Profil PROFIsafe
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 7© Siemens AG 2006
Applikationsbeispiel für die horizontale Gefahrenbereichssicherung mit mehreren Schutzfeldern am Beispiel einer Sicherheits-SPS
Horizontale Gefahrenbereichssicherung mit mehreren Schutzfeldern am Beispiel einer Sicherheits-SPS
Der in diesem Beispiel verwendete Aktor besteht aus einem Schütz, das über einen sicherheitsgerichteten Ausgang (F-DO der ET 200S) ein- und ausgeschaltet wird. Wird bei geschalte-tem Schütz das (aktive) Schutzfeld des LS4 verletzt, wird das Schütz automatisch abgeschaltet. Ein erneuter Start ist nur mit vorheriger Quittierung möglich.
Der Zustand von Sensoren legt die Schutzfeldnummer (Bits 0-2 der zyklischen Ausgangsdaten) fest. Dadurch wird bestimmt, welches Schutz- und Warnfeld aktiv ist.
In diesem Beispiel kann aktiv sein:
■ Feldpaar 1 (Schutzfeld 1 und Warnfeld1) oder
■ Feldpaar 2 (Schutzfeld 2 und Warnfeld 2)
Die Sensoren zum Umschalten der Schutzfelder werden auf ein sicherheitsgerichtetes Eingabemodul der ET 200S geführt. Kommt es an diesem Eingabemodul zu einer Störung, kann eine Umschaltung zwischen den Schutzfeldern nicht mehr stattfinden. Dieser Fehler wird erfasst und setzt das sicher-heitsgerichtete Ausgabemodul in den fehlersicheren Zustand (Aktor Schütz K1 fällt ab).
WF 1(active)
SF 1(active)
SF 2WF 2
Maschine Positionserfassung
Anwenderprogramm Steuerung
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 8© Siemens AG 2006
Übersicht Hardware-Aufbau
Der Laserscanners LS4-4 wird wie die ET 200S als DP-Slave am PROFIBUS DP betrieben. Eine sicherheitsgerichtete S7-CPU wird dabei als DP-Master eingesetzt.
Positionstaster für dieFeldpaarumschaltung (NC)
Laserscanner
CPU 315F
PROFIBUS DP mit Profil PROFIsafe
1
START
0
STOP
1
Quittierung
2D
I HF
IM 1
51
HF
F-D
I
F-D
O
Schütz K1
Taster für RESTARTdes LS4-4 (NO)
HW-Komponente Symbol Signal (Defaultwert) Hinweis
Taster (Schließer) START "0" schaltet Schütz K1 EIN
Taster (Öffner) STOP "1" schaltet Schütz K1 AUS
Taster (Schließer) Quittierung "0" quittiert einen behobenen Fehler
Schütz-Hilfskontakt (Öffner) READBACK "1" zur Verriegelung der Einschaltbedingung
Positionsschalter (Öffner) Schutzfeld 1 "1" definiert, welches Feldpaar aktiv ist
Positionsschalter (Öffner) Schutzfeld 2 "1"
Schütz K1 K1 "0" Aktor
Sicherheitssensoren SIMATIC FS SIMATIC Sensors 9© Siemens AG 2006
Projektierung/Programmierung:
■ S7 Distributed Safety V5.2 zur Konfiguration der Hardware und Programmierung der sicherheitsgerichteten Applika-tion mit KOP oder FUP in gewohnter STEP 7 Umgebung
■ Die integrierte F-Befehlsbibliothek mit vorgefertigten und TÜV-zertifizierten Programmierbeispielen und Funktions-bausteinen – individuell modifizierbar- NOT-AUS- Zweihand-Steuerung- Muting - Türüberwachung- …
Weitere Infos zum Thema finden Sie im Internet unter
www.siemens.de/s imatic-sensors/fs
Autor:
Uwe SchumannE-Mail: [email protected]
Eine Information der
Siemens AG
Automation and DrivesFactory Automations Sensors Postfach 48 48 90327 NÜRNBERG DEUTSCHLAND
Die Informationen in dieser Broschüre enthalten Beschreibungen bzw. Leis-tungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in derbeschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung derProdukte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dannverbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden.Liefermöglichkeiten und technische Änderungen vorbehalten.
