Flexibilní bezpečnostní řešení pro modulární stroje

Každý výrobce strojů musí v souladu se směrnicí o strojních zařízeních 2006/42/ES posoudit riziko, které jeho výrobky představují s cílem ochránit osoby, které přicházejí do styku se strojem. Aby výrobci snížili riziko představované strojem na přijatelné zbytkové riziko, postupují ve třech fázích: Nejprve je třeba rizika co nejvíce minimalizovat již při konstrukci. Zbývající rizika je třeba snížit pomocí technických ochranných opatření. Třetí fáze snižování rizika vyžaduje, aby výrobce vytvořil informace pro uživatele, jako jsou návody k obsluze, které vysvětlují správné používání výrobku.  

Když mluvíme o bezpečnosti nebo o bezpečnosti strojů, má se obvykle na mysli druhá fáze. Přesná podoba těchto technických ochranných opatření není přesně definována. Proto existují různé bezpečnostní koncepce se specifickými výhodami a nevýhodami: na jedné straně jsou to centrální, pevně zapojené systémy s bezpečnostními relé, na druhé straně pak centrálně zapojené aplikace s bezpečnostními řídicími jednotkami nebo bezpečnostními ovládacími prvky. Třetí variantou jsou distribuované bezpečnostní koncepce s I/O moduly IP67 v kombinaci s centrálními bezpečnostními řídicími jednotkami nebo distribuovanými bezpečnostními řídicími jednotkami IP67. V případě vhodných aplikací přicházejí v úvahu také pasivní bezpečnostní řešení. 

Centrální bezpečnostní systémy s reléovou technologií  

Stejně jako u běžné automatizační techniky byla i automatizace bezpečnostních funkcí původně založena na reléové technice. Bezpečná reléová technika se používá dodnes. Logika je realizována pomocí pevně zapojených kontaktů. Výhodou těchto zařízení je, žehardware je relativně levný a jsou srozumitelné po celém světě. Nepoužívá se žádný software. U větších a složitějších bezpečnostních zařízení se však reléová technika stává příliš komplikovanou. Odstraňování poruch a diagnostika závad jsou velmi časově náročné. Samokontroly systému nejsou možné. 

Centrální systémy s bezpečnostními řídicími jednotkami  

Jakmile je dosaženo určité úrovně složitosti, je efektivnější realizovat bezpečnostní aplikace pomocí bezpečnostních řídicích jednotek. Programy lze psát v řídicích jednotkách nebo bezpečnostních řídicích systémech, které – zjednodušeně řečeno – propojují akce s podmínkami a booleovskými operátory (AND, OR, NOT, XOR).  
Zatímco zapojení těchto aplikací je jednodušší než u reléové techniky, všechny bezpečnostní signály musí být vedeny do centrálního řídicího zařízení v rozvaděči, což s sebou nese zdlouhavé uvedení do provozu . 

Výhodou bezpečnostníchřízení spočívá v tom, že bezpečnostní programy lze kopírovat a použít vícekrát pro stroje stejného typu. Rozšíření bezpečnostních funkcí jsou relativně snadno realizovatelná. Bezpečnostní aplikace lze navíc zobrazovat ve formě diagramů na uživatelských rozhraních (HMI). Informace a signály se přenášejí jak z řídicí jednotky do PLC, tak z PLC do řídicí jednotky. 

Bezpečnostní řídicí jednotka XS26 s možností snadného rozšíření  

Společnost TURCK nabízí pro centrální instalace bezpečnostní řídicí jednotky SC10, SC26 a XS26 od svého partnera Banner Engineering. Všechna tři zařízení lze použít jako zařízení/podřízená zařízení v síti sítích Profinet, Modbus TCP nebo Ethernet/IP. Uživatelé tak mohou využívat přesně stejnou bezpečnostní architekturu a aplikaci, a to bez ohledu na trh, pro který je daný závod určen. 

Bezpečnostní programy pomocí funkce „přetáhnout a pustit“  

Uživatelé programují řídicí aplikaci v Banneru bezplatném bezpečnostním. Ten nabízí přehledné grafické rozhraní pro konfiguraci a simulaci bezpečnostních aplikací a řadu možností exportu dokumentace. Předem připravené moduly pro klasické bezpečnostní komponenty umožňují programovat bezpečnostní aplikace metodou „drag-and-drop“ bez nutnosti psát programový kód. Programy lze kopírovat do jiných řídicích jednotek pomocí USB flash disků. To znamená, že program  program lze navrhnout na počítači, otestovat a poté zkopírovat do dané aplikace. Zapojení je nutné provést přímo na místě v terénu pomocí klasických bod-bodových spojů. 

Jednou ze zvláštních vlastností modelu SC10 je je bezpečnostní protokol ISD. ISD (In-Series Diagnostics) lze připojit až 32 bezpečnostních zařízení jako propojené podřízené jednotky. Protokol je nastaven na modulované napětí 24 V. Pomocí řídicí jednotky lze zobrazit informace o stavech spínačů a diagnostických údajích bezpečnostních senzorů. Tuto funkci obvykle nabízejí pouze dražší bezpečnostní řídicí jednotky s komunikací přes sběrnici nebo Ethernet. 

Mnohé bezpečnostní řídicí jednotky lze navíc snadno rozšířit. Jakmile jsou všechny vstupy a výstupy na řídicí jednotce XS26 přiřazeny, lze jejich počet zvýšit pomocí přídavných modulů. Uživatel může přidat až osm prvků. K dispozici jsou vstupní a výstupní moduly i moduly OSSD nebo reléové moduly. 

Nevýhodou centrálních bezpečnostních architektur je často složité zapojení potřebné pro uvedení do provozu. Prozatímním řešením mohou být lokální ochranné skříně, které umožňují decentralizovanou instalaci řídicích jednotek s krytím IP20. 

Offline inženýrství pro rychlé uvedení do provozu  

Bezpečnostní aplikaci lze předem naprogramovat a otestovat na autonomním bezpečnostním řadiči společnosti Banner, a to i v případě, že je stroj nebo jednotlivý modul stroje stále mimo provoz. Testování bezpečnostních programů z kanceláře i z dílny výrazně urychluje uvedení do provozu. V reálném provozu může centrální bezpečnostní řídicí jednotka následně řídit aplikaci pomocí multiprotokolového ethernetu. Důsledně modulárně sestavené stroje pak mohou řídit své bezpečnostní funkce lokálně na úrovni jednotlivých modulů.  

Centrální řízení pro distribuované bezpečnostní koncepce  

Každý, kdo chce omezit na minimum centrální nebo decentralizované uspořádání ochranných krytů za účelem rychlého zapojení a uvedení svých strojů do provozu, se nakonec setká s decentralizovanými bezpečnostními systémy s komponenty třídy krytí IP67. Stejně jako je tomu obecně v automatizační technice, i v oblasti bezpečnostní techniky se decentralizované architektury prosazují stále více.    

Rozlišují se dva typy. Existují distribuované koncepce, které shromažďují bezpečnostní signály na I/O modulech s krytím IP67 a předávají je do centrálního bezpečnostního řídicího systému pomocí průmyslových sběrnic nebo zabezpečených ethernetových protokolů. A pak existují plně distribuované instalace, které řídí bezpečnostní aplikace přímo v terénu na bezpečnostních řídicích jednotkách s krytím IP67. Která z těchto dvou alternativ je vhodnější, se posuzuje případ od případu. Obě distribuované architektury nabízejí výhodu efektivního zapojení pomocí ethernetových kabelů se standardními konektory. Vysoká hustota informací a možnost přenosu metainformací usnadňují uvedení do provozu a diagnostiku aplikací.  

Dlouhé cykly vyžadují velké bezpečnostní vzdálenosti  

Je možné, že při navrhování aplikací s centrálním bezpečnostním řízením bude nutné zohlednit delší doby odezvy s ohledem na doby cyklu sběrnice a související zprávy, což zase vyžaduje větší vzdálenosti mezi ochrannými zařízeními a zdroji nebezpečí.  

Bezpečnostní I/O moduly TBPN od společnosti TURCK pro Profisafe a TBIP pro CIP Safety umožňují implementaci obou řešení – s centrálním i distribuovaným řízením. Obě verze modulů jsou k dispozici jako plnohodnotné bezpečnostní moduly se čtyřmi bezpečnostními univerzálními vstupy/výstupy a čtyřmi bezpečnostními vstupy, které mohou snímá až 16 jednokanálových bezpečnostních signálů. Moduly spolehlivě spínají až 2 ampéry na výstup, přičemž maximální proud na modul činí 9 ampérů. Jsou vhodné pro použití až do úrovně PL e, kat. 4, SILCL 3.  

Pokud pro určité aplikace postačuje menší počet bezpečnostních vstupů a výstupů, ale zároveň jsou vyžadovány standardní vstupy a výstupy, nabízí společnost TURCK v tomto ohledu inovativní speciální řešení v podobě hybridních modulů, a to i pro Profisafe (TBPN) a CIP Safety (TBIP). Hybridní moduly poskytují dva bezpečné digitální vstupy, dva bezpečné univerzální digitální vstupy nebo výstupy a čtyři univerzální digitální standardní vstupy nebo výstupy. Spínají stejné proudy a lze je použít ve stejných bezpečnostních kategoriích jako plně bezpečnostní moduly. Hybridní bezpečnostní moduly jsou vybaveny dvěma porty IO-Link master třídy A; druhý port lze deaktivovat jako bezpečnostní.    

Všechny bezpečnostní moduly TURCK jsou vybaveny bezpečnostním řadičem, který umožňuje provádět předzpracování dat pro časově kritické aplikace i bezpečnostní aplikace bez připojení k bezpečnostnímu řídicímu systému. Následná integrace samostatné aplikace do bezpečnostního řídicího systému s komunikací Profisafe nebo CIP Safety je možné provést kdykoli později. Moduly lze pohodlně programovat pomocí softwarového nástroje. Během provozu usnadňuje integrovaný webový server diagnostiku a uvedení do provozu. Díky robustní konstrukci s plně zapouzdřenou elektronikou modulů jsou všechny moduly vhodné pro použití v náročných průmyslových prostředích. Splňují požadavky tříd ochrany IP65/IP67/IP69K a spolehlivě fungují i v rozšířeném teplotním rozsahu –40…+70 stupňů Celsia.

Distribuované řešení s pasivní bezpečností   

Další variantou konceptů distribuované bezpečnosti je tzv. pasivní bezpečnost. Tyto aplikace jsou relativně nákladově efektivní a v ideálním případě kombinují výhody centrálních i distribuovaných bezpečnostních architektur. Na rozdíl od konvenční bezpečnostní technologie aplikace pasivní bezpečnosti nedodávají napájení každému aktuátoru pomocí samostatného, bezpečného výstupu. Pasivní bezpečnost jednoduše zajišťuje, že napětí přiváděné ke skupiny akčních členů bylo v kritických situacích bezpečně odpojeno. K tomu slouží důsledně používané skupiny I/O, které zajišťují galvanické oddělení napětí snímače (V1) od napětím akčního členu (V2). Systém akčních členů ve stroji je vypnut bez ohledu na jeho stav.  

Bezpečnost i s rozhraním IO-Link  

Společnost TURCK nabízí komplexní koncepci řešení pasivní bezpečnosti. Všechny I/O komponenty TURCK, včetně I/O Link masterů s krytím IP67, zajišťují důslednou galvanickou izolaci V1 a V2. I/O rozbočovače TURCK pro přenos až 16 digitálních signálů pomocí IO-Link rovněž izolují V1 a V2. To umožňuje navrhovat bezpečné aplikace I/O-Link i bez použití IO-Linkbezpečnostního protokolu. Společnost TURCK vyvinula odpojovací skříňku TBSB pro bezpečné vypnutí. Je připojena k zabezpečenému kanálu bezpečnostního modulu (od společnosti TURCK nebo jiného výrobce) v terénu a v případě bezpečnostní události bezpečně vypne napětí pro moduly umístěné za ním.