こちらの記事ではSiemensのCPU1516F-36でProfinet/Profisafeネットワークを構築します。そしてSchmersal SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2と接続します。安全機器はPilzの非常停止とライトカーテン、ドアロック、そしてSchmersalのBDF200-FB-NHK-LT-LT-LT-2875ドアロックを使用します。

さ、FAを楽しもう。

Reference Video

Siemens.Schmersal SFB-PN-IRT-8M12-IOPとProfisafeで接続しましょう

SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2?

SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2セーフティフィールドボックスは、PROFINET/PROFIsafeネットワークにパラレルIO信号で最大8台のセーフティスイッチギアを接続できるように設計されています。また、デバイスポートX4〜X7には、最大4台のBDF200-FBコントロールパネルを接続できます。

そして大規模な安全アプリケーションでは、複数のフィールドボックスを電源とフィールドバスに直列に接続することができます。

注意するのは、ユーザーは関連規格と要求される安全レベルに従ってセーフティチェーンを評価し、設計する必要があります。接続されたデバイスの非安全 IO 信号はフィールドバスを介して制御システムに接続されます。

Layout

こちらはSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2のLayoutになります。

Safety Inputs

セーフティ入力とテストパルス出力 SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2は、8つのデバイスポートX0～X7それぞれにドライ接点を供給するための2つのセーフティ入力と2つのテストパルス出力を備えています。

これらの安全入力は、以下の用途に使用できます。

ドライNC接点付き1チャンネル安全スイッチ(1oo1)
- フィールドボックスの他のすべてのセーフティ入力へのクロスフォールトモニタ
- 入力信号の設定可能なデバウンスフィルタ/安定時間フィルタ
- テストパルス持続時間1ms、テストパルス間隔500msのテストパルス出力による供給接点
2 channel safety switches (1oo2) with dry NC contacts
- フィールドボックスの他のすべての安全入力へのクロスフォールトモニタ
- 入力信号の設定可能なデバウンスフィルタ/安定時間フィルタ
- テストパルス持続時間1ms、テストパルス間隔500msのテストパルス出力による接点供給
2 channel Safety switches (1oo2) with 24 V-PNP solid state outputs (OSSDs)
- フィールドボックスによるデバイス接続ケーブルのクロスフォルト監視なし
- 入力信号のための設定可能なデバウンスフィルタ/安定時間フィルタ
- 安全スイッチギアの安全入力に、テストパルスなしで DC24V を供給 – OSSD のスイッチオン時、長さ 10μs ～ 1ms、間隔 20ms〜 120s の負のテストパルスを送信する必要があります。

Safety outputs

セーフティ出力 SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2は、最大0.8Aまでの負荷を制御するための8つのデバイスポートX0～X7それぞれにセーフティデジタル出力を備え、最大15mAまでの2チャンネルセーフティ入力を制御するための設定可能なセーフティ信号出力を備えています。

これらの安全出力は、以下の用途に使用できます。

ワイヤー1本による安全出力（デジタル出力DO）
- PL dまでの安全デジタル出力（PPスイッチング）、インターロックのソレノイドなどの制御用
- テスト出力、短絡および過負荷保護
2線式安全出力（デジタル出力DOとテストパルス出力Y1）
- 最大PL eのセーフティデジタル出力（2Pスイッチング）、2チャンネルロック機能付きインターロックやSRB-E-301STセーフティリレーモジュールの2チャンネル制御用など
- テスト出力、短絡・過負荷保護

Diagnostic input / FB interface

SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2は、接続された安全開閉器のステータス信号用に、8つのデバイスポートX0～X7に診断入力を1つずつ備えています。 4つのデバイスポートX4 – X7では、FBインターフェースがこの入力に統合されています。 BDF200-FBなどの指令・信号装置からの非安全信号は、単線FBインターフェース経由で伝送されます。 FBインタフェースは、FBインタフェース内蔵の安全開閉器が接続されているかどうかを自動的に検出します。

Cross fault monitoring

デフォルトの設定は、電子OSSD 付きの安全スイッチギヤに使用されます。ドライ接点付きの安全スイッチギアを使用する場合、Cross fault monitoringを有効にする必要があります。

電子 OSSD 付きの安全開閉器の場合、デバイス接続ケーブルの交差故障検出は安全開閉器によって行われなければなりません。

SFB-PN-V2 は、安全開閉器の出力上のテストパルスを監視します。

PROFINET

今回記事で使用するSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2はPROFINET・PROFISAFEに対応するField IO Boxなので、これから少しPROFINETの紹介をします。

PROFINET IO Communications..

PROFINET IO は IEC 61784-2 に準拠したオープンな通信プロトコルです。通信プロトコルは Ethernet をベースにしています。 PROFINET IO コントローラと呼ばれる制御ユニットと、PROFINET IO デバイスと呼ばれる接続されたユーザとの間でデータが交換されます。

PROFINET IO通信は100Mbit/sで動作する全二重イーサネットネットワークに基づいていて、 IO コントローラと IO デバイスは Ethernet テレグラムで通信します。

デバイスはプロバイダとコンシューマの原理に基づいて周期的にデータを交換します。デバイスはレシーバ（コンシューマ）とトランスミッタ（プロバイダ）として同時に機能します。

IO コントローラは IO デバイスに出力データを送信し、IO デバイスから入力データを受信します。そして IO デバイスは入力データを送信し、出力データを受信します。通信プロトコルの他の構成要素には、パラメータ転送のための非周期通信の形のテレグラムや、I&M データまたはメーカ固有の機能へのリード/ライトアクセスすることが可能です。

PROFIsafe communication

PROFIsafe は PROFINET や PROFIBUS を介した標準通信を機能的に安全に拡張するものです。 PROFIsafe に基づく通信は、変更、伝送エラー、電文シーケンスの変更などに対して様々な検出仕込みが盛り込まれています。 SFB-PN Safety Field Box は PROFIsafe モジュールで、”PROFIsafe – Profile for Safety Technology on PROFIBUS DP and PROFINET IO” に準拠しています。なお、このモジュールは PROFIsafe マスターとの安全な通信を確立できます。

SFB-PN in the PROFINET System..

SFB-PN セーフティモジュールは PROFINET IO デバイスでもあり、PROFIsafe スレーブでもあります。 PROFIsafe テレグラムで F-PLC とデータを送受信します。 PROFIsafe 電文は PROFINET 標準電文に転送されます。 (ブラックチャネルの原理)

安全な入力データを処理し、安全な出力データを PROFIsafe スレーブに周期的に送信します。 PROFIsafe の電文には制御ビットとステータスビットが含まれます。テレグラムはマスタ/スレーブの状態を通知し、必要であれば状態変更を開始します。

SFB-PN セーフティモジュールは、モジュール内のエラー、設置または接続されたセーフティスイッチ装置のエラーを検出します。セーフティセクションでエラーが検出されると、モジュールは安全状態に戻ります。

Media redundancy protocol (MRP)

IEC 62439 に従った MRP プロトコルは PROFINET の冗長性を記述しており、TCP/IP と RT フレームによる通信パスの再構成時間は、障害発生後 200 ms 未満です。オートメーションシステムのエラーのない動作には、メディア冗長マネージャ（MRM）とリング状に配置された複数のメディア冗長クライアント（MRC）が必要です。

メディア冗長性マネージャ（MRM）の機能は、コンフィギュレーションが必要とするリング構造を動作可能かチェックすることである。

これは、周期的なテスト・テレグラムを送信することで行われます。テスト・テレグラムが MRM で再び受信される限り、リング構造は無傷です。 MRM はこの動作を使用して、テレグラムの循環を防止し、リング構造をライン構造に変換します。

PROFINET IRT

PROFINET では、IRT コンセプト (isochronous real time) により、数百ミリ秒から最大 4 ミリ秒の一定時間間隔でデータパッケージを送信することで、クロック同期されたデータ交換が定義されており、それによってバス・サイクルの開始は最高精度（ジッター<= 1μs）で順守されます。 IRT通信中の個々の時間間隔は、IRT間隔と、特別なIRTスイッチの使用を必要とするオープンスタンダード間隔に分割されます。

I&M services (Identification and Maintenance)

SFB-PNがPROFINET仕様に沿ってI&M services I&M0 … I&M3 を対応します。

SNMP services (Simple Network Management Protocol)

SFB-PNはPROFINET仕様に従ってSNMPリクエストをサポートします。

LLDP services (Link Layer Discovery Protocol)

SFB-PN は PROFINET 仕様に準拠した LLDP サービスをサポートしています。

Shared Device

Shared Device機能はセーフティフィールドボックスではサポートされていません。接続されたセーフティリレーの安全信号と非安全診断信号は、安全 PLC で解釈されます。

PROFIenergy

PROFIenergy プロファイルは安全フィールドボックスではサポートされていません。

F address

SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2本体のF Address、3 個のロータリコードスイッチから設定できます。

Mapping

次はSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2のMappingを紹介します。

Slot1 1 Input

こちらはSlot1 1の入力データマッピングです。

Slot1 1 Output

こちらはSlot1 1の出力データマッピングです。

Slot1 2 Input

こちらはSlot1 2の入力データマッピングです。

Slot1 2 Output

こちらはSlot1 2の出力データマッピングです。

Slot1 3 Input

こちらはSlot1 3の入力データマッピングです。

Slot1 3 Output

こちらはSlot1 3の出力データマッピングです。

System behaviour in the event of an error

SFB-PN-V2は、F-Subモジュールの”手動再統合”によるmodule-granular passivationのみをサポートしています(PROFIsafe V2.6)。その再統合は、”Device_Fault “ビットがTRUEからFALSEに変化したときのみ可能です。

注意するのは安全機能の自動再起動が許されるかどうかは、必要な安全要件に応じてユーザが指定する必要があります。

Module error

モジュールエラーが検出された場合、SFB-PNは以下のように応答します。

PROFIsafe では、SFB-PN はパッシブ化され、すべての入出力データは “0 “に設定されます。
SFB-PNの赤色SF-LEDが点灯します。
SFB-PN は、集合エラーメッセージとしてエラーフラグ “Module “を設定します。 (Sub module Function data Bit0,I-ADR n+1）
SFB-PN は、故障診断用アラームをエラー番号とともにファイルシステムに送信します。
SFB-PN の Err ランプが赤色に点滅します。
通常F-PLC の赤色 SF LED も点灯します (これは使用する接続機器の種類によって異なります)

Device port error

If a device port error is detected, the SFB-PN responds as follows:

デバイス・ポートはパッシベートされ、すべての入出力データは “0 “に設定されます。
SFB-PNの赤色SF-LEDが点灯します。
SFB-PN は、集合エラーメッセージとしてエラーフラグ “Module “を設定します。 (Sub module Function data Bit0,I-ADR n+1）
FB-Interface通信エラー時、エラーフラグ “COM FB-Interface “が設定されます。(Sub module Function data Bit2,I-ADR n+1）
SFB-PN は、故障診断用アラームをエラー番号とともにファイルシステムに送信します。
SFB-PN の Err ランプが赤色に点滅します。
エラーが発生してるデバイス・ポートのqualifier Bitは “0 “にリセットされます。1=デバイス・ポート稼働中、”0″=デバイス・ポート非動作中。

Errors in safety related communication to F-PLC

安全関連の通信のエラーは PROFIsafe プロファイルで定義されたメカニズムで検出されます。システムは PROFIsafe プロファイルで定義された対応に従って反応します。

安全関連通信でエラーが発生した場合、SFB-PN のすべての入出力データは “0” に設定され、通信エラーが修正されるまでモジュールはパッシブ状態になります。
PROFIsafe の仕様に従い、安全通信のエラーを取り除いた後、モジュールを再統合する必要があります。

Acknowledgement corrected faults

Module FaultをAcknowledgementを確認するには、F ファンクション・ブロック “F_ACK_GL” [FB219] を使用する必要があります。F_ACK_GLにはF_runtime グループのすべての F_peripheral FaultをAcknowledgementする機能があります。

Acknowledgement with “F_ACK_GL”

Module fault outgoing / can be acknowledged:

SB-PNにこれ以上モジュールフォルトがない場合、

SFB-PNのErr-LEDが確認要求として緑色に点滅します。
故障診断アラーム”Fault outgoing”をFPLCに出力します。
FB F_ACK_GLにACK_GLOBを入力することで、フォルトを確認し、SFB-PNを再統合することができる。
SFB-PNの赤いSF-LEDが消灯します。
SFB-PNのErr-LEDが緑色に点灯します。
F モジュールにこれ以上異常がなければ、F-PLC は赤の SF-LED をクリアする。(使用する F-PLC のタイプによって異なる)

BDF200-FB-NHK-LT-LT-LT-2875?

モジュール式のBDF200-SD/FB制御Boxは、機械やプラントのセーフティガードに設置されに最適であり、緊急停止コマンド装置は、作動時に危険な動作のシャットダウンを開始する安全信号を生成する安全コマンド装置として、機械やプラントで使用されます。非常停止指令装置は、セーフティ・モニターに接続してのみ作動させることができます。

Specification

BDF200-FB-NHK-LT-LT-LT-2875のOrder番初号によってインストールできるOptionsが変わりますが、基本的にはこのような特徴があります。

セーフティフィールドボックスSFB接続用FBインターフェース内蔵
位置1: 保護カラー付きE-STOP
位置2: 2875照光式押しボタン、色変更可能
位置3:: 照明付き押しボタン2875、色変更可能
位置4:: 照明付き押しボタン2875 色変更可能
耐衝撃性熱可塑性プラスチック製筐体
人間工学的に好ましい位置に設置可能
市販のアルミ製プロファイルに取り付け可能
電子OSSD付きE-STOP

Pin Assignment

こちらはBDF200-FB-NHK-LT-LT-LT-2875のPin配置になります。

Input Mapping

こちらはBDF200-FB-NHK-LT-LT-LT-2875の入力データマッピングです。

Output Mapping

こちらはBDF200-FB-NHK-LT-LT-LT-2875の出力データマッピングです。

Safety Block

今回の記事ではシーメンスのSFDOOR 安全Function Blockを使用し、安全ドア監視を実施します。

Q/IN1/IN2

Enable信号Qは、入力IN1またはIN2のいずれかが信号状態0（安全ドアが開いている）になるとすぐに0にリセットされます。そのEnable信号は、以下の場合にのみ 1 にリセットされます：

入力 IN1 と IN2 は、ドアを開ける前に共に信号状態 0 であります。（安全ドアは完全に開いている）。
その後、入力 IN1 と IN2 は共に信号状態 1 であります（安全ドアは閉じている）
Ack信号が1であることを確認

ACK_NEC

また、Enableの確認応答は、ACK_NEC入力のパラメータ割り当てによって変化します：

ACK_NEC = 0の場合、確認応答は自動的に行われる。
ACK_NEC = 1 の場合、入力 JACK の立ち上がりエッジでイネーブルを確認する必要がある。

ACK_REQ

出力 ACK_REQ = 1 は、確認応答の入力 ACK でユーザー確認応答が必要であることを示すために使用されます。この出力は、ドアが閉まるとすぐに ACK_REQ = 1 に設定する。確認応答後、命令は ACK_REQ を 0 にリセットします。

QBAD_IN1/QBAD_IN2

関連する F-I/O のパッシベーションによって入力 IN1 と IN2 が単に 0 になっているかどうかをインストラクションが認識するためには、関連する F-I/O の QBAD 信号または関連するチャネルの QBAD_I_xx 信号 / 反転値ステータスを入力 QBAD_IN1 または QBAD_IN2 に供給する必要があります。これにより、F-I/Oがパッシベートされた場合に、確認応答の前に安全ドアを完全に開ける必要がなくなります。

Instance

SFDOORを呼び出すたびに、データが格納されるデータ領域を割り当てる必要があります。それはInstanceでもよいし、独立されたDBでも構いません。

EN/ENO

また、イネーブル入力「EN」とイネーブル出力「ENO」は接続できません。したがって、この命令は常に実行されます（イネーブル入力 “EN “の信号状態に関係なく）。

Implementation

Wiring

Install Tools

こちらのLinkでSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2のツールをDownloadしましょう。

https://products.schmersal.com/en_IO/sfb-pn-irt-8m12-iop-103015478.html

先ほどDownloadしたZIPを解凍し、EXE Fileを実行します。

Next>で進みます。

ライセンスを同意し、Next>で進みます。

会社の情報を入力し、Next>で進みます。

Next>で進みます。

インストールを開始しましょう。

しばらく待ちます…

Done!SFB Configuration Toolを起動しましょう。

こちらはSchmeresal SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2の設定ツールになります。

Download GSDML File

次はこちらのLinkでGSDML FileをDownloadしてください。

https://products.schmersal.com/en_IO/sfb-pn-irt-8m12-iop-103015478.html

Siemens Side

最初はシーメンスS7-1500側を設定します。

New Project

TIAを起動し、Start>Create new project>プロジェクト名を入力し、Createで新規プロジェクトを作成しましょう。

Project viewをクリックします。

こちらはTIAのプロジェクト作成画面になります。

Install GSDML

Options>Manage general Station description files(GSD)をクリックします。

GSDMLの管理画面が表示され、…ボタンをクリックします。

程DownloadされたGSDML Folderを選びましょう。

Done!GSDML Fileが見つかりました。InstallでGSDML Fileをインストールします。

Done!

Add PLC

Project>Add new devieで新しいシーメンスのPLCを追加しましょう。

現在使用しているCPUの型式がわからない場合、Unspecified CPU 1500を設定しましょう。

Done!次は”Detect”でネットワークにあるS71500 CPUを検索しましょう。

Start Searchをクリックし、ネットワークにあるデバイスを検索します。

そして適切なCPUを選びましょう。

Connectで進みます。

Security Setting

TIA V18からCPUに関するセキュリティ設定を事前に設定する必要があります。今回は実際の運用ではありませんので、すべてのセキュリティ設定を無効にします。

Protects the PLC configuration data from the TIA..のCheckboxを外し、Next>>で進みます。

Only allow secure.. のCheckboxを外し、Next>>で進みます。

PasswordなしのFull accessに設定し、Next>>で進みます。

最後にもう一度確認し、Finishで設定を保存します。

Result

Done!S71516F-3が追加されました。

F-Activation

S71516F-3のF-Host機能を有効にするためにFail-safe>F-activationでSafety機能を有効にしましょう。

Add Devices

次はProfinet ネットワークにSchmeresalのSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2を追加しましょう。

TIAをNetwork viewに切り替え、SFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2をProfinetネットワーク画面にDropします。

Done!SchmeresalのSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2が追加されました。

Assign Profinet

次はSchmeresalのSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2とSiemens PLCを同じのProfinet Networkに設置するように、Not Assigned>Profinet ネットワークを設定します。

Done!

IP Address

次はPLCとSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2のIPアドレスをアプリケーションに合わせて設定しましょう。

Configure

次はSFB-PN-IRT-8M12-IOP-V2をダブルクリックし、IO Deviceのパラメータを設定します。

Module>SFB Module Data_1>FS DataをクリックしProfisafe設定を行います。

F_WD_Time

F_WD Timeをアプリケーションに合わせて設定します。

F_WD_Time パラメータは、F 制御システムと SFB-PN 間の PROFIsafe 通信の監視時間を定義します。 F_WD_Time 内に有効な F テレグラムが受信されない場合、モジュールはセーフ状態に戻ります。これにより、通信の問題や故障が F-PLC または F デバイスを安全な状態に移行させます。

注意するのは F_WD_Timeに通信遅延を許容する値を設定すること。ただし、エラーが発生した場合、応答時間が長くなりすぎないようになります。

最小Fウォッチドッグ時間F_WD_Timeは、以下のように計算できます：