Safety-Reaktionszeit für SLCv2

Dieses Thema enthält folgende Informationen:

• Allgemeine Informationen über die Safety-Reaktionszeit

• Technische Hintergrundinformationen

• Allgemeine Schritte: Von der Parameterbestimmung zur Reaktionszeitberechnung

• Safety-Reaktionszeit in Machine Expert – Safety anzeigen und verifizieren

Die Safety-Reaktionszeit ist die Zeit zwischen dem Eintreffen des Sensorsignals am sicherheitsbezogenen Eingangsmodul und der Ausgabe des Anforderungssignals für den definierten sicheren Zustand am sicherheitsbezogenen Ausgangsmodul. Die sicherheitsbezogene Einrichtungen müssen auf Basis der berechneten Safety-Reaktionszeit projektiert und installiert werden. Die Safety-Reaktionszeit gibt z.B. den erforderlichen Mindestabstand eines Sicherheitssensors (z.B. Lichtschranke) vom abgesicherten Betriebsbereich vor.

Die folgende Abbildung zeigt die Einflüsse auf die Safety-Reaktionszeit:

Die Safety-Reaktionszeit (SRZ) setzt sich aus folgenden Zeitwerten zusammen:

SRZ = Safety-Verarbeitungszeit im sicherheitsbezogenen Eingangsmodul (SPTi)

      + SicherheitsdatenÜbertragungsdauer im Eingangspfad (SDDi) * (TolerierterPaketverlust + 1)

      + SicherheitsdatenÜbertragungsdauer im Ausgangspfad (SDDo) * (TolerierterPaketverlust + 1)

      + Safety-Verarbeitungszeit im sicherheitsbezogenen Ausgangsmodul (SPTo)

Die Safety-Reaktionszeit berechnet sich wie folgt:

SRT = SPTi + SDDi * (TPL +1) + SDDo * (TPL +1) + SPTo

Für SPT = größerer Wert von SPTi und SPTo und SDD = SDDi = SDDo (symmetrisches System) berechnet sich der Wert wie folgt:

SRT = 2 * SPT + 2* SDD * (TPL+1)

Wie in der Abbildung gezeigt, beinhaltet die Gesamt-Reaktionszeit der Sicherheitsfunktion (d.h. die verstreichende Zeit zwischen der Anforderung einer Sicherheitsfunktion, bis sich die Maschine/Anlage im definierten sicheren Zustand befindet) darüber hinaus auch die Signalverarbeitungszeit des Sicherheitssensors sowie die benötigte Zeit zum Stoppen des Aktors.

Die Parameter SicherheitsdatenÜbertragungsdauer (SafeDataDuration, SDD) und TolerierterPaketverlust (ToleratedPacketLoss, TPL) müssen für den SLC und jedes beteiligte sicherheitsbezogene Modul im 'Geräte'-Fenster von Machine Expert – Safety angegeben werden.

Nach der obigen Formel für ein symmetrisches System wird der SDD-Wert wie folgt berechnet:

SDD = (SRT - 2*SPT) / (2*(TPL+1))

Im Dialog 'Reaktionszeitrechner' im 'Projekt'-Menü kann der SRZ-Wert verifiziert werden. Der Dialog gibt den SRZ-Wert für jeden Eingangs-Ausgangs-Signalpfad aus.

Die Signalverarbeitungszeit in sicherheitsbezogenen Ein- und Ausgangsmodulen (SPTi und SPTo) hängt vom jeweiligen Modul und den dort eingestellten Parametern ab (z.B. Filtereinstellungen etc.).

Die Übertragungszeit ist die Zeit, die benötigt wird, um Daten von einem Daten-Producer zu einem Consumer zu übertragen. Die Eingangs-Übertragungszeit (SDDi) bezieht sich auf den Datentransfer von einem sicherheitsbezogenen Eingangsmodul zum Sicheren Logik-Controller via TM5 (gilt nicht für As-i Gateway und Drive Safety Modul (DSM)) und SERCOS III-Bus. Entsprechend ist die Ausgangs-Übertragungszeit (SDDo) die Zeit für die Übertragung der Daten vom Sicheren Logik-Controller zu einem sicherheitsbezogenen Ausgangsmodul via SERCOS III- und TM5-Bus (gilt nicht für As-i Gateway und DSM).

Sicherheitsbezogene Datenkommunikation: Gemäß openSAFETY-Spezifikation kommunizieren Geräte (sicherheitsbezogene I/O-Module und Antriebe sowie der Sichere Logik-Controller), indem sie zyklisch Daten, sogenannte openSAFETY-Telegramme, senden und empfangen. Ein Gerät, das Telegramme erzeugt (sendet), wird als Producer bezeichnet, ein empfangendes Gerät als Consumer.

Überwachung der sicherheitsbezogenen Datenkommunikation: Um die sicherheitsbezogene Kommunikation zu prüfen, werden die Übertragungszeiten von openSAFETY-Telegrammen zwischen Producern und Consumern überwacht. Zur Verifizierung werden die auf Grundlage der Parameter SicherheitsdatenÜbertragungsdauer und TolerierterPaketverlust berechneten internen Parameter verwendet. Diese sind im Geräteparametrierungseditor für die beteiligten Module definiert. Sie werden auch für die Berechnung der Safety-Reaktionszeit herangezogen.

1. Berechnen Sie für jeden Eingangs- und Ausgangspfad der funktionalen Sicherheitsapplikation den Wert für den Parameter SicherheitsdatenÜbertragungsdauer.

   Berechnung: SDD = (SRT - SPTi - SPTo) / (2* (TPL + 1))

   Für SPT = größerer Wert von SPTi und SPTo und SDD = SDDi = SDDo (symmetrisches System) berechnet sich der Wert wie folgt:

   SDD = (SRT - 2*SPT) / (2*(TPL+1))

   Die Risikoanalyse, die Sie für Ihre funktionale Sicherheitsapplikation ausgeführt haben, liefert die maximal zulässige Gesamt-Reaktionszeit Ihrer Sicherheitsfunktion und, als Teil davon, die Safety-Reaktionszeit (SRZ) der Signalkette.

   Ziehen Sie von der zulässigen SRZ die Verarbeitungszeiten des sicherheitsbezogenen Eingangsmoduls (Safety Processing Time Input, SPTi) und des Ausgangsmoduls (Safety Processing Time Output, SPTo) ab.

   Das Ergebnis ist die maximal zulässige Gesamtzeit für die Übertragung der sicherheitsbezogenen Daten auf dem gesamten Sicherheitspfad, d. h. vom Eingangsmodul zum Ausgangsmodul. Da sich der Parameter SicherheitsdatenÜbertragungsdauer nur auf einen Übertragungsweg bezieht (Eingangsmodul -> SLC oder SLC -> Ausgangsmodul), müssen Sie den Wert durch 2 teilen, um den Wert zu erhalten, den Sie in die Parametertabelle eingeben müssen.

   Wird ein Paketverlust größer als Null toleriert, so wird dies in die Berechnung mit einbezogen.

   HINWEIS:

   Auf Grundlage der von Ihnen für die beteiligten Module angegebenen Werte für SDD und TPL, berechnet Machine Expert – Safety beim Kompilieren interne Systemparameter und prüft diese gegen bekannte physikalische Einschränkungen hinsichtlich des zeitlichen Ablaufs.

   Werden Systemgrenzen erreicht, gibt der Compiler eine Warnung aus. Diese enthält Vorschläge zur Optimierung Ihres Systems (z.B. durch Reduzieren der Filterzeiten, der SLC-Zykluszeit oder SERCOS- bzw. BC-Zykluszeiten usw.)

2. Für jedes sicherheitsbezogene Modul: Geben Sie die berechneten Werte im 'Geräte'-Fenster in die Parametergruppe 'SafetyResponseTime' ein.

   Beachten Sie dabei die Möglichkeit, dass für die beteiligten Module entweder individuelle Werte oder Standardparameterwerte verwendet werden können.

   • Wenn Sie für die beteiligten Module einen gemeinsamen Wert für SicherheitsdatenÜbertragungsdauer und TolerierterPaketverlust verwenden wollen, tragen Sie diesen bei den Parametern des Sicheren Logik-Controllers in die Gruppe 'SafetyResponseTimeDefaults' ein. Zusätzlich muss der Parameter 'ManuelleKonfiguration' für jedes Modul, welches diese Standardwerte vom SLC erben soll, auf 'Nein' eingestellt sein.

   • Falls für ein Modul individuelle Parameterwerte erforderlich sind, geben Sie die Werte in die Gruppe 'SafetyResponseTime' jedes betroffenen Moduls ein. Setzen Sie zusätzlich für jedes Modul, das modulspezifische Werte verwenden soll, den Parameter 'ManuelleKonfiguration' auf 'Ja'.

3. Verwenden Sie den Dialog 'Reaktionszeitrechner' (Menüpunkt 'Projekt > Reaktionszeitrechner') zur Berechnung der Safety-Reaktionszeit für jedes ausgewählte Eingangsmodul, die verfügbaren Eingangskanäle und das Ausgangsmodul. Weitere Informationen finden Sie im folgenden Abschnitt.

4. Verwenden Sie die Ergebnisse für die Projektierung Ihrer Sicherheitsfunktion. Validieren Sie jeden Parameter und den daraus resultierenden Wert für die Safety-Reaktionszeit mit Bezug auf Ihre Risikoanalyse.

   Beachten Sie folgende Warnung.

1. Stellen Sie sicher, dass im 'Geräte'-Fenster für die beteiligten Module alle Safety-Reaktionszeit-relevanten Parameter korrekt spezifiziert sind. Diese Parameter sind:

   • ManuelleKonfiguration

   • SicherheitsdatenÜbertragungsdauer

   • TolerierterPaketverlust

2. Wählen Sie in Machine Expert – Safety den Menüpunkt 'Projekt > Reaktionszeitrechner'.

   Der Abschnitt 'Ergebnis' am unteren Dialogrand zeigt die ungünstigste Gesamtreaktionszeit für das benutzerdefinierte funktionale Sicherheitssystem an.

   Sie können nun die Safety-Reaktionszeit für einzelne Eingangs-Ausgangs-Signalpfade (Eingangsmodul, der verfügbare Kanal und das Ausgangsmodul) wie folgt anzeigen:

3. Wählen Sie das Eingangsmodul, für welches die Reaktionszeit berechnet werden soll und (falls für das ausgewählte Modul verfügbar) einen Eingangskanal.

   Die eingestellten Reaktionszeit-abhängigen Parameter für das ausgewählte Modul bzw. den ausgewählten Kanal werden nun im unteren Bereich angezeigt. Wenn kein Ausgangsmodul ausgewählt ist, sind die Parameterwerte anfänglich auf Null gesetzt.

4. Wählen Sie im rechten Listenfeld 'Modul' das Ausgangsmodul, für das die Reaktionszeit berechnet werden soll.

   Das Dialogfenster zeigt automatisch die berechnete(n) Reaktionszeit(en) an.

   Beachten Sie, dass die sicherheitsbezogenen Parameterwerte, die für die Ermittlung der Safety-Reaktionszeit verwendet werden, nur angezeigt werden, wenn ein Eingangsmodul, ein verfügbarer Kanal und ein Ausgangskanal ausgewählt sind.

   HINWEIS:

   Falls für die Module 'ManuelleKonfiguration = Nein' eingestellt ist, unterscheiden sich ihre Reaktionszeiten nur aufgrund modulspezifischer Verarbeitungszeiten, da sie den selben gemeinsamen SicherheitsdatenÜbertragungsdauer- und TolerierterPaketverlust-Wert verwenden, der für den SLC angegeben ist.