S icherheits-steuerungen im Vergleich Stefan Schaan A&D AS FA PS Automation and Drives S icherheits-steuerungen im Vergleich Stefan Schaan A&D AS FA PS Fehlersichere und hochverfügbare Systeme

Sicherheitssteuerungen Informationstag / Workshop Sicherheitssteuerungen Sechs Sicherheits-SPS im praktischen Vergleich 27. Juni 2005 VDMA-Haus Frankfurt am Main Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen

SIMATIC Safety Integrated Normen und Zertifikate Die fehlersicheren Komponenten erfüllen die höchste Sicherheitsstufe für Factory Automation IEC 61508 (bis SIL 3) - Funktionale Sicherheit EN 954-1 (bis Kategorie 4) - Sicherheit von Maschinen NFPA 79-2002 und NFPA 85 - Relevante US Normen UL 1998, UL 508 und UL 991 - Relevante US Normen EN692, EN693, EN12622 - Pressenormen und sind vom TÜV zertifiziert Fehlersichere Bausteinbibliothek SIMATIC S7-F/P für Pressensicherheit zertifiziert durch BG BG MHHW, Düsseldorf Prüf- und Zertifizierungsstelle des Fachausschusses Maschinenbau, Hebezeuge, Hütten- und Walzwerksanlagen Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen

SIMATIC Safety Integrated Übersicht fehlersichere Komponenten Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen Process Automation Factory Automation Controller für PROFIBUS ET 200S F-CPU CPU 315F/317F-2DP CPU 416F-2 für PROFINET CPU 315/317F-2PN/DP CPU 416F/CP443-1ADV Engineering FUP, KOP Controller CPU 414H CPU 417H Engineering CFC Safety Matrix PROFIBUS mit PROFIsafe-Profil PROFINET mit PROFIsafe-Profil Aktoren Sensoren ET 200M ET 200eco ET 200S ET 200pro*) ET 200S ET 200pro *) für Factory Automation

SIMATIC Safety Integrated Ausgewählte Hardwarekomponenten S7-400F Für oberen Leistungsbereich CPU 416F-2 Schnittstellen: MPI/DP und DP PROFINET via CP 443-1 Advanced Multiprozessorbetrieb möglich > 1000 F D-I/O-Kanäle S7-300F Für mittleren Leistungsbereich CPU 317F-2DP Schnittstellen: MPI/DP & DP > 500 F D-I/O Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen NEU CPU 317F-2PN/DP Schnittstellen: MPI/DP & PROFINET > 500 F D-I/O NEU ET200S F-DI / F-DO Modulare IP20 F-I/O zum Anschluss digitaler Sensoren / Aktoren Module Eigenschaften 4/8 F-DI DC24 V 4 x 2-kanalige Eingänge, SIL 3/Kat. 4 8 x 1-kanalige Eingänge, SIL 2 4 F-DO DC24 V/2A 4 x P-M-schaltende Ausgänge, SIL 3/Kat.4 Anschluss von Muting-Anzeigen

SIMATIC Safety Integrated Ausgewählte Softwarekomponenten Distributed Safety V5.3 Konfiguration der Hardware und Programmierung der sicherheits- gerichteten Applikation mit KOP und FUP in gewohnter STEP-7- Umgebung Mit integrierter F-Befehlsbibliothek mit TÜV-zertifizierten Funktions- bausteinen und Programmier- beispielen. Davon notwendig: Not-Halt / Not-Aus Zweihand-Steuerung Muting Schutztür-Überwachung Feedback-Kontrolle Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen

SIMATIC Safety Integrated Ausgewählte Softwarekomponenten Optionspaket „SIMATIC S7-F/P“ –Pressensicherheitsbausteine Notwendige Bausteine für die Aufgabenstellung FB10 „MODE_SEL“ Betriebsartenwahl 1 aus 8 FB21 „EM_OFF_Q“ Not-Aus mit Quittierung FB31 „DOOR_Q“ Schutztür mit Quittierung FB40 „F_2HAND“ Zweihandpult FB76 „DYN_VALV“ Dynamische Kontrolle 4 Ventile FB90 „EN_1_MAN“ Freigabe Einmannfunktion FB100 „EN_4_MAN“ Freigabe Mehrmannfunktion FB112 „VALVE_HY“ Pressensicherheits- und Richtungsventile hydraulische Pressen FB120 „VA_CHECK“ Überwachung Ventile / Relais FB130 „CARTR“ Schaltzeit für Cartridge-Ventile Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen

SIMATIC Safety Integrated Mögliche Steuerungsarchitekturen Trennung von PLC, I/O und Bus Ein Bus, aber Trennung von PLC und I/O PLC PLC Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen I/O’s I/O’s Eine PLC, aber Trennung von I/O und Bus Eine PLC, ein Bus und gemischte I/O PLC PLC I/O’s I/O’s

Ausgewähltes Steuerungskonzept mit PROFIBUS im Überblick Ethernet DP Master DP Master Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen DP/DP Koppler S7 416F S7 317F S7 317F B & B DP/DP Koppler DP Master DP Master PROFIBUS DP PROFIBUS DP ET200S ET200S ET200S ET200S ET200S SIGUARD Laserscanner Lichtvorhang SIGUARD Lichtvorhang SIGUARD Lichtvorhang Liniensteuerung Presse PO 100 Presse DYU 3000 begehbar Extruderanlage Roboter (3 Stück)

Aus welchen Gründen wurde das vorgeschlagene Steuerungskonzept gewählt? Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen Architektur und Steuerungsauswahl S7-416F und S7-317F Prinzip - “Eine Steuerung – Ein Bus” minimiert das Investment durch Reduzierung von Hardwarekosten, Einbauräumen und Verdrahtung Leistung der Steuerung nach Mengengerüst und Anforderungen kostenorientiert auswählbar Durchgängige Diagnose ohne Zusatzaufwand Keine zusätzliche Definitionen von Interfaces zwischen: Sicherheits- und Standardbus Sicherheits- und Standardsteuerung Systemintegrierte Busfehlerdiagnose Einheitliche Programmierungsumgebung

Aus welchen Gründen wurde das vorgeschlagene Steuerungskonzept gewählt? Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen Fehlersichere Kopplung der Steuerungen Verwendung von Standard DP-DP Kopplern Einfacher Aufbau des Buses und der Software Modulare bzw. autarke Inbetriebnahme der Einzelzellen Modulare Peripherie Kostenoptimierte Bestückung der I/O Stationen möglich Nur die benötigten F-I/O werden eingebaut Standard I/O wird für nicht sicherheitsrelevante Funktionen verwendet Mehrere 24V Einspeisungen pro Teilnehmer sind möglich

Steuerungseinteilung im Anlagenlayout F-I/O DETAILS S7 416F S7 317F S7 317F

Aktor- / Sensor-Einbindung Ausrüstung Presse DYU 3000 – ET200S Station 1 zu Station 2 S7 317F IM151 F-DI F-DI F-DI F-DI F-DI F-DO DI DI DO Weitere Standard- Komponenten Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen DP/DP Koppler Überwachung Sitema Stößelhochhaltung Vorne und Hinten Hydraulik u. Bedienpult NOT-HALT an den vier Seiten NOT-HALT Muting-Lampen (klar) vorne u. hinten Muting-Sensoren 1- 8 vorne u. hinten Stößelhochhaltung Vorne u. Hinten Presse EIN (grün) Presse QUIT (klar) Presse AUS (rot) Laserscannerv SIGUARD Betriebsarten- wahlschalter Lichtschranken LV1 u. LV2 Quittieren 1- 4

Aktor- / Sensor-Einbindung Gründe zur Auswahl und Verschaltung Wegfall sicherer Eingänge und integrierte Diagnose durch Direktanschluss des Laserscanners Einfache Programmierung allein durch Projektierung zweikanaliger Sensoren am Beispiel der NOT-AUS Funktion F-DO Ausgänge -2A zur Ansteuerung der sicherheits- relevanten Anzeigen (Stößel, Muting) Verwendung von Standard- eingängen zum Einlesen der Muting Sensoren Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen

Zusatzfunktionen – Ausblicke Diagnose mit Diagnose-Repeater Sporadische Fehler und Messung im laufenden Betrieb Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen S7 416F B & B ET200S Reflektion [%] 100 50 ET200S SIGUARD Lichtvorhang Zeit [m:s] 08:26:17 26:27 26:37 26:47 26:57 27:07 27:17

Zusatzfunktionen – Ausblicke PROFINET Steuerungskonzept im Überblick Industrial Ethernet Industrial Ethernet S7 416F Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen S7 317F PN/DP S7 317F PN/DP B & B PROFINET IO PROFINET IO PROFIBUS DP PROFINET IO ET200S ET200S ET200S ET200S ET200S SIGUARD Laserscanner Lichtvorhang SIGUARD Lichtvorhang SIGUARD Lichtvorhang Liniensteuerung Presse PO 100 Presse DYU 3000 begehbar Extruderanlage Roboter (3 Stück)

Beispiele vorhandener Anlagen nach dem gezeigten Steuerungskonzept – Tiefziehpressen Fa. Dunkes Steuerung S7-317F F-I/O Mengengerüst: Unteres Segment 24 F-DI 24 F-DO Summe: 128DI, 84DO Mittleres Segment 32 F-DI 32 F-DO Summe: 140DI, 92DO Zeiten: Unteres Segment Standard + Sicherheit 9-10ms Mittleres Segment nur Sicherheit 6-7ms Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen

Weiter Beispiele vorhandener Anlagen nach dem gezeigten Steuerungskonzept Einzelpresse Steuerung: S7-317F Mengengerüst: 32 F-DI 21 F-DO Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen Hochdruck Aluminium Formpresse S7-414F Mengengerüst: 24 F-DI 20 F-DO Summe: 104DI, 52DO

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Noch Fragen ? Normen und Zertifikate Übersicht der Komponenten Ausgewählte Komponenten Übersicht PLC Architekturen Ausgewählte PLC Architektur PLC Architektur im Anlagelayout Aktor- / Sensoreinbindung Zusatzfunktionen - Ausblicke Konzeptgleiche realisierte Anlagen