Migracja systemu sterowania odpowiedzialnego za bezpieczeństwo z PSS3000 na PSS4000 na przykładzie linii pras. Dlaczego warto i powinno się ją rozważyć?

​​​​​​​Od czasu rozwoju przemysłu i budowy coraz bardziej złożonych maszyn, linii technologicznych oraz procesowych linii technologicznych przed projektantami stawia się większe wymagania dotyczące obsługi zautomatyzowanych procesów oraz zapewnienia bezpiecznego użytkowania maszyn. To zjawisko powoduje, że do projektowania systemów odpowiedzialnych za bezpieczeństwo nie wystarczy już pojedynczy przekaźnik. Projektanci sięgają po bardziej złożone systemy, dające więcej możliwości obsługi. Tak na rynek automatyki w roku 1969 trafił pierwszy programowalny sterownik bezpieczeństwa firmy Pilz – SYSTEM EUROPILZ, a później sterownik PSS 3000. Przez lata ten system instalowano w wielu maszynach oraz liniach technologicznych. Dawał możliwość budowania rozległych, skalowalnych oraz skomplikowanych układów sterowania łączących i obsługujących dużą ilość funkcji bezpieczeństwa oraz procesów. W 1999 r. firma Pilz wprowadziła pierwszy protokół bezpieczeństwa Fieldbus – SafetyBUS p. Pozwolił on budować bardziej rozległe i zdecentralizowane systemy sterowania. Był to podstawowy sterownik wykorzystywany w przemyśle, aż do roku 2009, kiedy to Pilz zaprezentował jego następcę – sterownik PSS4000.

Sterowniki PSS3000 możemy spotkać w wielu gałęziach przemysłu oraz przeróżnych maszynach. Jednak od 2020 r. nie są one już dostępne w sprzedaży. Obecnie istnieje jeszcze możliwość naprawy komponentów tego systemu, lecz jest to kosztowne, czasochłonne i możliwe w miarę dostępności części zamiennych.

Migracja na przykładzie linii pras jednego z Klientów Pilz Polska

W 2022 r. do firmy Pilz Polska zgłosił się Klient z branży produkcyjnej sprzętu AGD. Posiadał on w swoim zakładzie automatyczną linię pras firmy Schuler z 2005 r. Linia ta składała się z czterech pras automatycznych, zestawionych w ciąg technologiczny z systemem transferu pomiędzy prasami oraz rozwijakiem blachy. Każda z pras posiadała odrębny sterownik standardowy oraz sterownik bezpieczeństwa oparty na sterowniku z rodziny PSS3000. Odpowiadały za każdą prasę z osobna oraz były połączone sieciowo ze sterownikiem centralnym. Sterowniki zarządzały transferem między prasami, podawaniem materiału z rozwijaka oraz tworzyły system bezpieczeństwa obwodowego. Sterowniki PLC komunikowały się poprzez system magistralny Profibus, natomiast sterownik bezpieczeństwa oparty był na sieci SafetyBUS. Sterownik procesowy i bezpieczeństwa wymieniał także sygnały między sobą z użyciem sieci Profibus.

Klient podjął decyzję o konieczności przeprowadzenia migracji po informacji, że sterowniki PSS3000 wycofano ze sprzedaży. W swoim zakładzie posiadał dwie takie linie, które są kluczowe w jego procesie produkcyjnym. Brak możliwości uzupełnienia stanów magazynowych w części zamienne i perspektywa zakupu części używanych na rynku wtórnym lub oczekiwania na naprawę przyspieszyły tę decyzję.

Architektura systemu bezpieczeństwa oparta na PSS3000

Linia pras ma złożoną strukturę sterowania. Każda z pras posiadała sterownik PSS SB 3006 DP-S, 8 lub 9 wysp rozproszonego systemu I/O, a także moduł PSS SB Bridge (pozwalający na połączenie kilku sterowników typu master oraz sieci SafetyBUS w jedną sieć umożliwiającą wymianę danych pomiędzy sterownikami). Tak więc każda z czterech pras posiadała podobną konfigurację, dającą dużo możliwości połączenia wielu urządzeń bezpieczeństwa w jeden system, który pozwala zachować wysoki poziom Performance Level (do PLe) oraz sprawnie realizować nawet wyszukaną logikę systemu bezpieczeństwa.

Czytaj też >> Zastosowanie obrabiarek CNC „niezgodnie z przeznaczeniem” − przegląd rozwiązań

​​​​Przebieg procesu migracji

Pomimo że system oparty na PSS3000 działał poprawnie i mimo upływu lat spełniał swoje zadanie, z uwagi na bezpieczeństwo zakładu podjęto decyzję o migracji systemu do nowego rozwiązania opartego na sterowniku PSS4000. Migracja taka wiąże się z całkowitą zmianą podejścia do systemu sterowania. Wymaga zaprojektowania nowej topologii sieci, skonfigurowania sprzętu, który zastąpi obecnie stosowany, i wreszcie napisania programu dla nowego sterownika, opierając się na założeniach i zasadzie działania, jaką przewidział producent maszyny.

Dobór sprzętu

Pierwszym krokiem jest dobór sprzętu. Pilz posiada w swojej ofercie sterowniki PSS4000, które w pełni zastępują stosowane niegdyś sterowniki PSS3000. Swoją sprawnością przewyższają technologicznie stosowane wcześniej. Pozwalają budować wyspy rozproszonego systemu sterowania z elastyczną konfiguracją wejść i wyjść zarówno cyfrowych, jak i analogowych. Dla opisanej powyżej konfiguracji udało się zmniejszyć liczbę wysp z 8 lub 9 do 3 lub 4. Dodatkowo, konfigurując sprzęt na komponentach PSS4000, mamy większą swobodę stosowania dowolnej liczby kart wejść lub wyjść dla pojedynczej wyspy. Gdy sprzęt został dobrany, można było przystąpić do zaprojektowania nowej topologii sieciowej zastępującej sieć SafetyBUS nową technologią SafetyNet, opartą na sieci Ethernet.

Napisanie nowych programów

Pierwsza część prac wiązała się z koniecznością wprowadzenia zmian w oryginalnych schematach elektrycznych. Polegało to na narysowaniu systemu w oparciu o nowe komponenty. Kolejnym krokiem była analiza programów układów sterowania i napisanie nowych programów dla sterowników PSS4000 w oparciu o oryginalną logikę. Pisząc nowy program, mamy do dyspozycji dowolną kombinację języków programowania: IL (lista instrukcji), ST (tekst strukturalny), LAD (język drabinkowy) czy FBD (graficzny język blokowy), wszystkie zgodne z normą PN-EN 61131-3. Na tym etapie kończą się prace koncepcyjne, projektowe, programistyczne. Rozpoczyna się etap prac na obiekcie. Wykonuje się nowe okablowanie, montaż sprzętu a także demontaż już nieużywanych sterowników i wysp. Dokonuje się przepięcia systemu ze szczególną uwagą na wykorzystane wyjścia taktujące. Pełnią one ważną rolę w systemach sterowania związanych z bezpieczeństwem.

Gdy nowy sprzęt zostanie zainstalowany, rozpoczyna się wgrywanie programów, konfigurowanie połączeń oraz integracja nowego sterownika PSS4000 z istniejącym sterowaniem standardowym, jeśli występują takie połączenia (np. poprzez sieć ProfiBUS). Ostatnim etapem jest wykonanie testów funkcjonalnych potwierdzających odtworzenie wszystkich funkcji bezpieczeństwa.

Podsumowanie

Ważne rzeczy w procesie migracji to

• znajomość zasad inżynierskich,
• zasad działania systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem,
• dobre zrozumienie założeń producenta,

tak aby w procesie migracji nie pogorszyć stanu systemu bezpieczeństwa założonego przez producenta. Na życzenie klienta istnieje również możliwość rozbudowy migrowanego systemu o dodatkowe funkcje lub rozszerzenia go o panel operatorski z wizualizacją oraz diagnostyką. To może w znaczny sposób poprawić komfort użytkowania systemu a także skrócić czas usuwania awarii. Warto zaznaczyć, że zastosowane w migracji oprogramowanie PAS4000 umożliwia pełną diagnostykę systemu jak również jest w pełni darmowe.

Po wykonaniu migracji klient zyskał możliwość dalszej stabilnej pracy bez obaw o nieoczekiwane awarie czy też dostępność części zamiennych. Zyskał również pewność, że nowy system sterowania związany z bezpieczeństwem wykonano zgodnie z zasadami dobrych praktyk inżynierskich. Odwzorowuje on też w 100% założenia producenta maszyny, co do zastosowanych funkcji bezpiecznych. Użytkownik końcowy otrzymał także zaktualizowaną dokumentację maszyny, listę niezbędnych części zamiennych oraz kody źródłowe oprogramowania. Otrzymał także wsparcie inżynierów Pilz Polska podczas gwarancyjnego i pogwarancyjnego użytkowania nowego systemu.

Marcin Różyc
Kierownik Działu Wdrożeń
Certified Machinery Safety Expert (TUV Nord/Pilz)
Pilz Polska Sp. z o.o.
ul. Ruchliwa 15, 02-182 Warszawa, Polska

Galeria