Hammastankohissin modernisointi

Transkriptio

1 Hammastankohissin modernisointi Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Heikki Laitasalmi

2 Sisällysluettelo Työn tavoite... 2 Suunnitelma... 2 Modernisoitavan hissin kuvaus... 3 Modernisoidun ohjausjärjestelmän rakenne... 6 Modernisoinnissa käytettävät komponentit... 7 Käytettävät kehitysympäristöt... 8 V-Malli Vaatimusmäärittely Järjestelmätoimintojen määrittely Ohjelmistotoiminnot Detaalisuunnittelu Toteutus Yksikkötestaus Tulosten arviointi Ajankäyttö Viitteet Liite 1 Hissin käyttötapaukset Liite 2 Hissin vaaran arviointi Liite 3 Esimerkkejä hissin järjestelmätoimintojen määrittely Liite 4 Esimerkkejä hissin ohjelmistotoiminnoista Liite 5 Esimerkkejä hissin ohjelmistotoimintojen toteutuksesta Liite 6 Esimerkki yksikkötestauksesta Liite 7 Matlabilla toteutettu modbus simulaattori... 50

3 Työn tavoite Työn tavoitteena on modernisoida kiinteästi asennetun seitsemänkerroksinen hammastankohissin sähkömekaaninen ohjausjärjestelmä, käyttäen hyväksi havaittua arkkitehtuuri ratkaisua ja siihen soveltuvia komponentteja. Arkkitehtuuri valinta tulee pohjautumaan hammastankohissin ohjausarkkitehtuurit - kandidaatintyön selvitykseen hissien ohjausarkkitehtuureista. Työ jakautuu kahteen osaan, joista ensimmäinen on komponenttien hankkiminen ja valitseminen ja toinen on ohjausjärjestelmän toteuttaminen. Työ pyritään suorittamaan mahdollisimman pitkälle käyttäen koneenohjausjärjestelmien V- mallia. Kevään tavoitteeksi on asetettu integraatiotestauksen valmiiksi saaminen, mikäli työt etenevät kuitenkin odotettua nopeammin pyritään testauksessa etenemään mahdollisimman pitkälle. Suunnitelma V-mallin mukaisesti aloitetaan työ vaatimusmäärittelyllä, jonka pohjana toimivat käyttötapaukset. Tämän jälkeen edetään järjestelmä toimintojen määrittelyyn, jonka kanssa tehdään osittain samanaikaisesti ohjelmisto toimintojen määrittelyä. Kun suunnittelu on saatu valmiiksi, arkkitehtuuriset ratkaisut on toivottavasti saatu valittua, joten aletaan pohtia miten kyseiset ohjelmistotoiminnot toteutetaan valitulla arkkitehtuurilla. Kun pohtimiset on pohdittu, aletaan toteuttaa suunnitelmia. Tämän jälkeen tehdään lopulliset testaussuunnitelmat ja toteutetaan testit. Aikataulu Taulukko 1.Suunniteltu aikataulu. Viikko 3 Viikko 4 Viikko 5 Viikko 6 Viikot 7-8 Viikko 9 Viikot Viikot Projektisuunnitelma, aletaan pohtia käyttötapauksia Käyttötapausten pohtiminen valmiiksi Toimintojen määrittely alkaa Toimintojen määrittely jatkuu, ohjelmistotoimintojen suunnittelu alkaa Määrittelyvaiheet jatkuvat Arkkitehtuuri on valittu, yksityiskohdat kuntoon Toteutetaan ohjelmistotoiminnot Lopullinen testaussuunnittelu ja testit Riskit Työn suurin riski liittyy alussa tehtäviin määrittelyihin. Ne pitäisi pystyä tekemään mahdollisimman kattavasti ja nopeasti, mitkä ovat toisensa pois sulkevia tekijöitä. Kummassakin tapauksessa vaikutukset ovat projektiaikatauluun välittömät. Mikäli määrittelyjä ei tehdä tarpeellisella tarkkuudella, kuluu muihin työvaiheisiin enemmän aikaa ja määrittelyihin kulunut aika on muista työvaiheista pois. Arkkitehtuuri valinnan myöhästyminen on toinen uhka. Sen myöhästyminen voi pahimmillaan pilata koko projektin, koska silloin tarpeellisia työkaluja ei saada tilattua ajoissa. Tähän täytyy kiinnittää erityistä huomiota, koska laitteiden ja ohjelmistojen saatavuus heti ei ole itsestään selvyys.

4 Modernisoitavan hissin kuvaus Hissin ohjausjärjestelmä on täysin sähköinen. Esimerkiksi kerrostunnistus tapahtuu siten, että hissiin kiinnitetty ratas pyörittää ketjua, joka pyörittää toista ratasta, johon on kiinnitetty kahteen suuntaan liipaisevia rajakytkimiä. Hissi tunnistaa kerroksen rajakatkaisijoiden asennoista. Tämän kaltaisen toteutuksen takia hissin sähkökaappi on sijoitettu alimmalle pysähdystasolle. Modernisoinnin yhteydessä sähkökaappi tullaan sijoittamaan hissikoriin. Kuva 1. Hissin sähkökaappi. Ohjausjärjestelmän kannalta olennaisinta on tietää, mitä olemassa olevia osia voidaan käyttää hyväksi projektissa. Tässä tapauksessa tultiin tulokseen, että korikaapelit ovat varsin hyvät. Viestikaapelina on 16x1 ja sen pitäisi olla johdin määrältään riittävä, mikäli kerroskutsuihin ei käytetä ns. kahdensuuntaisia kutsuja (ylös/alas). Näin ollen myös pysähdystasojen painikekotelotkin olisivat vielä ihan hyvässä kunnossa. Kuva 2. Oikealla on vapaasti roikkuva viestikaapeli, kuva on hissin katolta.

5 Aluksi ajattelin painonappikoteloiden tilalle, jotain ihan uudenaikaista, kuten kosketusnäyttöä, mutta kuvat nähtyäni huomasin, että kosketusnäytöt ovat ideana tuhoon tuomitut. Kuva 3. Korin kutsunapit. Kuten kuvasta kolme huomaa, kutsunappeja on käytetty ruuvimeisselin kärjellä, joten lienee itsestäänselvyys, että muunkinlaisia järjestelmiä kohdeltaisiin kaltoin. Kuva4. Nostomoottori, kulmavaihde, veitsikytkin ja tarrain. Kuvassa neljä on esitelty nostolaitteisto. Kuvan vasemmassa yläreunassa oleva kulmavaihde (oranssi mötikkä) välittää moottorin (vaaleansininen mötikkä) pyörimisliikkeen nostohammaspyörälle. Kuvassa on myös kaksi tärkeää turvalaitetta. Ensimmäinen on turvatarrain (kulmavaihteen alapuolella oleva harmaa mötikkä), joka toimii mekaanisesti epäkesko periaatteella (kuvernööri). Vauhdin noustessa tarpeeksi yli

6 nimellisnopeuden (1,2 yleinen kerroin) tarrain laukaisee ja matkanteko loppuu siihen. Tarraimet ovat suunniteltu siten, että tarrain pystyy yksinään kannattamaan koko hissin maksimi nimelliskuorman tietyllä varmuuskertoimella. Toinen kuvassa oleva turvalaite on veitsikytkin (vaalean harmaa mötikkä, jossa vipu) Veitsikytkimen ajatuksena on toimia toimintarajakytkimenä. Tämä tarkoittaa, että veitsikytkimen vivun tielle on asetettu este toimintarajalla, mikäli veitsikytkin vääntyy, se katkaisee nostomoottorille tulevat vaiheet. Veitsikytkin on melko vanhahtava ratkaisu ja nykyään käytetään rajakatkaisijoita, jotka ohjaavat kontaktoreita.

7 Modernisoidun ohjausjärjestelmän rakenne Ohjausjärjestelmä tullaan uudistamaan käyttäen PLC-logiikkaa (PLC) ja taajuusmuuttajaa (tamu). Ensin mainittu hoitaa kutsujen käsittelyn ja jälkimmäinen hoitaa paikoituksen. Molemmille tullaan toteuttamaan tarkoitukseen sopiva ohjelma. Taajuusmuuttajan käyttämiseen päädyttiin, koska taajuusmuuttaja käyttö yksinkertaistaa hissin paikoituksen toteuttamista, se avulla paikoitus on tarkempaa, sekä pitkällä aikavälillä se säästää nostolaitteiston osia, esimerkiksi noston jarrun käyttö vähentyy huomattavasti, kun käytetään taajuusmuuttajaa. PLC:n ja tamun viestintä toteutaan käyttäen Modbus väylää. Syitä tähän on edullisuus ja toisaalta Modbus väylä on lähes standardi tamu käytössä. Kutsujärjestelmän osat tullaan pitämään ennallaan tai ne tullaan uusimaan samankaltaisiin. Ainoana lisänä pysähdystason kutsujärjestelmään lisätään hissi kutsuttu valo. Tämä johtuu siitä, että hississä on ennestään hyvä korikaapeli, jolla pysähdystasojen kutsut voidaan tuoda suoraan logiikan I/O:hon (korikaapeli on yllättävän kallista). Korin kutsujärjestelmään uutena ominaisuutena tulee huolto/kerrosnäyttö. Tarkoituksena on, että normaali käytössä näyttö näyttää hissin suunnan, kerroksen ynnä muita perustietoja, mutta sillä ei tehdä minkäänlaisia ohjaustoimintoja, joka johtuu aiemmin mainitusta ruuvimeisselien suosiosta. Näytön huoltotilan ajatuksena on taas tuoda esiin hissin vikalista ja mahdollistaa jonkin asteinen parametrointi huoltonäytön kautta. Kuva 5. Ohjausjärjestelmän periaatekuva. Kuvassa viisi on esitelty hissin ohjausjärjestelmän rakenne. Tärkeintä on huomioida, että informaation pullonkaula sijaitsee korin ja tasojen välissä. Toinen huomio on, että ohjausjärjestelmän skaalautuvuus voidaan tällä kertaa unohtaa, koska korin ja kerroksen välille ei laiteta väyläkaapelia.

8 Ohjausjärjestelmän kannalta suurimmat muutokset tullaan tekemään paikoituksen toteuttamiseen, aiemmin mainittu ratas järjestelmä poistetaan ja tilalle laitetaan joko inkrementti- tai monikierrosabsoluuttianturi. Toteutus tehdään niin, että hissin hammastangolle viedään erillinen mittahammaspyörä, joka laskee hissin paikan. Juuri mittahammaspyörän käyttö mahdollistaa absoluuttianturin käyttämisen. Asia voidaan todentaa muutamalla helpohkolla laskulla (luvut eivät ole ihan täsmällisiä, mutta ajatuksena on tuoda idea esille). Otetaan selkeyden vuoksi esimerkiksi melko yleinen 4096 kierroksen absoluuttianturi. Yleisin hammastankohisseissä käytettävä hammaspyörän moduuli on 6 (Syy tähän: SFS-EN A1: ). Oletetaan, että mittahammaspyörä on suorahampainen ( ) ja siinä on 12 hammasta (pienin, jonka löysin). Näillä tiedoilla voidaan laskea kuinka korkean nousun valittu absoluuttianturi mahdollistaa (kaavat koneenrakennustekniikka B kaavakokoelma): ja (1) Nyt siis saadaan laskettua nousu, josta (2). (3). (4) Siispä mittapyörän käyttö mahdollistaa perinteisen absoluuttianturin käyttämisen lähes tilanteessa kuin tilanteessa. Tätä voidaan verrata tilanteeseen, jossa anturi olisi kiinnitetty suoraan moottorin akseliin. Oletetaan, että moottori pyörii 1500 r/min, vaihteiston välitys 70:1, nostohammaspyörässä on 15 hammasta (nämä melko lähelle oikeaa). Nyt siis nostohammaspyörän mahdollisten kierrosten lukumäärä: Tästä saadaan nousu:. (5), (6) siis seitsemän kerroksiselle hissille saadaan, että kerrostasojen maksimi etäisyys olisi 2,3 metriä. Uskaltaisin sanoa, että tämä on liian vähän. Markkinoilta löytynee monikierrosabsoluuttiantureita, jotka pystyvät paljon parempaankin suorituskykykyyn, mutta näiden kohdalla ongelmaksi muodostuu kommunikointi taajuusmuuttajan kanssa, josta kerron tuonnempana. Mielestäni 4096 kierroksen suorituskyky on melko hyvä arvio milliampeeri tuloon (joskin melko optimistinen) kytkettävälle anturille. Modernisoinnissa käytettävät komponentit Hissin sähköinen ohjausjärjestelmä tullaan korvaamaan Mitsubishi FX3G logiikalla, Yaskawa A1000 taajuusmuuttajalla ja pulssianturilla. Lisäksi hissikoriin tulee Mitsubishin E1043 operointipääte, johon tullaan suunnittelemaan kaksi tilaa: ajo-tila, jossa näytössä esitetään hissin perustietoja, kuten kerros ja suunta ja huolto-tila, jossa huoltomies saa näkyviin vikadiagnostiikkaa ja pääsee mahdollisesti muuttamaan jotain tärkeimpiä parametreja.

9 FX3G logiikkaan päädyttiin laajennusmahdollisuuksien ja melko edullisen hinnan takia. Versioksi valittiin 14 sisääntuloa ja 10 relelähtöä sisältävä versio. Mikäli osoittautuu, että versiossa on sisääntuloja liian vähän, voidaan logiikkaa laajentaa lisäkortilla. Hinnaltaan tämänkaltainen ratkaisu on edullisempi kuin ostaa 40 IO:n versio. Logiikkaan otettiin RS485 laajennuskortti, jonka avulla voidaan käyttää Modbus-väylää logiikan ja taajuusmuuttajan välillä. Yaskawa A1000 taajuusmuuttajaa ei ole vielä hankittu, mutta sellainen tullaan hankkimaan ja ohjelmisto tätä silmälläpitäen suunnittelemaan. Pääsyitä tähän ovat hyvät kokemukset Yaskawan taajuusmuuttajista ja erinomainen tuki ongelmatilanteissa. Taajuusmuuttajaan tullaan tekemään takaisinkytkentä, joko monikierrosabsoluuttianturilla milliampeerituloon (4-20mA) tai inkrementtianturilla (TTL). (Valintaa ei ole vieläkään tehty, koska tärkeää informaatiota puuttuu) Haasteet ja ongelmat Modernisointiin tarvittavien automaatiokomponenttien selvittämiseen ja hankkimiseen kului paljon aikaa. Pääasiassa ongelmana oli melko kapea kontaktipinta automaatio alan toimittajiin, sekä melko vähäinen kokemus automaatio komponenttien hankkimisesta. Lisäksi isommilla toimittajilla oli melko vähän kiinnostusta tarttua tämänkaltaiseen pikkuprojektiin. Toinen mielenkiintoinen piirre on, että taajuusmuuttajat (Yaskawa ja Mitsubishi) eivät tue vakiona SSI protokollaa, jos siis haluaa käyttää absoluuttianturia, pitää se liittää väylään tai analogiatuloon. Väylässä käytettävä olisi muuten hyvä vaihtoehto, mutta jostain ihmeellisestä syystä Yaskawan taajuusmuuttaja ei osaa lukea anturitietoa suoraan väylästä vaan se pitäisi kierrättää väylän isännän kautta, mikä taasen aiheuttaisi aivan järkyttävät viiveet. Analogia tuloon liitettävän absoluuttianturin huono puoli taas on milliampeeritekniikan epätarkkuus. Joskin hissikäytössä paikotustarkkuus on senttimetriluokassa, joten on mahdollista, että milliampeeriviesteillä toimiva absoluuttianturi on riittävä. Käytettävät kehitysympäristöt Projektin ohjelmointi ja konfigurointi työt tullaan suorittamaan komponenttitoimittajien kehitysympäristöillä. Mitsubishin ympäristö on nimeltään GX Developer ja se noudattaa IEC standardia. Ensi vaikutelma GX Developerista ovat olleet positiiviset. Ohjelma on intuitiivinen, ohjekirjan selailuun ei ole tarvinnut ainakaan vielä käyttää paljon aikaa. Erityisesti miellyttää mahdollisuus määritellä lohkojen suoritusjärjestys Networkkien avulla tarkasti. Tarkemmin sanottuna kokonainen logiikan ohjelmisto koostuu taskeista, joita erilaiset tapahtumat käynnistävät. Taskit taas koostuvat program oranization uniteista (POU). GX Developer vaikuttaa siten toteutetulta, että muutokset ohjelman ylimmilläkään tasoilla eivät välttämättä ole kovin työläitä, koska ohjelma on mahdollista pilkkoa järkeviin osiin.

10 Kuva6. GX Developer ohjelmointi ympäristö. Kuvassa kuusi on GX Developerin päänäyttö, jossa on yksi POU auki. Kuva 7. GX Simulator. GX Developerissa on myös ohjelman testausympäristö GX simulator, jonka ansiosta testausta voidaan suorittaa toivon mukaan melko pitkälle ilman, että ohjelmia ei tarvitse latailla PLC:lle. GX simulator mahdollistaa ainakin laajamittaisen IO simuloimisen. Kuva 8.GX Simulator timing chart. Kuvassa 8 on GX Simulatorin timing chart, josta voi katsoa, miten logiikka ohjelma käyttäytyy, kun tietyt inputit aktivoituvat. Inputtien aktivoitumiseen voi asettaa ehtoja, asettaa inputin olemaan aina päällä tai lisätä siihen manuaalisen painonapin. Yaskawan invertteriä ohjelmoidaan DriveWorkEz ohjelmistolla. Se ei ole IEC standardin mukainen ohjelmointiympäristö. Ensivaikutelma DriveWorksEz ohjelmistosta on hyvä. En ehtinyt projektityökurssin puitteissa aloittaa taajuusmuuttajan varsinaista ohjelmointityötä, mutta DriveWorksEZ:taa opettelin

11 käyttämään sen verran, että totesin sen muistuttavan paljon GXdeveloperia. Pääasiallisena erona on, että DriveWorksEz on räätäilöity kahden Yaskawan taajuusmuuttajamallin ohjelmointiin. Tämän takia ohjelma on melko, esimerkiksi apumuuttujien määrittely on mahdotonta. Kuva 9. DriveWorksEz Kuvassa 9 on DriveWorksEZ:tan päänäyttö. Kuvasta käy ilmi toinen ohjelman harmillinen puute, joka on networkkien puute, jotka löytyy GxDeveloperista. HMI:n suunnitteluun on myös ohjelmistonsa nimeltä E-Designer, jonka peruskäytön oppiminen oli sinällään helppoa, mutta ohjelman mahdollisuudet ovat niin laajat ja mahdollistavat monimutkaisten asioiden suorittamisen prosessinäytössä, että ohjelman opettelu on vielä kesken. Peruskäyttö onnistuu kuitenkin jo hyvin ja todennäköisesti hissiin tarvittavat visualisoinnit saadaan suoritettua kohtuullisella vaivalla. Yllättäen vaikeimmaksi asiaksi muodostui luodun ohjelman laataaminen HMI:hin. Ohjelma oli tarkoitettu ladattavaksi, joko sarjaportin tai verkkokaapelin kautta. Sarjaportti-yhteyden toimintakuntoon saattaminen osoittautui tuntemattomasta syystä mahdottomaksi. Verkkokaapelin yli ohjelman lataaminen lopulta onnistui. Tosin tietokoneen IP-asetukset piti muuttaa vastaamaan HMI:n oletusasetuksia. Jouduin painimaan ongelman kanssa tuskallisen pitkän ajan ennen kuin tajusin, miten yhteyden saa muodostettua. Kuva 10. E-designer ohjelmisto.

12 V-Malli Koneenohjausjärjestelmän V-mallin tavoitteena on sitoa ohjausjärjestelmän suunnittelu ennalta määriteltyyn toimintatapaan ja näin helpottaa ohjausjärjestelmän toteutusta ja parantaa turvallisuutta. V- mallin käyttäminen on sinänsä hieman ristiriitaista, mutta erittäin suositeltavaa. Ristiriitaista siksi, että malli olettaa, että yksi vaihe tehdään loppuun ja sitten siirrytään seuraavaan, kuten kuvassa 11 on esitetty. Kuva 11. Koneenohjausjärjestelmä suunnitteluun tarkoitettu V-malli. Huomasin kuitenkin, että varsinkin, jos ei ole kovin tarkkaan tiedossa mitä on tekemässä, kannattaa hypätä hieman vaillinaisilla tiedoilla hetkeksi seuraavaan vaiheeseen. Kun asiaa on tutkinut seuraavan vaiheen kannalta ja saanut ajateltua järjestelmän toteutusta pidemmälle, pitää siirtyä takaisin aikaisempaan vaiheeseen täydentää se valmiiksi. Kun yhden vaiheen on saanut kokonaan valmiiksi, on seuraavan vaiheen miettiminen paljon helpompaa. V-mallin hyödyt alkavat varmasti tulla vielä enemmän esiin, kun on kokemusta sen käyttämisestä ja koneen ohjausjärjestelmien suunnittelusta ylipäätään. Vaatimusmäärittely Vaatimusmäärittelyn tarkoituksena on määritellä ohjausjärjestelmän toiminta yleisellä tasolla. Erityinen huomio on ihmiseen koneen välisessä toiminnassa, jonka määrittely tapahtuu käyttötapausten avulla. Käyttötapausten pohjalta tehdään myös alustava riskiarvio, joka sisältää riskin kuvauksen, vaarallisuuden arvioinnin ja ehdotetut toimenpiteet riskin välttämiseksi. Kun vaatimusmäärittely on valmis, tulisi suunnittelijan ymmärtää koneen toiminta yleisellä tasolla ja tiedostaa koneen toimintaan liittyvät riskit.

13 Vaatimusmäärittelyt toimivat tässä työssä juurikin toivotulla tavalla. Vaikka hammastankohissit ovat tuttuja laitteita, sain käyttötapausten laatimisen jälkeen vielä syvällisemmän kuvan hissin toiminnasta. Tämän jälkeen tuntui selkeältä alkaa laatimaan järjestelmätoimintojen määrittelyä. Käyttötapaukset Käyttötapausten ajatuksena on toimia lähtötietoina riskinarvioinnille ja toimia vaatimusmäärittelyinä. Käyttötapauksissa pyritään todentamaan ihmisen ja koneen välinen vuorovaikutus. Tässä projektityössä keskitytään käyttötapauksiin, jossa on mukana hissin ohjausjärjestelmä. Ohessa lista muodostetuista käyttötapauksista: 1. Käyttöönotto 2. Pysähdystasojen kalibrointi 3. Kutsunappia painetaan 4. Hissiin siirtyminen 5. Hississä matkustaminen 6. Hissistä poistuminen 7. Huolto 8. Käytöstä pois saattaminen Käyttötapaukset esitellään liitteessä 1 kokonaisuudessaan. Niihin on suositeltavaa tutustua, koska niihin tullaan viittamaan työn kuluessa. Riskinarviointi Riskinarviointi on laaja käsite ja se voi käsittää melkein mitä tahansa, tässä työssä kuitenkin asiaa lähestytään siltä kantilta, että ensimmäisessä vaiheessa muodostetaan käyttötapausten pohjalta mahdollisia vaara tapauksia joille tehdään PHA-analyysi, jonka pohjalta määrätään vaaran SIL taso. SILtason pohjalta voidaan tehdä alustavat suositukset turvatoimenpiteistä. Tehdyt vaaran arvioinnit löytyvät liitteestä kaksi. Seuraavassa vaiheessa otetaan mukaan C-tyypin hissi standardin asettamat suoritustaso vaatimukset turvallisuus kriittisille toiminnoille. Näiden pohjalta pohditaan liittyvätkö turvallisuuskriittiset laitteet ohjausjärjestelmään. Mikäli osoittautuu, että turvallisuuskriittiset laitteet tai toiminnot liittyvät jotenkin ohjausjärjestelmän toimintoihin täytyy toiminnolle määrittää diagnostiikan kattavuuden taso (DC) ja selvittää toimintoon liittyvän kanavan vaarallinen keskimääräinen vikaantumisaika ( ). Määritettyjen tietojen avulla voidaan määrittää tarvittava turvatoiminnallisuus, joka kattaa vaaditun diagnostiikan kattavuuden tason, standardin SFS EN ISO liitteen E.1 avulla. Taulukko2. SFS-EN A1 standardin vaatimat suoritustasot turvallisuuskriittisille toiminnoille [1, Liite B].

14 Taulukossa 2 on esitetty C-tyypin hissistandardin turvallisuus kriittiset toiminnot. Liitteessä 3 on lainaus kandidaatintyöstä hammastankohissin ohjausarkkitehtuurit, joka käsittelee turvapiirin toimintaa. Tässäkin hissin modernisoinnissa käytetään turvapiiriä, jolloin ainoat mahdolliset listassa ohjausjärjestelmään liittyvät laitteet ovat korinportin lukon ohjaus ja huoltoajokytkin. Nämäkin toiminnot pyritään toteuttamaan erillisenä ohjausjärjestelmästä. Taulukko 3. Kanavan vaarallinen keskimääräinen vikaantumisaika [2,4.5.2] Taulukossa 3 on kanavan vaarallinen keskimääräisen vikaantumisaika, jota tarvitaan diagnostiikan kattavuuden lisäksi tarvittavan turvatoiminnallisuuden määrittämiseen. Tieto pitää kysyä valmistajalta, laskea SFS EN ISO liitteiden C ja D menetelmillä tai valita 10 vuotta [2]. Myöhemmin huomataan, että huoltoajokytkimelle ja korinlukon ohjaukselle (suoritustaso d) ainoastaan ensimmäinen on varteenotettava vaihtoehto. Taulukko 4. Diagnostiikan kattavuus [2,4.5.3]

15 Taulukossa 4 on määritelty diagnostiikan kattavuuden vaihteluvälit. Diagnostiikan kattavuus on tehokkuuden mitta, joka määrittää vaarallisten vikaantumisten vikaantumistaajuuden ja kaikkien vikaantumisien vikaantumistaajuuden suhteen [2, ]. Kuva 12., ja suoritustason välinen suhde nimettyihin luokkiin. Taulukoiden 2-4 avulla määritellään kuvasta 12 tarvittava diagnostiikan kattavuuden ja vaarallinen kanavan keskimääräinen vikaantumisajan suhde nimettyihin. Nimetyillä luokilla tarkoitetaan standardin SFS EN ISO kappaleessa 6.23 määriteltyjä luokkia, jotka määrittelevät ohjausjärjestelmän rakenteen. Kuten kuvasta 6 huomataan suoritustasolle d, vaaditaan rakenteelle luokka 2-4. Käytännössä luokka 2 on ainoa järkevä ratkaisu. Käytännössä tarkoittaa, että diagnostiikankattavuuden pitää tällöin olla matala tai keskimääräinen, sekä :n korkea

16 Kuva 13.Luokan 2 mukainen nimetty ohjausjärjestelmä rakenne [2, 6.2.5] Käytännössä luokan 2 vaatimus on, että komponenttien valinnan pitää noudattaa standardeja, niiden pitää kestää odotettavissa olevat vaikutukset ja turvatoiminto pitää tarkistaa tasaisin väliajoin. Turvatoiminnon menetys havaitaan tarkistuksessa. Käytännössä tämä voi tarkoittaa esimerkiksi turvarelettä, joka saattaa hissin turvalliseen tilaan (pääkontaktori päästötilaan), mikäli havaitsee anturi arvojen olevan järjettömiä. Ehkäpä tämä lyhyt katsaus PLC pohjaisten turvallisuustoimintojen validointiin osoittaa miksi hissi sovelluksissa on pääsääntöisesti järkevää käyttää turvapiiriä turvatoimintojen toteuttamiseen, ohjelmistopohjaisten sijaan. Tulot, lähdöt ja väyläsignaalit Tulojen, lähtöjen ja väyläsignaalien määrittely on myös tärkeä osa vaatimusmäärittelyä, koska suurin osa tapahtumista alkaa niiden aktivoitumisesta. Alla on esitetty alustava lista järjestelmän IO:sta. Lista tulee päivittymään ajan mukaiseksi, kun esimerkiksi tamun ja PLC:n kommunikaatiosta on enemmän tietoa. Taulukko 6. Järjestelmä tulot, lähdöt ja väyläsignaalit Status: Odottaa valmiita sähkösuunnitelmia Input Nimi Tehtävä 1 7 Kerroskutsu Ajaa hissin haluttuun kerrokseen 8 Turvapiiri_ok Tarkistaa onko turvapiiri kiinni 9 kerrosinduktiivi Todentaa, että kori on sallituissa rajoissa kerroksesta 10 Korkeusanturi Kertoo hissin paikan Output Nimi Tehtävä 2 Hissi_kutsuttu Kertoo valolla, että hissi on kutsuttu Väylä Nimi Tehtävä V1 Aja_osoitteeseen Lähettää PLC:ltä tamulle käskyn "Aja osoitteeseen x" V2 Tamun_status Tamu lähettää statuksensa PLC:lle sen muuttuessa

17 V3 Pulssiluku Tamu lähettää PLC:lle pulssilukua määrävälein V4 Vaihda_osoite PLC lähettää tamulle käskyn "Vaihda osoite x" V5 Vahvista_vaihdos Tamu vastaa PLC:lle "Osoite vaihdettu" tai "Vaihto hylätty", jos PLC on pyytänyt osoitetta vaihdettavaksi Järjestelmätoimintojen määrittely Järjestelmätoimintojen määrittelyn tavoitteena on määritellä toiminnot tiettyjen tapahtumien aktivoituessa. Aktivoiva tapahtuma voi olla esimerkiksi tulon, lähdön tai väyläsignaalin aktivoituminen, jonka perusteella aloitetaan esimerkiksi ohjelmatoiminnon suoritus. Alla on yksi esimerkki vaatimus määrittelystä, joka on tehty flow chartilla Kuva 14. NFunc_3 Hissin kulkusuunnan ylläpito Kuvassa 14 on esitetty hissin kulkusuunnan ylläpito toiminto, joka päivittää hissin kulkusuunnan pulssiluvun muuttumisen mukaan. Flow charttien avuksi pitää tehdä vielä vaatimusmäärittely kaavake, joka tukee niiden sisältöä. Taulukossa 5 on esitetty järjestelmätoimintojen lista, joka on jaettu laitekohtaisesti. Ratkaisu on sinällään helposti käsitettävä, mutta se sinällään vääristää arkkitehtuurin kuvaa siltä osin, että listan perusteella voisi päätellä jokaisen laitteen olevan itsenäisiä. Näin ei kuitenkaan ole vaan taajuusmuuttaja ja huoltopääte

18 toimivat PLC:n alaisuudessa ja käytännössä molempien ohjaus tapahtuu PLC:n kautta. Näin ollen tamun ja huoltopäätteen järjestelmä toimintojen määrittely ottaa kantaa lähinnä parametreihin. Taulukko 5. Järjestelmätoimintojenlista Tunniste Toiminnonnimi Logiikka PLCf_1 PLCf_2 PLCf_3 PLCf_4 PLCf_5 PLCf_6 SPLCf_1 SPLCf_2 Kerroskutsujen käsittely Kutsupino Suuntatiedon ylläpito Asematiedon ylläpito Vikadiagnostiikka Modbus master konfiguraatio Kerrosvahti Turvapiiri_OK Tamu VFDf_1 VFDf_2 VFDf_3 VFDf_4 VFDf_5 VFDf_6 Osoitteeseen ajo Osoiteen vaihto Moottorin ohjaus Ohjauksen status Pulssiluvun lähetys Modbus parametrit Huoltopääte Hfunc_1 Kerrostasojen kalibrointi Hfunc_2 Vikatietojen esittäminen Hfunc_3 Asetusten muuttaminen Hfunc_4 Testinäyttö Hfunc_5 Statusnäyttö Taulukossa viisi lihavoidut järjestelmätoiminnot on suunniteltu. Syy miksei kaikkea saatu tehtyä jakautuu kahteen osioon. Toimintojen PLCf_5, SPLCf_1 ja SPLCf_2, Hfunc_1 ja Hfunc_2 kohdalla syy on, että niiden suunnittelu vaatii tietoa, mitä tietoa logiikalle on saatavissa sähköjärjestelmältä. Koska kunnostus projektista ei ole vielä olemassa sähkökuvia, on esimerkiksi mahdotonta ottaa kantaa k uinka laajat vikadiagnostiikan ominaisuudet logiikan avulla voidaan toteuttaa. Toinen syy on ajan puute selvitellä asioita aktiivisesti sidosryhmiltä, pureudun aiheeseen kappaleessa tulosten arviointi paremmin. Taajuusmuuttajatoimintojen osalta ongelmaksi muodostui tieto anturityypin valinnasta. Korkeustiedon käsittely muuttuu melko erilaiseksi riippuen luetaanko se TTL tulosta vai analogiatulosta milliampeeriviestinä. Toinen seikka on vaillinaiset tiedot moottoreista, joita en saanut aikaiseksi selvittää. Toteutetut järjestelmätoiminnot löytyvät liitteestä 3.

19 Ohjelmistotoiminnot Ohjelmistotoiminnon tarkoitus on kuvata ohjelmiston toiminta tietyissä järjestelmätoiminnon tapauksissa. Ajatuksena on laajentaa järjestelmätoiminto toteutuskelpoiseksi määrittelemällä tarvittavat ohjelmistotoiminnot. Erityisen tarkasti pitää kirjata rajapintaan tulevat ja lähtevät signaalit, käyttäen ohjelmoinnissa käytettäviä tietotyyppejä. Lisäksi kannattaa kirjata mitä arvoja yksittäinen signaali voi saada, esittää mahdollinen signaalin skaalaussuhde, sekä selittää mitä yksittäisen signaalin arvot merkitsevät ohjelman suorituksessa. Tässä vaiheessa alkoi näkyä kokemattomuuteni V-mallin käytössä. Aluksi en ymmärtänyt, mitä hyötyä ohjelmistotoimintojen tarkasta suunnittelusta on. Näin ollen aloin kokeilemaan, miten toteutusvaihe sujuu. Hyvin äkkiä tuli seinä vastaan ja jouduin palaamaan takaisin suunnittelu vaiheeseen. Tästä oli kuitenkin se hyöty, että tajusin, että kahden päätoiminnallisuuden toteuttaminen siis Modbus-kommunikoinnin ja kutsujen käsittelyyn tarvittavan tietorakenteen osoittautui hyvin työlääksi. Sen takia päätin kurssin puitteissa vain keskittyä Modbus-kommunikaatioon. Päädyin tähän ratkaisuun, koska halusin ennen kaikkea keskittyä V-mallin opettelemiseen ja toisaalta näkemykseni mukaan Modbus-kommunikointi on arkkitehtuurin tärkein osakokonaisuus. Modbus-kommunikoinnin kohdalla tuntui luontevimmalta jakaa ohjelmistotoiminnot hierarkkisesti, mitä alemmas hierarkiassa mennään, sitä vähemmän tietoa Modbus-rajapintaan voidaan viedä ja tuoda. Kuvassa 15 käynee paremmin ilmi mitä tarkoitan hierarkkisella toteutuksella. Kuva 15. Modbus-kommunikaation hierarkkinen toteutus Liitteessä 4 on esitelty ohjelmistotoimintojen Soft_1, Soft_1_1, Soft_1_1_1 ja Soft_1_1_1_1 toteutus. Tarkoituksena on esitellä miten hierarkkinen toteutus näkyy ohjelmistotoiminnoissa. Toisaalta kyseisten toimintojen esittely riittää kattamaan testausasetelma, jotka aion esitellä.

20 Detaalisuunnittelu Detaalisuunnittelun tavoitteena on täydentää aiempia vaiheita ohjausjärjestelmän rakenteen tarkentuessa. Periaatteessa kaikki aiemmat vaiheet pitäisi pystyä tekemään ilman tietoa käytettävistä komponenteista ja sitten detaalisuunnitelussa muokattaisiin suunnittelu eri vaiheet vastaamaan valittuja komponentteja. Detaalisuunnittelu vaihe toimiikin periaatteessa juuri kyseisellä tavalla, mutta sanoisin sen painottuvan virheiden korjaamiseen ohjelmistosuunnittelussa. En myöskään usko, että komponenttien valinnan pystyy jättämään auki detaalisuunnitteluun asti, ellei ole erittäin rautaista kokemusta työkoneiden ohjelmistosuunnittelusta. Oman näkemykseni mukaan V-malli on hallittavissa, kun vaatimusmäärittelyt määrittävät tarvittavan arkkitehtuurirakenteen, järjestelmätoiminnot määrittävät valittavat komponentit ja komponentit on valittu ennen ohjelmistotoimintojen suunnittelun alkua. Toteutus Toteutus vaiheessa lähdetään lopulta toteuttamaan hyvin suunniteltuja ohjelmistotoimintoja. Homman pitäisi sujua ilman vaikeuksia. Mikäli omaa kokemusta V-mallin käytöstä aikaisemmin, homma meneekin varmasti näin. Todellisuudessa jouduin hyppimään aikaisemmissa vaiheissa useamman kerran, vaikka toteutettujen ohjelmistotoimintojen määrä ja melko vähäiseksi. Syynä tähän oli, että en ollut ennestään tuntenut Modbus-väylän toimintaa ja jouduin opettelemaan hommaa erittäin pitkän kaavan mukaan. Kun Modbus väylä oli saatu logiikan osalta toimimaan, alkoi ongelmia muodostua testaus vaiheessa vieläkin lisää. Liitteessä 5 on esitetty liitettä 4 vastaavat ohjelmistotoimintojen toteutukset. Kuvista käy ilmi hierarkkisesta ajattelusta on hyötyä. Kun esimerkiksi selvitetään PLCf_1 onko tamu virhetilassa riittää, että otetaan Soft_1_1_1_1 funktiolohko eikä taajuusmuuttajan tietoja tarvitse joka kerta erikseen määritellä toteuksiin. Yksikkötestaus Yksikkötestauksen tarkoituksena on testata yksittäisten ohjelma moduulien toimintaa. Tässä työssä otettiin testaukseen ohjelmistotoiminnossa soft_1 esiintyvä ModbusFxMaster-moduuli, koska halusin todentaa modbus-väylän toiminnan. Liitteessä 6 on esitelty testaussuunnitelma. Yleensä yksikkötestit taidetaan ajaa debugger ympäristössä. Nyt kuitenkin päädyin lataamaan softan PLC:lle, koska en keksinyt järkevää tapaa testata väylän toimintaa debugger-ympäristössä. Testaus aloitettiin laittamalla laitteisto käyttökuntoon. Kuvassa 16 on esitetty laitteisto, jota yksikkötestauksessa käytettiin. PC:llä pyöritettiin Matlabissa simulaattoria, joka kirjoittaa modbusprotokollan mukaisen vastauksen väylään. Toteutettu simulaattori on esitetty liitteessä 7. Kuva 16. Yksikkötestauksessa käytetty laitteisto.

21 Tulosten arviointi Tässä kappaleessa arvioidaan miten projekti on onnistunut yleisellä tasolla ja verrattuna suunnitelmaan. Lisäksi käsitellään saavutettiinko asetettuja oppimistavoitteita. Lisäksi kappale sisältää muutaman sanan projektin jatkumisesta. Projektityö jakautui kahteen osaan. Ensimmäinen osa oli ohjausarkkitehtuurin sopivien komponenttien valitseminen ja hankkiminen. Toinen osio oli V-mallin mukainen ohjelmistonkehitys. Molemmat osa-alueet osoittautuivat haastaviksi omalla tavallaan. Minulla on kokemusta ennestään teknisten komponenttien hankkimisesta varaosamyynnin osalta. Työssä kuitenkin osoittautui, että komponenttien hankkiminen on huomattavan paljon haastavampaa, kun pitää ensin itse määritellä kriteerit mitä tarvitsee ja sen jälkeen lähteä metsästämään halutunlaista komponenttia. Toisaalta omat hankaluutensa toi komponenttien yhteensovittaminen. Lopulta kuitenkin sopivat komponentit löytyivät korkeusanturia lukuun ottamatta (kaveri lupasi soittaa viimeistään ensi viikolla, nyt ensi viikosta on kulunut kuukausi). V-mallin osalta tilanne oli lähtökohdiltaan haastavampi. Automaation tietotekniset järjestelmät ja kappaletavaratuotannon automaatio kurssit alla ja siihen suunnittelu kokemus oikeastaan rajoittuikin. Alku oli lentävä, koska oltiin vahvalla osa-alueella. Piti määritellä hissin käyttötapaukset, jotka menivät hyvällä teknisellä asiantuntemuksella sutjakkaasti. Tämän jälkeen alkoivatkin sitten ongelmat, koska suunnittelukokemuksen puute alkoi näkyä. Ensimmäiseksi ongelmaksi muodostui, että laitteiden hommaamisessa olisi pitänyt olla paljon aktiivisempi ja saada ne hommatuksi aikaisemmin, että niitä olisi ehtinyt kokeilla rauhassa. Toinen keskeinen ongelma V-mallin toteuttamisessa oli, etten oikein osannut hahmottaa työmäärää siirtymävaiheessa, jossa siirryttiin järjestelmätoiminnoista ja ohjelmistotoimintoihin. Yleisellä tasolla työmäärän arviointi oli projektin osalta muutenkin hankalaa kuten, alussa esitetystä suunnitelmasta huomaa se on melko ympäripyöreä, koska käytännössä kyse oli projektista, jossa lähdettiin nollista liikkeelle eikä taustatietoja ollut tarjolla. Jälkeenpäin tuntuu hölmöltä, etten osannut laittaa riskeiksi, että työmäärä voi osoittautua luultua paljon suuremmaksi, koska taustatietoja ei ole tarpeeksi. Projekti onnistuminen riippuu hieman katsantokannasta. Mikäli lukee projektisuunnitelmaa, projektia voi pitää epäonnistuneena. Jos asiaa miettii laajemmasta näkökulmasta ja miettii projektin tulevaisuutta ajatellen, on projekti onnistunut. Projektintyökurssin aikana saavutettiin tarvittava taitotaso suorittamaan projekti loppuun. Tulevana kesänä on tarkoitus toteuttaa ohjausjärjestelmä loppuun ja testata sitä käytännössä. Laitteisto testaus varten on jo olemassa. Mikäli saamme alussa esitetyn hissin kunnostus projektin tehtäväksemme, tullaan ohjausjärjestelmää käyttämään myös oikeasti.

22 Ajankäyttö Myynti Komponenttien hankinta Vaatimusmäärittely Järjestelmätoiminnot Ohjelmistotoiminnot Detaalisuunnittelu Toteutus Yksikkötestaus Dokumentointi Taulukko 6. Ajankäyttö Tehtävä Käytetty aika (tuntia) Komponenttien hankinta 40 Vaatimusmäärittely 24 Järjestelmätoiminnot 36 Ohjelmistotoiminnot 48 Detaalisuunnittelu 16 Toteutus 20 Yksikkötestaus 8 Dokumentointi 18 Yhteensä 210 En pitänyt tarkkaa aikakirjanpitoa, mutta onneksi muiden kouluasioiden johdosta tein yleensä projektia kokonaisen työpäivän verran tai viikonloppuna puolikkaan työpäivän verran. Pääsiäislomalla työpäivät venyivät kymmentuntisiksi. Tämä laskutapa ei koske dokumentointia ja komponenttien hankintaa. Dokumentointiin käytin suunnitelmaan kaksi tuntia, väliraporttiin neljä tuntia ja loppuraporttiin 12 tuntia. Komponenttien hankinnassa työ oli pirstaleista, joten heitin sivistyneen arvioin, joka on todennäköisesti alakanttiin.

23 Viitteet [1] Suomen standardisoimisliitto, SFS-EN A1, Rakennushissit henkilö- ja tavarankuljetukseen pystysuoraan ohjatussa korissa [2] Suomen standardisoimisliitto, SFS EN ISO Koneturvallisuus. Turvallisuuteen liittyvät ohjausjärjestelmän osat. Osa1: Yleiset suunnittelu periaatteet

24 Liite 1 Hissin käyttötapaukset Käyttötapaus 1 Hissin käyttöönotto Elinkaarivaiheet Testaus, koulutus, asetusten teko, vianhaku, huolto ja korjaus Toimijat Laitoksen huoltohenkilökunta Muut henkilöt vaara-alueella Muu laitoksen henkilökunta Toimijan esiehdot Käyttökoulutus Käyttötapauksen esiehdot Hissi asennettu käyttökuntoon Tapauksen kulku 1. Hissin kunto tarkistetaan silmämääräisesti 2. Päävirta kytketään päälle 3. Kutsunappia painetaan 4. Hissi suorittaa käynnistymis toiminnot 5. Hissi ajaa haluttuun kerrokseen ja avaa kerroksen ja korin lukot 6. Ovet aukeavat Poikkeukset Käyttöön otto estetty mikäli turvapiiri on auki, operaatiokontaktori juuttunut tai jokin kulkuovista auki Hissin ovet eivät aukea Lopputulema Hissin ovet auki halutussa kerroksessa ja hissi käyttövalmis Suoritustaajuus Satunnaisesti kerran vuodessa Ohjeet Hissin käyttöönotto kuvataan käyttöohjekirjassa (jota ei vielä ole) Kommentit Tärkeintä päättää mitkä ovat hissin käynnistymistoiminnot Alustava riskiskenaario Hissin korkeusanturi rikki referenssi ajo menee pieleen, hissi yrittää ajaa äärirajoille. Oven lukot rikki, ovet aukevat ennen referenssiajoa Ihminen hissin katolla, kun käynnistymis toimia suoritetaan

25 Käyttötapaus 2 Pysähdystasojen kalibrointi Elinkaarivaiheet Hissin asennus, korjaus tai huolto Toimijat Laitoksen huoltohenkilökunta tai muut asentajat Muut henkilöt vaara-alueella Laitoksen muu henkilökunta Toimijan esiehdot Käyttökoulutus Käyttötapauksen esiehdot Hississä päävirta kytkettynä Tapauksen kulku 1. Mennään hissiin 2. Saatetaan hissi huoltotilaan/ohjelmointitilaan 3. Ajetaan hissi alimmalle tasolle käsiohjaimella 4. Ohjataan hissi täsmälleen pysähdystason kohdalle 5. Tallennetaan sijaintii 6. Jatketaan vaiheita 4 ja 5. kunnes kaikki tasot on ohjelmoitu 7. Saatetaan hissi normaalitilaan 8. Kokeillaan, että ohjelmoidut pysähdystasot toimivat Poikkeukset Käyttöön otto estetty mikäli turvapiiri on auki Jokin kulkuovista auki Operaatiokontaktori juuttunut Hissin ovet eivät aukea Lopputulema Hissikäyttövalmis Suoritustaajuus Ensimmäinen käyttöönotto tai kun logiikka joudutaan korjaamaan kerran viidessä vuodessa Ohjeet Tarkemmat ohjeet löytyvät käyttöohjekirjata Kommentit Alustava riskiskenaario Korkeuden mittausanturi viallinen, kerrokset ohjelmoituvat väärin Logiikassa ohjelmointivirhe

26 Käyttötapaus 3 Hissin kutsuminen pysähdystasolta Elinkaarivaiheet Normaali operointi, testaus, vian etsintä, korjaus Toimijat Laitoksen henkilökunta, revision aikaisen käyttäjät, huolto henkilökunta, asentaja Muut henkilöt vaara-alueella Ei ole Toimijan esiehdot Ei ole Käyttötapauksen esiehdot Hissi otettu käyttöön. Kts käyttätapaus hissin käyttöönotto Tapauksen kulku 1. Painetaan kutsunappia haluttuun kulkusuuntaan 2. Kutsunappi valo syttyy, kun kutsu mennyt perille 3. Mikäli hissi kori on liikkuu pysähdystason suuntaan ja hissi kutsutaan niin hissikori pysähtyy ko. pysähdystasolle Poikkeukset Kutsujärjestelmä ei toimi mikäli, turvapiiri on auki tai jossain kerroksessa ovi on jätetty auki Lopputulema Hissi saapuu kerrokseen Suoritustaajuus krt päivässä Ohjeet Ohjekirja Kommentit Alustava riskiskenaario Ei merkittäviä riskiä

27 Käyttötapaus 4 Hissin ovien aukeaminen ja hissistä poistuminen Elinkaarivaiheet Normaali operointi, testaus, vian etsintä, korjaus Toimijat Laitoksen henkilökunta, revision aikaisen käyttäjät, huolto henkilökunta, asentaja Muut henkilöt vaara-alueella Ei ole Toimijan esiehdot Ei ole Käyttötapauksen esiehdot Hissi otettu käyttöön Kutsunappia painettu Kutsunappia painettu Hissi saapunut kerrokseen Hissi on oven aukaisu alueella Tapauksen kulku 1. Pysähdystason oven lukot aukeavat 2. Hissikorin oven lukko aukeaa 3. Käyttäjä aukaiseen pysähdystason ovet 4. Käyttäjä aukaisee hissikorin oven 5. Käyttäjä siirtyy hissiin 6. Käyttäjä sulkee molemmat ovet Poikkeukset Ovet eivät aukea. Ovien lukot eivät aukea mikäli turvapiiri on auennut. Lopputulema Käyttäjä on poistunut hissistä ja sulkenut ovet Suoritustaajuus krt päivässä Ohjeet Ohjekirja Kommentit Alueelle ei pääse kuin turvallisuus koulutuksen käyneitä henkilöitä Alustava riskiskenaario Hissi lähtee liikkeelle hissin ovien ollessa auki

28 Käyttötapaus 5 Hississä matkustaminen Elinkaarivaiheet testaus, käyttöönotto, normaalioperointi, huolto, vianetsintä ja korjaus Toimijat laitoksen henkilökunta ja muut alueelle pääsevät Muut henkilöt vaara-alueella ei ole Toimijan esiehdot ei ole Käyttötapauksen esiehdot Hissi toimintakuntoinen Tapauksen kulku 1. Painetaan halutun pysähdytason kutsunappia 2. Odotellaan, että hissi siirtynyt halutelle pysähdystasolle Poikkeukset Kutsujärjestelmä ei toimi mikäli, turvapiiri on auki tai jossain kerroksessa ovi on jätetty auki Lopputulema Hissi halutulla pysähdystasolla Suoritustaajuus päivässä Ohjeet Käyttöohjekirja Kommentit Alustava riskiskenaario Mikäli hissikorin oven lukko on rikki voi se aiheuttaa mahdollisen vaaratilanteen

29 Käyttötapaus 6 Hissin ovien aukeaminen ja hissistä poistuminen Elinkaarivaiheet Normaali operointi, testaus, vian etsintä, korjaus Toimijat Laitoksen henkilökunta, revision aikaisen käyttäjät, huolto henkilökunta, asentaja Muut henkilöt vaara-alueella Ei ole Toimijan esiehdot Ei ole Käyttötapauksen esiehdot Hissi otettu käyttöön Käyttäjä on hississä Käyttäjä on painanut kerrosnappia Hissi saapunut kerrokseen Hissi on oven aukaisu alueella Tapauksen kulku 1. Pysähdystason oven lukot aukeavat 2. Hissikorin oven lukko aukeaa 3. Käyttäjä aukaisee hissikorin oven 4. Käyttäjä aukaisee pysähdystason oven 5. Käyttäjä poistuu hissistä 6. Käyttäjä sulkee molemmat ovet Poikkeukset Ovet eivät aukea. Ovien lukot eivät aukea mikäli turvapiiri on auennut. Lopputulema Käyttäjä on poistunut hissistä ja sulkenut ovet Suoritustaajuus krt päivässä Ohjeet Ohjekirja Kommentit Alueelle ei pääse kuin turvallisuuskoulutuksen käyneitä henkilöitä Alustava riskiskenaario Hissi lähtee liikkeelle hissin ovien ollessa auki

30 Käyttötapaus 7 Hissin huolto/korjaus Elinkaarivaiheet vianetsintä, korjaus, määräaikaishuolto Toimijat laitoksen huoltohenkilökunta, muut asentajat Muut henkilöt vaara-alueella Laitoksen muu henkilökunta Toimijan esiehdot Hissin käyttökoulutus, riittävä kokemus hissien korjaus ja huoltotöistä Käyttötapauksen esiehdot Hissi rikki tai määräaikaishuollon aika Tapauksen kulku 1. Testataan kerrosten kalibrointi ajamalla kerrokset läpi 2. Tehdään tarvittaessa pysähtymistasojen kalibrointi 3. Saatetaan hissi huolto/ohjelmointi tilaan 4. Tehdään huoltokirjassa määritetyt tarkastukset ja huoltopiteet 5. Saatetaan hissi normaalitilaan Poikkeukset Jos hissi rikki kutsutaan korjaajat Lopputulema Hissi toimintakuntoinen Suoritustaajuus 4 kertaa vuodessa Ohjeet Ohjekirja Kommentit Ohjausjärjestelmä poiskytketty käytetään pelkkää käsiohjaus Alustava riskiskenaario Puristumis ja leikkautumisvaara kasvanut, koska osa hissin turvalaitteista ohitettu

31 Käyttötapaus 8 Hissin käytöstä pois saattaminen Elinkaarivaiheet testaus ja epänormaalit olosuhteet Toimijat laitoksen huoltohenkilökunta, muut asentajat Muut henkilöt vaara-alueella Laitoksen muu henkilökunta Toimijan esiehdot Käyttökoulutus Käyttötapauksen esiehdot Hissi toimintakunnossa Tapauksen kulku 1. Laitetaan kaikki hissin ja pysähdystasojen ovet kiinnit 2. Kytketään päävirta pois 3. Lukitaan päävirtakytkin Poikkeukset hississä matkustajia Lopputulema Hissi pois käytöstä Suoritustaajuus kerran vuodessa Ohjeet Käyttöohjeet Kommentit Alustava riskiskenaario Matkusjat jää hissiin

32 Liite 2 Hissin vaaran arviointi Vaaran arviointi Ohjauksen aiheuttama yllättävä liike Liittyy käyttötapaukseen Hississä matkustaminen Elinkaarivaiheet Testaus, normaalikäyttö Vaara-alue Hissikori Vaarallinen tilanne X Vaarallinen tapahtuma Hissin taajuusmuuttaja antaa tuntemattomasta syystä äkillisen ääriohjauksen. Vaara Horjahtaminen/kaatuminen Vaaran vakavuus 1 Altistumis taajuus 5 Vältettävyys 3 Esiintymis todennäköisyys 2 Cl-luokka 10 SIL-taso NONE Ehdotetut toimenpiteet Koitetaan säätää TAMU mahdollissiman hyvin

33 Vaaran arviointi Korin lukko aukeaa tahattomasti Liittyy käyttötapaukseen Hississä matkustaminen Elinkaarivaiheet Testaus ja normaalikäyttö Vaara-alue Hissikori Vaarallinen tilanne Matkustaja aukaisee oven liikkessä vahingossa/tahallaan Vaarallinen tapahtuma Korin lukko aukeaa laitehäiriön tai vian takia liikkeessä Vaara Leikkautumisvaara Vaaran vakavuus 4 Altistumis taajuus 5 Vältettävyys 1 Esiintymis todennäköisyys 2 Cl-luokka 8 SIL-taso SIL 2 Ehdotetut toimenpiteet Vaihtoehto 1 Korin turvapiiriin mekaaninen rajakatkaisija, joka tunnistaa oven auki olon Varmennetaan logiikan turvallisuus kriittiset tulot turvareleellä

34 Vaaran arviointi Tahaton napin painallus huoltotilassa Liittyy käyttötapaukseen Pysähdystasojen kalibrointi Hissin huolto Elinkaarivaiheet Testaus, käyttöönotto, vianetsintä, huolto Vaara-alue Hissin välitön läheisyys Vaarallinen tilanne Satunnainen käyttäjä painaa kutsunappia, kun hissi on huoltotilassa Vaarallinen tapahtuma Hissi lähtee liikkeelle, kun huoltomies hissin katolla tai hissikuilussa Vaara Leikkautumis- ja puristumisvaara Vaaran vakavuus 4 Altistumis taajuus 2 Vältettävyys 3 Esiintymis todennäköisyys 2 Cl-luokka 7 SIL-taso SIL 2 Ehdotetut toimenpiteet SFS-EN A1 standardin mukaisesti hissin tulee liikkua vain suoralla käsiohjauksella Tämän lisäksi kutsujärjestelmä vietävä jänniteettömään tilaan

35 Vaaran arviointi Ohjaus toiminto korin oven ollessa auki, mutta pysähdystason oven ollessa kiinni Liittyy käyttötapaukseen Hissiin siirtyminen Hissistä poistuminen Elinkaarivaiheet Testaus ja normaalikäyttö Vaara-alue Hissikori ja pysähdystasot Vaarallinen tilanne Matkustaja siirtymässä tai poistumassa hissistä Vaarallinen tapahtuma Matkustajan siirtyessä tai poistuessa hissistä, kori liikkuu tahattomasti tuntemattomasta syystä Vaara Ruhjoutumien Vaaran vakavuus 3 Altistumis taajuus 5 Vältettävyys 3 Esiintymis todennäköisyys 2 Cl-luokka 10 SIL-taso SIL 1 Ehdotetut toimenpiteet Korin turvapiiriin mekaaninen rajakatkaisija

36 Liite 3 Esimerkkejä hissin järjestelmätoimintojen määrittely PLCf_1

37 PLCf_2

38 PLCf_3

39 PLCf_4

40 Järjestelmätoiminto Modbus viestintä PLCf_6 Laatinut Heikki Laitasalmi Versio 1.0 Liittyvät käyttötapaukset 1,2,3 Sisääntulot Ei ole Lähdöt Ei ole Väyläsignaalit V1 Aja_osoitteeseen V2 Tamun_status V3 Pulssiluku V4 Vaihda_osoite V5 Vahvista_vaihdos Parametrit Nimi Asetus Selitys Protocol Non-procedural Data lenght 8-bit Parity even Stop bit 1-bit Transmission speed 9600bps vakio Header disabled Terminator disabled Control line enabled H/W type RS485 2-lankaisena Control Mode none Sum Check disabled Transmission control procedure Form1 Ei lopetus merkkejä Station number setting 00 Vakio Time out judge time 20 Testaukseen Toiminnallinen määrittely PLC luo VFD:hen sarjaväylä yhteyden, jolla se lukee ja kirjoittaa tietoa VFD:n rekistereistä Turvallisuusvaatimukset Ei varsinaisia turvallisuus vaatimuksia, järkevämpää estää tamun lähdöt

41 Järjestelmätoiminto Ohjauksen status VFDf_4 Laatinut Heikki Laitasalmi Versio 1.0 Liittyvät käyttötapaukset Sisääntulot Ei ole Lähdöt Ei ole Väyläsignaalit V2 Parametrit Datarekisteri 0020H Vastaus Selitys 0 During run 1 During reverse 2 Drive ready 3 Fault 4 Data setting error 5 Multi-function contact output (terminal M1-M2) Multi-function contact (terminal M3-6 M4) Multi-function contact (terminal M5-7 M6) 8 -> D Reserved E ComRef status F ComRef status Toiminnon tyyppi Toiminnallinen määrittely 1. PLC kysyy tamun statusta modbus protokollan yli 2. Tamu vastaa protokollan mukaisesti Turvallisuusvaatimukset Ei varsinaisia vaatimuksia

42 Järjestelmätoiminto Modbus parametrit VFDf_6 Laatinut Heikki Laitasalmi Versio Liittyvät käyttötapaukset Ei ole Sisääntulot Ei ole Lähdöt Ei ole Väyläsignaalit Ei ole Parametrit Nimi No. Asetus Selitys DriveSlaveAddress H5-01 1FH (31D) Communication speed selection H bps Communication parity selection H Even Stopping method after communication error H Hissi pysäytetään Communication fault detection selection H Drive transmit wait time H ms RTS Control Selection H Nolla, koska käytetään RS485 CE Detection Time H s Unit Selction for Modbus register 0025H H =0.1V ja 1=1V Communication Enter Function Selection H Run Command Method Selection H Toiminnon tyyppi Määritellään taajuusmuuttajan modbuskommunikaation vaatimat parametrit Toiminnallinen määrittely Turvallisuusvaatimukset

43 Liite 4 Esimerkkejä hissin ohjelmistotoiminnoista Ohjelmistotoiminto Modbus viestintämoduuli Modbus communication Koodi Soft_1 Liittyy järjestelmätoimintoihin PLCf_6 Määritellyt signaalit Tyyppi Signaalin nimi Skaalaus Arvoalue Selitys Bool NotUseFCode05h06h [0,1] 1=0FH/10H ja 0=05H/06H kirjoittamiseen Bool ReadOnlyDevicesFCode02h04h [0,1] 1=02H/04H ja 0=01H/03H funktiokoodit lukemiseen Bool Run [0,1] Pulssi joka aloittaa komennon Bool ReadOrWrite [0,1] Määritellään onko komento luku/kirjoitus Bool BitOrRegister [0,1] 1=bitti 0=rekisteri Word StationNumber Määrittele osoitteen johon kutsu lähetetään Word StartAddress Ensimmäinen luettava rekisteri Int NoDevices Kuinka monta rekisteriä tai bittiä luentaa Array word WriteData Data joka halutaan kirjoittaa laitteille Määritellyt parametrit Tyyppi Parametri Arvo Arvoalue Selitys Bool FirstScan M8002 M8002 Ensimmäinen lukukerta, M8002 signaali aktivoi Word CommFormat D8120 Määrittellään kommunikointi asetukset D8120 rekiste Int TimeoutEvalTime Lähetyksen aikakatkaisu 1=10ms Bool Echo2Wire 0 [0,1] 1=käytetään kaikua 0=ei käytetä kaikua Bool FX1N_PLC 0 [0,1] 1=Käytetään FX1N plc:tä 0=muu PLC Int MsgToMsgDelay Viestikehysten väli 1=10ms Int BroadcastDelay Broadcastin ja seuraavan komennon väli 1=10ms Int ResponseTimeout Vastauksen aikakatkaisu 1=10ms Int NoOfRetries 5 Kuinka monta kertaa viesti yritetään lähettää Toiminnallinen määrittely Ohjelmisto toiminto lähettää asetuksien ja signaalien määrittämän modbus viestin, kun RUN-liipaistaan Kun modbusin määrittelemä lähetys-vastauspari on valmis, lähetetään nousevan reunan pulssi finish lähtöön Palauttaa Tyyppi Signaalin nimi Arvoalue Selitys Bool Finish [0,1] Nouseva reunan pulssi Array word ReadData Toimilaitteelta luettu data Int ReadDataLenght Luetun datan määrä. Taulukon solujen määrä Bool Error [0,1] Aktivoidaan Finishin kanssa jos virhe Bool CommunicationError [0,1] Aktivoidaan errorin kanssa, jos aikakatkaisu tai viestintävirhe

44 Ohjelmistotoiminto Modbus lukeminen Modbus read Koodi Soft_1_1 Liittyy järjestelmätoimintoihin PLCf_6 Määritellyt signaalit Tyyppi Signaalin nimi Skaalaus Arvoalue Selitys Bool ReadOnlyDevicesFCode02h04h [0,1] 1=02H/04H ja 0=01H/03H funktiokoodit lukemiseen Bool Run [0,1] Pulssi joka aloittaa komennon Bool BitOrRegister [0,1] 1=bitti 0=rekisteri Word StationNumber Määrittele osoitteen johon kutsu lähetetään Word StartAddress Ensimmäinen luettava rekisteri Int NoDevices Kuinka monta rekisteriä tai bittiä luentaa Määritellyt parametrit Tyyppi Parametri Arvo Arvoalue Selitys Bool ReadOrWrite 1 [0,1] Asetetaan modbus lukemaan väylää Toiminnallinen määrittely Ohjelmistotoiminto välittää alemmilta tasoilta tulleen lukupyynnön ylemmälle hierarkkiatasolle toiminto palauttaa pelkästään luetun datan, virheenkäsittely toteutetaan ylemmällä tasolla Palauttaa Tyyppi Signaalin nimi Arvoalue Selitys Array word ReadData Toimilaitteelta luettu data

45 Ohjelmistotoiminto Taajuusmuuttajan status VFDStatus Koodi Soft_1_1_1 Liittyy järjestelmätoimintoihin PLCf_1, PLCf_2, PLCf_3, PLCf_4 Määritellyt signaalit Tyyppi Signaalin nimi Skaalaus Arvoalue Selitys Bool Activate [0,1] Pulssi joka aloittaa komennon Määritellyt parametrit Tyyppi Parametri Arvo Arvoalue Selitys Bool ReadOnlyDevicesFCode02h04h 0 [0,1] Käytetään funktiokoodeja 01H/03H Bool BitOrRegister 0 [0,1] Luetaan rekisteristä Word StationNumber 16#1F Taajuusmuuttajan osoite Word StartAddress 16#20 Luettava rekisteri Int NoDevices 1 Luetaan vain statustieto Toiminnallinen määrittely Activate-signaalin aktivoituessa lähetetään määritellylle taajuusmuuttajalle pyyntö statustiedosta Taajuusmuuttaja vastaa järjestelmätoiminnon VFDf_4 mukaisesti Järjestelmä toiminto palauttaa statustiedon alemmille hierarkkiatasoille heksadesimaalilukuna Palauttaa Tyyppi Signaalin nimi Arvoalue Selitys Word Status [1,F] Tamun status