Ujednolicona diagnostyka systemowa i procesowa w sterownikach PLC serii Simatic S7-1500

Rys. 1.

Wśród wspomnianych we wstępie założeń niezbędnym elementem powinna być łatwa, przejrzysta i natychmiastowa diagnostyka oraz narzędzia pozwalające w jak najkrótszym czasie rozwiązać problemy powstałe w systemie. Obecnie wszystkie produkowane urządzenia, a szczególnie te wykorzystywane w przemyśle, są standardowo wyposażone w szybką diagnostykę.

Dostępne opcje są zauważalne dopiero na etapie szczegółowej analizy. Diagnostyka - od najprostszej poprzez sygnalizację świetlną diod LED do tej, która wymaga specjalistycznych narzędzi i wiedzy eksperckiej - charakteryzuje się specyficznymi dla danego produktu możliwościami. Cechą wartą uwagi jest unifikacja, czyli ujednolicenie wszelkich wiadomości, treści i sposobów informowania osób obsługujących dane urządzenie.

Programowalne sterowniki PLC są urządzeniami automatyki zarządzającymi pracą pojedynczych maszyn lub całych linii produkcyjnych. Zazwyczaj mają wbudowane mniej lub bardziej zaawansowane funkcje diagnostyczne. Przy projektowaniu nowej serii sterowników Simatic S7-1500 firma Siemens dużą uwagę skupiła na wyposażeniu nowego produktu w zaawansowane funkcje i narzędzia diagnostyczne pozwalające w automatyczny, natychmiastowy i, co najważniejsze, ujednolicony sposób zapobiegać i informować o występujących usterkach w sprzęcie i algorytmie sterowania.

Diagnostyka systemowa sterownika pracująca niezależnie od programu jest innowacją rzadko spotykaną w produktach konkurencji i starszych, dotychczas oferowanych systemach Simatic S7-300/400. Jej główny wyróżnik to możliwość pracy w trybie STOP, gdyż jest ona przetwarzana przez wewnętrzny system operacyjny CPU. Oznacza to, że użytkownik nie traci żadnych funkcji nawet podczas postoju, co pozwala na łatwe dotarcie do usterki bez potrzeby uruchamiania całej maszyny lub danej sekcji.

Rys. 2.

Zasada diagnostyki systemowej, którą przedstawiono na rysunku 1, opiera się na łatwym i sprawdzonym mechanizmie. W przypadku pojawienia się usterki, miejsce i jej przyczyna są wykrywane przez sterownik Simatic S7-1500. Nowością w tym zakresie jest automatyczne i natychmiastowe wysłanie bardzo szczegółowych, ujednoliconych informacji do urządzeń wyświetlających: komputera z oprogramowaniem Step 7, wbudowanego serwera sieciowego, panelu HMI i zintegrowanego z jednostką CPU wyświetlacza. Jak już wspomniano, opcja ta działa również w trybie STOP sterownika.

W Simatic S7-1500 scentralizowano system wykrywania usterek oraz bazę danych alarmów i wiadomości ich opisujących. W praktyce oznacza to, iż z jednego nadrzędnego systemu w tym samym czasie są wysyłane ujednolicone informacje diagnostyczne do wszystkich urządzeń wyświetlających, takich jak panele obsługi operatorskiej HMI.

Wyposażenie systemu w nowy panel HMI lub sama zmiana treści w bazie centralnej wiadomości nie zmusza programisty do generowania specyficznych dla diagnostyki systemowej wiadomości na każdym z nich z osobna. Jest to kolejna zaleta, gdyż praca poświęcona na integrację diagnostyki w programie sterowania ogranicza się jedynie do jej parametryzacji.

DIAGNOSTYKA NA WYŚWIETLACZU CPU

Rys. 3.

Każdy sterownik Simatic S7-1500 jest w standardzie wyposażony w kolorowy wyświetlacz (rys. 2). Z głównych funkcji, jakimi są zmiana trybu pracy CPU, zmiana czasu i daty, ustawienia adresów, informacje o numerze i wersji, monitorowanie zmiennych, należy wyróżnić możliwość odczytu buforu diagnostycznego, diagnostyki wszystkich modułów I/O, sieci komunikacyjnych oraz alarmów programowych.

DIAGNOSTYKA W STEP 7

Narzędzie Step 7 (rys. 3), oprócz swojej głównej funkcji, jaką jest programowanie systemów automatyki Simatic podczas aktywnego trybu online ze sterownikiem, ma szereg narzędzi diagnostycznych: graficzne przedstawianie statusu CPU za pomocą symboli, pakiet usług diagnostycznych w opcji "Online & diagnostics", zakładkę z diagnostyką aktywnych połączeń komunikacyjnych i z alarmami systemowymi i programowymi, bufor diagnostyczny.

DIAGNOSTYKA W SERWERZE SIECIOWYM

Rys. 4.

Serwer sieciowy (rys. 4) to zintegrowany, standardowy element wszystkich jednostek CPU. Jest kolejnym elementem zapewniającym dostęp do danych diagnostycznych. Dużą zaletę stanowi ujednolicony i dostosowany do ogólnie dostępnych na rynku przeglądarek internetowych sposób przedstawiania danych. Dzięki temu diagnostyka jest możliwa z poziomu standardowego komputera PC, jak również urządzeń typu tablet czy smartfon.

DIAGNOSTYKA NA PANELU HMI

Siemens wyposażył nowe panele z serii Comfort Panels oraz system wizualizacji na komputerach PC WinCC RT Advanced w łatwy w obsłudze i przejrzysty dla użytkownika interfejs służący do diagnostyki całego systemu automatyki. Uruchomienie ogranicza się jedynie do umieszczenia na dowolnym ekranie usługi "System diagnostics view" (rys. 5). W oknie tym dostępny jest również bufor diagnostyczny. Opcja możliwa jest także w przypadku paneli z serii Basic Panels, lecz zawiera pewne ograniczenia.

DIAGNOSTYKA W PROGRAMIE UŻYTKOWNIKA

Rys. 5.

Wszelkie błędy i usterki wykryte i zlokalizowane przez sterownik Simatic S7-1500 obsługiwane są przez szereg bloków funkcyjnych, które pozwalają na ich obsługę i wypracowanie zaplanowanej reakcji w programie sterowania. Różnicą względem opisywanej wyżej diagnostyki systemowej jest wymóg pracy sterownika w trybie RUN. Służą do tego dostępne w bibliotekach funkcje "Instructions -> Extended instructions -> Diagnostics", np. "DeviceStates" i "ModuleStates", pozwalające na odczyt informacji diagnostycznych dotyczących modułów i stanów sygnałów I/O, "LED" - odczyt stanu diod LED wskazanego modułu.

ALARMY PROCESOWE

Rys. 6.

Koncepcja tworzenia alarmów przechowywanych i wywoływanych z jednego miejsca była już dostępna w sterownikach z serii Simatic S7-300/400 w postaci funkcji ALARM_S. W nowych sterownikach Simatic S7-1500 idea ta została unowocześniona i obsługiwana jest przez funkcję "Program_Alarm" (rys. 6).

Deklaracja zdarzeń i treści alarmowych realizowana jest jednorazowo w jednostce centralnej. Funkcja wspiera opcje potwierdzania, nadawania stempli czasowych oraz tworzenia wielojęzycznych treści. Stale podtrzymywana w pamięci sterownika informacja o wybranym alarmie w przypadku pojawienia się danej usterki jest natychmiastowo wysyłana do wszystkich urządzeń wyświetlających tj. komputera PC z Step 7, serwera sieciowego, wyświetlacza CPU i panelu obsługi HMI. Aktualizacja warunku lub treści alarmu powoduje również jego automatyczne uaktualnienie we wszystkich wymienionych wcześniej urządzeniach.

PODSUMOWANIE

W artykule przedstawiono podstawowe narzędzia oferujące zintegrowaną, zaawansowaną i ujednoliconą automatyczną diagnostykę sterownika Simatic S7-1500. Zwrócono uwagę na nowe możliwości analizy i prezentacji danych diagnostycznych na wszelkiego rodzaju urządzeniach wyświetlających, takich jak komputer PC z Step 7, serwer sieciowy, panele HMI i wyświetlacz sterownika. Przedstawiono również nową koncepcję programowych alarmów użytkownika. Dodatkowe informacje dotyczące diagnostyki sterownika Simatic S7-1500 są dostępne pod adresem http://support.automation.siemens.com/WW/view/en/59192926.

Jakub Chojnacki

Siemens
www.siemens.pl/sitrain