Elastyczne rozwiązania w zakresie bezpieczeństwa dla maszyn modułowych

Każdy producent maszyn musi ocenić ryzyko związane ze swoimi produktami zgodnie z dyrektywą maszynową 2006/42/WE w celu chronić osoby mające kontakt z maszyną. Aby ograniczyć ryzyko związane z maszyną do akceptowalnego poziomu ryzyka resztkowego, producenci stosują trzyetapowy proces: po pierwsze, ryzyko należy zminimalizować w jak największym stopniu na etapie projektowania. Pozostałe ryzyko należy ograniczyć za pomocą technicznych środków ochronnych. Trzeci etap ograniczania ryzyka wymaga od producenta przygotowania informacji dla użytkownika, takich jak instrukcje obsługi, wyjaśniających prawidłowe użytkowanie produktu. 

Mówiąc o bezpieczeństwie lub bezpieczeństwo maszyn, zazwyczaj odnosi się to do drugiego etapu. Dokładna konstrukcja tych technicznych środków ochronnych nie jest precyzyjnie zdefiniowana. Dlatego istnieją różne koncepcje bezpieczeństwa o specyficznych zaletach i wadach: z jednej strony są to scentralizowane, okablowane systemy z przekaźnikami bezpieczeństwa, a z drugiej strony aplikacje z centralnym okablowaniem z kontrolerami bezpieczeństwa lub sterownikami bezpieczeństwa. Rozproszone koncepcje bezpieczeństwa z modułami we/wy IP67 w połączeniu z centralnymi sterownikami bezpieczeństwa lub rozproszonymi sterownikami bezpieczeństwa IP67 stanowią trzecią opcję. Rozwiązania bezpieczeństwa pasywnego są również opcją, gdy aplikacje są do tego odpowiednie.

Centralne systemy bezpieczeństwa z technologią przekaźnikową

Podobnie jak w przypadku konwencjonalnej technologii automatyki, automatyzacja funkcji bezpieczeństwa opierała się pierwotnie na technologii przekaźnikowej. Bezpieczna technologia przekaźnikowa jest stosowana do dziś. Logika jest odwzorowywana za pomocą stałych połączeń styków. Zaletą tych instalacji jest to, żesprzęt jest stosunkowo niedrogi i są rozumiane na całym świecie. Nie wykorzystuje się żadnego oprogramowania. Jednak w większych i bardziej złożonych instalacjach bezpieczeństwa technologia przekaźnikowa staje się zbyt skomplikowana. Rozwiązywanie problemów i diagnostyka usterek są bardzo czasochłonne. Samokontrola systemu nie jest możliwa.

Systemy centralne z kontrolerami bezpieczeństwa

Po osiągnięciu pewnego poziomu złożoności bardziej efektywne jest wdrażanie aplikacji bezpieczeństwa za pomocą sterowników bezpieczeństwa. Programy można pisać w sterownikach lub układach bezpieczeństwa, które, w uproszczeniu, łączą działania z warunkami i operatorami boolowskimi (AND, OR, NOT, XOR). 
Chociaż okablowanie tych aplikacji jest łatwiejsze niż w przypadku technologii przekaźnikowej, wszystkie sygnały bezpieczeństwa muszą być skierowane do centralnego sterownika w szafie sterowniczej, co wiąże się z długimi uruchomienie razy.

Zaletą bezpieczeństwasterowników polega na tym, że programy bezpieczeństwa można kopiować i wykorzystywać wielokrotnie dla maszyn tego samego typu. Rozszerzenia funkcji bezpieczeństwa są stosunkowo łatwe do wdrożenia. Co więcej, aplikacje bezpieczeństwa mogą być wyświetlane w postaci schematów na interfejsach HMI. Informacje i sygnały są przesyłane zarówno ze sterownika do PLC, jak i z PLC do sterownika.

Sterownik bezpieczeństwa XS26 łatwy do rozbudowy

Firma TURCK oferuje sterowniki bezpieczeństwa SC10, SC26 i XS26 swojego partnera, firmy Banner Engineering, do instalacji centralnych. Wszystkie trzy urządzenia mogą być używane jako urządzenia/urządzenia podrzędne w Profinet, sieci Modbus TCP lub Ethernet/IP. Użytkownicy mogą zatem korzystać z dokładnie tej samej architektury bezpieczeństwa i aplikacji, niezależnie od rynku, na który przeznaczony jest zakład.

Programy bezpieczeństwa metodą „przeciągnij i upuść”

Użytkownicy programują aplikację sterującą w Banner’s bezpłatne bezpieczeństwooprogramowanie sterownika. Zapewnia ono przejrzysty interfejs graficzny do konfiguracji i symulacji aplikacji bezpieczeństwa oraz szereg opcji eksportu dokumentacji. Gotowe moduły dla klasycznych komponentów bezpieczeństwa umożliwiają programowanie aplikacji bezpieczeństwa metodą „przeciągnij i upuść” bez konieczności pisania kodu. Programy można skopiować na inne sterowniki za pomocą pamięci USB. Oznacza to, że program można zaprojektować na komputerze stacjonarnym, przetestować, a następnie skopiować do aplikacji. Okablowanie musi zostać zainstalowane na miejscu w terenie przy użyciu klasycznych połączeń punkt-punkt.

Jedną ze szczególnych cech modelu SC10 bezpieczeństwa to protokół bezpieczeństwa ISD. ISD (In-Series Diagnostyka) można podłączyć 32 urządzenia bezpieczeństwa jako połączone urządzenia podrzędne. Protokół jest ustawiony na modulowane napięciu 24 V. Informacje o stanach przełączników i diagnozach czujników bezpieczeństwa można wyświetlić za pomocą sterownika. Ta funkcja jest zazwyczaj dostępna tylko w droższych sterownikach bezpieczeństwa z komunikacją fieldbus lub Ethernet.

Wiele sterowników bezpieczeństwa można również łatwo rozbudować. Po przypisaniu wszystkich wejść i wyjść sterownika XS26 ich liczbę można zwiększyć za pomocą dodatkowych modułów. Użytkownik może dodać do ośmiu elementów. Dostępne są moduły wejściowe lub wyjściowe, a także moduły OSSD lub przekaźnikowe.

Jedną z wad centralnych architektur bezpieczeństwa jest często skomplikowane okablowanie wymagane do uruchomienia. Tymczasowym rozwiązaniem mogą być lokalne skrzynki ochronne, które umożliwiają rozproszoną instalację sterowników IP20.

Projektowanie w trybie offline w celu szybkiego uruchomienia

Aplikację bezpieczeństwa można wstępnie zaprogramować i przetestować na autonomicznym sterowniku bezpieczeństwa firmy Banner, nawet jeśli maszyna lub poszczególne moduły maszyny są nadal w trybie offline. Testowanie programów bezpieczeństwa zarówno z biurka, jak i w warsztacie znacznie przyspiesza proces uruchomienia. W trakcie pracy na żywo centralny sterownik bezpieczeństwa może następnie sterować aplikacją za pomocą wieloprotokołowej sieci Ethernet. Maszyny o spójnej budowie modułowej mogą wówczas sterować swoimi funkcjami bezpieczeństwa lokalnie na poziomie modułu.

Centralne sterowanie w ramach rozproszonych koncepcji bezpieczeństwa

Każdy, kto chce ograniczyć do minimum stosowanie centralnych lub rozproszonych układów obudów ochronnych w celu szybkiego okablowania i uruchomienia swoich maszyn, w końcu natrafi na rozproszone instalacje bezpieczeństwa z komponentami o stopniu ochrony IP67. Podobnie jak ma to miejsce w ogólnym ujęciu w technologii automatyki, architektury rozproszone stają się coraz bardziej powszechne w inżynierii bezpieczeństwa.

Rozróżnia się dwa rodzaje rozwiązań. Istnieją koncepcje rozproszone, w których bezpieczne sygnały są zbierane na modułach we/wy o stopniu ochrony IP67, a następnie przekazywane do centralnego układu sterowania bezpieczeństwa za pomocą magistrali polowych lub bezpiecznych protokołów Ethernet. Istnieją również instalacje w pełni rozproszone, które sterują aplikacjami bezpieczeństwa bezpośrednio w terenie za pomocą sterowników bezpieczeństwa w obudowie IP67. To, która z tych dwóch alternatyw jest lepsza, ustala się indywidualnie dla każdego przypadku. Obie architektury rozproszone zapewniają zaletę w postaci wydajnego okablowania za pomocą linii Ethernet z wykorzystaniem standardowych złączy. Duża gęstość informacji oraz możliwość przekazywania metadanych ułatwiają uruchamianie i diagnostykę aplikacji.

Długie czasy cyklu wymagają zachowania dużych odległości bezpieczeństwa

Być może w aplikacjach z centralnym sterowaniem bezpieczeństwa należy uwzględnić dłuższe czasy reakcji przy ustalaniu czasów cyklu magistrali i powiązanych komunikatów, co z kolei wymaga większych odległości między urządzeniami zabezpieczającymi a źródłami zagrożenia.

Moduły wejść/wyjść bezpieczeństwa TBPN firmy TURCK przeznaczone dla systemu Profisafe oraz moduły TBIP dla systemu CIP Safety umożliwiają wdrożenie obu rozwiązań – zarówno w układzie sterowania scentralizowanego, jak i rozproszonego. Obie wersje modułów są dostępne jako pełne moduły bezpieczeństwa z czterema uniwersalnymi wejściami/wyjściami bezpieczeństwa oraz czterema wejściami bezpieczeństwa, które mogą zbierać do 16 jednokanałowych sygnałów bezpieczeństwa. Moduły te niezawodnie przełączają prąd o natężeniu do 2 amperów na wyjście, przy maksymalnym natężeniu 9 amperów na moduł. Nadają się do stosowania do poziomu PL e, kat. 4, SILCL 3.

Jeśli w niektórych zastosowaniach wystarcza mniejsza liczba wejść i wyjść związanych z bezpieczeństwem, a jednocześnie wymagane są standardowe wejścia/wyjścia, firma TURCK oferuje w tym zakresie innowacyjne, specjalne rozwiązanie w postaci modułów hybrydowych, a także modułów zgodnych z Profisafe (TBPN) i CIP Safety (TBIP). Moduły hybrydowe zapewniają dwa bezpieczne wejścia cyfrowe, a także dwa bezpieczne, uniwersalne wejścia lub wyjścia cyfrowe oraz cztery uniwersalne standardowe wejścia lub wyjścia cyfrowe. Przełączają one takie same prądy i mogą być stosowane w tych samych kategoriach bezpieczeństwa, co moduły w pełni bezpieczne. Hybrydowe moduły bezpieczeństwa są wyposażone w dwa porty master IO-Link klasy A; drugi port można wyłączyć jako port związany z bezpieczeństwem.

Wszystkie moduły bezpieczeństwa firmy TURCK są wyposażone w bezpieczny sterownik, który może realizować przetwarzanie wstępne w zastosowaniach wymagających szybkiej reakcji, a także w zastosowaniach bezpieczeństwa bez połączenia z układem sterowania z zabezpieczeniem przed awarią. Późniejsza integracja samodzielnej aplikacji z bezpiecznym układem sterowania za pomocą protokołów komunikacyjnych Profisafe lub CIP Safety jest zawsze możliwa. Moduły można wygodnie programować za pomocą narzędzia programowego. Podczas pracy wbudowany serwer WWW ułatwia diagnostykę i uruchomienie. Solidna konstrukcja z całkowicie hermetyczną elektroniką modułów sprawia, że wszystkie moduły nadają się do stosowania w trudnych warunkach przemysłowych. Spełniają one wymagania klas ochrony IP65/IP67/IP69K i działają niezawodnie nawet w rozszerzonym zakresie temperatur od –40 do +70 stopni Celsjusza.

Rozwiązanie rozproszone z bezpieczeństwem pasywnym

Inną odmianą koncepcji bezpieczeństwa rozproszonego jest tzw. bezpieczeństwo pasywne. Te aplikacje są stosunkowo opłacalne i idealnie łączą zalety centralnych i rozproszonych architektur bezpieczeństwa. W przeciwieństwie do konwencjonalnych technologii bezpieczeństwa, pasywne systemy bezpieczeństwa nie zasilają każdego siłownika za pomocą oddzielnego, bezpiecznego wyjścia. Pasywne bezpieczeństwa po prostu zapewnia, że napięcie do grupy siłowników jest bezpiecznie wyłączana w sytuacjach krytycznych. Aby to osiągnąć, zastosowane grupy wejść/wyjść zapewniają galwaniczną izolację napięcia czujnika (V1) od napięcia siłownika (V2). Układ siłowników w maszynie zostaje wyłączony niezależnie od jego stanu. 

Bezpieczeństwo również dzięki IO-Link

TURCK oferuje kompleksową koncepcję pasywnych rozwiązań bezpieczeństwa. Wszystkie komponenty we/wy firmy TURCK, w tym moduły nadrzędne I/O-Link w klasie ochrony IP67, zapewniają spójną izolację galwaniczną V1 i V2. Koncentratory we/wy firmy TURCK do transmisji do 16 sygnałów cyfrowych za pomocą IO-Link również izolują V1 i V2. Pozwala to na projektowanie bezpiecznych aplikacji I/O-Link nawet bez IO-Linkbezpieczeństwa. Firma TURCK opracowała skrzynkę wyłączającą TBSB do bezpiecznego wyłączania. Jest on podłączony do bezpiecznego kanału bezpieczeństwa (wyprodukowany przez firmę TURCK lub innego producenta) w terenie, a w przypadku wystąpienia zdarzenia związanego z bezpieczeństwem bezpiecznie wyłącza napięcie siłownika do modułów położonych dalej w łańcuchu.