Dziś jest środa, 23 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8408 +0.26% 1EUR 4.2792 +0.04% 1GBP 4.97 -0.02%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Reklama

Aktualności
Siemensa buduje fabrykę dla Przemysłu 4.0 w Polsce
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Przed nami 32. edycja targów ENERGETAB 2019
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
20 marzec 2013.

Od bezpieczeństwa statycznego do dynamicznego

Od bezpieczeństwa statycznego do dynamicznego

W przeszłości temat bezpieczeństwa maszyn stawiany był na równi z funkcją wyłączenia awaryjnego. Jednak połączenie nowych rozwiązań technicznych związanych z bezpieczeństwem i wiedzy w dziedzinie aplikacji pozwalają także na zwiększenie wymagań stawianych dla wydajności i dostępności produkcyjnej maszyn. Dopiero w zintegrowanym systemie składającym się z czujników, układu sterowania i elementów wykonawczych możliwe jest elastyczne i dynamiczne realizowanie zadań związanych z zapewnieniem bezpieczeństwa.

Wszędzie tam, gdzie człowiek współpracuje z maszyną istnieje ryzyko, że maszyna wykona ruch zagrażający człowiekowi lub jej samej. Bezpieczeństwo było i jest nacechowane w głównej mierze zdarzeniami binarnymi jak np. uruchomienie wyłącznika awaryjnego, otwarcie drzwi ochronnych lub przerwanie kurtyny świetlnej. Jeszcze dziś koncepcja bezpieczeństwa wielu maszyn i instalacji jest taka, że przy przekroczeniu strefy ochronnej wszystkie napędy i cała instalacja jest odłączana od prądu. Wraz ze wzrastającym stopniem automatyzacji i sprzężeniem maszyn, instalacji i procesów rosną szczególnie wymagania funkcjonalne dla techniki bezpieczeństwa.

Ze względu na stale rosnącą wydajność musi być jednak możliwe utrzymanie ciągłości pracy w zdefiniowanych strefach ochronnych, bez zatrzymywania całego procesu produkcyjnego. Dzieje się tak, ponieważ "twarde" wyłączenie instalacji połączone jest najczęściej z dodatkowymi utrudnieniami. Może to być utrata wydajności, wydłużone czasy zatrzymania maszyn na skutek wysokonakładowych procedur ponownego uruchomienia lub inne ograniczenia wynikające z przyjętej koncepcji obsługi i konserwacji maszyny.

Niepostrzeganie bezpieczeństwa jako osobnego problemu

Przemysł wytwórczy jest nacechowany przez rosnący stopień automatyzacji oraz sprzężone ze sobą instalacje i procesy. Bezpieczeństwa nie można brać pod uwagę osobno, bo tylko w nielicznych przypadkach dotyczy ono pojedynczych obszarów lub komponentów instalacji. Przeciwnie: bezpieczeństwo jest ważnym elementem składowym całościowego funkcjonowania i ogólnej oceny kosztów instalacji. Okresy zatrzymania i kontroli maszyn odgrywają rosnącą rolę przy ocenie całego cyklu użytkowania maszyny.

Mając na uwadze wszystkie te wymagania powstaje potrzeba zastosowania systemu bezpieczeństwa dynamicznego, a więc elastycznego dopasowania funkcji bezpieczeństwa do zmieniających się wymagań ochronnych. Tym samym zmienia się także sposób patrzenia na bezpieczeństwo jako takie. Nie jest ono widziane tylko jako produkt, lecz bardziej jako funkcja wykraczająca poza urządzenie.

Normy i dyrektywy bazą dla rozwiązań

Bazę dla rozwiązań w zakresie bezpieczeństwa technicznego stanowią obowiązujące normy oraz dyrektywy. W obrębie Unii Europejskiej dyrektywa maszynowa jest wykładnią, do której muszą stosować się systemy bezpieczeństwa funkcjonalnego maszyn i instalacji. Duże znaczenie w dyrektywie maszynowej mają normy EN 62061 ( Bezpieczeństwo maszyn - Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i elektronicznych programowalnych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem ) jak również norma EN ISO 13849-1 (Bezpieczeństwo Maszyn - Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem). W porównaniu do poprzedniej normy EN 954-1 obecnie wprowadzona pozwala na dokładną orientację w sposobie realizacji zadań bezpieczeństwa i jest tym samym ważnym elementem, który pozwala na implementację bezpieczeństwa dynamicznego.

Przykładem jest tryb "praca przy otwartych drzwiach ochronnych", który nie był zdefiniowany na bazie normy EN 954-1. Do tej pory potrzebny do tego przełącznik trybów pracy był wykonany w formie osobnego wyłącznika kluczowego - często bez jakiejkolwiek funkcji bezpieczeństwa. Obecnie wytyczne dla bezpiecznego funkcjonowania wyboru trybu pracy można znaleźć w normach zharmonizowane z dyrektywą maszynową 2006/42/WE: norma EN ISO 12100-2 ("Bezpieczeństwo maszyn - pojęcia podstawowe - ogólne zasady projektowania") oraz EN 60204-1 ("Bezpieczeństwo maszyn - wyposażenie elektryczne maszyn - część 1: wymagania ogólne"). Zawarte w nich definicje umożliwiają teraz tworzenie dalszych pojęć - jak "bezpieczna, zredukowana prędkość przy otwartych drzwiach ochronnych". W trybie pracy "ustawianie" bezpieczne monitorowanie prędkości służy obecnie do tego, aby uniknąć niepotrzebnych czasów przestoju oraz ponownego uruchamiania maszyn.

Poziom wymagań bezpieczeństwa technicznego

Dokładna znajomość tego, co jest prawnie dozwolone i technicznie możliwe jest podstawą dla kształtowania techniki bezpieczeństwa, która będzie oferować możliwie duży potencjał dla wydajnej eksploatacji maszyn. W ramach wytycznych zawartych w nowych normach EN 13849-1 i IEC 62061 obowiązuje zasada, że urządzenia bezpieczeństwa technicznego na całym łańcuchu procesu, począwszy od czujników, przez sterowanie aż do elementów wykonawczych, trzeba obserwować i analizować matematycznie wraz z ich indywidualnymi parametrami. Wymaga to między wykonania kompleksowych obliczeń matematycznych, a także zachowania odpowiednich struktur dla poszczególnych funkcji bezpieczeństwa, które zapewnią, że system bezpieczeństwa będzie odpowiednio reagował na pojawiające się problemy. Z tego względu zadania automatyzacyjne można dzisiaj coraz rzadziej wykonywać przy pomocy klasycznych procedur.

Czujniki dla sygnałów wielopoziomowych

Wiele czujników bezpieczeństwa pracuje wg ścisłego modelu binarnego: Drzwi ochronne są otwierane, czujnik rozpoznaje to i generuje sygnał wyłączenia dla bezpiecznego układu sterowania maszyny. Dla dynamicznych koncepcji bezpieczeństwa czujniki muszą być w stanie wyraźnie rozpoznawać zdarzenia wielopoziomowo. Muszą one potrafić rozróżnić, czy w potencjalnym zasięgu niebezpiecznego ruchu maszyny (strefa ostrzegawcza) przebywa człowiek, lub czy już wszedł on w strefę o podwyższonych wymaganiach bezpieczeństwa (strefa ochronna). Strefy te muszą się dawać dynamicznie dopasowywać i przykładowo dostosować się do ruchów maszyny lub robota.

Nowe procedury opierające się na kamerach są w stanie trójwymiarowo monitorować pola i strefy ochronne, jak np. system kamer SafetyEYE do monitorowania stref (pomieszczeń) lub bazujący na kamerach, współliniowy system ochrony PSENvip dla pras krawędziowych. Te systemy czujników łączą się za pomocą bezpiecznych połączeń magistralowych z jednostką analizującą i zapewniają optymalną wydajność instalacji.

Przez całościowe traktowanie wszystkich funkcji bezpieczeństwa dla prasy krawędziowej, bezpieczne dane o położeniu suwaka można używać także do dokładnego dostosowania stref ochronnych czujnika do aktualnego zapotrzebowania ochronnego użytkownika, w zależności od stosowanego narzędzie, i jego pozycji. Funkcja taka możliwa jest dopiero dzięki zintegrowanemu systemowi "dynamiczny muting" i przyczynia się do zwiększenia wydajności maszyny.

Aktualnie stosowane systemy czujników elektronicznych są znacznie wydajniejsze i udostępniają znacznie więcej informacji niż czysty sygnał binarny. Ilość informacji i jej jakość stanowi podstawowy warunek dynamicznego kształtowania funkcji bezpieczeństwa. Przykładowo, już dziś w systemie SafetyEYE informacje o monitorowanej strefie prezentowane są w formie bezpiecznych stref 3-wymiarowych - w momencie wykorzystania są one jednak redukowane do zestandaryzowanych, binarnych sygnałów na złączu komunikacyjnym. W przyszłości informacje ze strefy monitorowanej będą analizowane bezpośrednio z systemu techniki napędowej. Włączenie modułu napędowego do całościowego systemu umożliwia obsługę wielowymiarowych informacji z monitorowanej strefy oraz sterowanie ścieżką ruchu maszyny z wyprzedzeniem.

Standardowe sterowanie i realizacja funkcji bezpieczeństwa

Aktualnie stosowane są sterowniki bezpieczeństwa, w których dana funkcja konfigurowalna jest z poziomu oprogramowania. W porównaniu do przekaźników bezpieczeństwa ze stałym zakresem funkcji oferują one znacznie większą elastyczność w działaniu. Aby zapewnić przejrzystość i zrozumiałość programów, w większości systemów są ograniczone zestawy rozkazów i dostępne edytory. To nie było i nie jest problemem, o ile maszyny i instalacje realizują tylko proste zadania związane z bezpieczeństwem.

Technika bezpieczeństwa wymaga, aby w obrębie całego łańcucha procesu, poszczególne elementy tworzyły coraz więcej relacji. Sterowniki bezpieczeństwa muszą zatem rejestrować, przetwarzać i przesyłać bardziej kompleksowe wartości zmierzone, jak np. zadaną prędkość obrotową. Dotyczy to nie tylko zastosowanych złączy czujników / elementów wykonawczych, ale także przede wszystkim stawia to nowe wymagania przetwarzającym funkcjom logicznym.

Bezpieczna technika sterowania zmieniła zasadniczo świat automatyzacji. Jest ona dzisiaj ważnym warunkiem nie tylko bezpieczeństwa maszyn, ale także ich dostępności i wydajności. Podczas gdy do tej pory rozwój programowalnych sterowników i programowalnych sterowników bezpieczeństwa następował osobno, dzisiejszy trend rynkowy idzie w tym kierunku, aby obydwa obszary - sterowanie standardowe i bezpieczeństwo - połączyć w jednym sterowniku. System automatyzacji PSS 4000 pozwala tworzyć rozwiązania automatyzacyjne, które wykonują w tym samym stopniu zadania standardowe oraz bezpieczeństwa i są łatwe do obsługi dla użytkownika. Do najnowszych projektów systemowych zalicza się edytor programowy STL (Structured Text Language). PAS STL, jako kolejny członek rodziny edytorów IEC 61131-3, daje firmie Pilz możliwość programowania w taki sam sposób zarówno funkcji bezpieczeństwa i standardowych na tej samej zestandaryzowanej platformie. Pierwszy raz jest możliwe, aby przy pomocy edytora STL wykonywać zadania bezpieczeństwa aż do SIL3.

Elementy wykonawcze: bezpieczeństwo pod napięciem

Aby zapobiec ruchom stwarzającym zagrożenie, sugerowanym rozwiązaniem jest ścisłe połączenie techniki bezpieczeństwa z elementami wykonawczymi. Do tej pory bezpieczne sterowanie ruchem maszyny było wynikiem połączenia bezpiecznego monitoringu ruchu, odseparowanie silnika od dopływu energii i zabezpieczenie przez niezamierzonym ponownym uruchomieniem. Ze względów technicznych i ekonomicznych elektronika napędowa - wzmacniacz serwomechanizmu i przetwornica częstotliwości - pozostała niezabezpieczonym komponentem w systemie automatyzacji. Do dziś za bezpieczeństwo odpowiadają dodatkowe komponenty bezpieczeństwa, które w przypadku błędu maszyny przenoszą napęd w stan odłączonego zasilania energią lub bezpiecznie monitorują ruch podłączonego silnika. Teraz istnieje możliwość zintegrowania tych komponentów bezpieczeństwa w napędzie. W ten sposób system kontroli ruchu PMCprimo DriveP może zostać rozszerzony o kartę bezpieczeństwa PMCprotego S. Przedstawiony układ to kompleksowe rozwiązanie dla napędu, sterownika i bezpieczeństwa.

Przykładowa bezpieczna aplikacja dynamiczna wygląda następująco: W momencie otworzenia drzwi ochronnych silnik zostaje bezpiecznie zahamowany w zdefiniowanym czasie, po czym utrzymuje się w spoczynku przy aktywnej regulacji. Jeżeli maszyna otrzyma odpowiedni sygnał zezwalający, może nastąpić aktywacja bezpiecznego trybu pracy dla trybu nastawczego w którym silnik porusza się w trybie krokowym z bezpiecznie zredukowaną prędkością. Wraz z zakończeniem tego trybu pracy i zamknięciem się drzwi ochronnych zachowana zostaje funkcja bezpieczeństwa dla każdego obsługującego maszynę. Innymi słowy: po naruszeniu statycznie monitorowanej strefy ochronnej następuje kontynuacja produkcji ze zredukowaną liczbą taktów i bezpiecznie nadzorowanymi ruchami.

Dostosowane do siebie dynamiczne koncepcje bezpieczeństwa pozwalają na elastyczne reakcje systemu: począwszy od bezpiecznego zredukowania prędkości obrotowej przez bezpieczną koordynację systemu wieloosiowego, aż do zależnego od obciążenia i momentu obrotowego bezpiecznego sterowania napędem. Wysokowydajny i bezpieczny system powstały przez połączenie tych elementów zapewnia spójną reakcję osi napędowych już na sygnał ostrzegawczy przekroczenia strefy monitoringu poprzez zredukowanie prędkości, bezpieczną regulację pozycji lub bezpieczne ograniczenie momentu obrotowego.

Całościowe postrzeganie systemu ma zalety

Z połączenia wiedzy na temat norm, produktów i aplikacji powstają rozwiązania systemowe dla bezpiecznej automatyzacji, w których funkcje są tak ze sobą skorelowane, że poszczególne funkcje częściowe oddziałują między sobą. System automatyzacji PSS 4000 jest przykładem tego, że granice między funkcją bezpieczeństwa a sterowania w coraz większym stopniu się zacierają. W bardzo niewielu przypadkach użytkownicy życzą sobie jasnego rozdzielenia systemów, jednakże kładą oni nacisk na swobodę reakcji i jasne oddzielenie obszarów odpowiedzialności.

Bezpieczeństwo staje się w coraz większym stopniu integralną częścią procesu związanego z funkcjonowaniem maszyn oraz instalacji, które musi być uwzględniane od początku. Ponieważ bezpieczna technika sterowania nie oznacza nic innego, niż uczynienie bezpieczną samej funkcji sterowania.

Jakie skutki niesie to ze sobą dla rozwoju techniki bezpieczeństwa? Wyraźnie powstaje konieczność jeszcze silniejszego myślenia systemowego. Funkcje częściowe powinny optymalnie nachodzić na siebie, funkcje te nie mogą po prostu być realizowane po sobie. Wyzwanie stanowi obecnie integracja wszystkich funkcji w ramach jednego spójnego systemu.

Podsumowanie

Wymagania stawiane technice bezpieczeństwa spowodowały przemianę strukturalną: procesy stają się coraz dynamiczniejsze, wzrasta zapotrzebowanie na kontrolowane ingerencje w proces produkcyjny jak również rosną wymagania stawiane wydajności, co w efekcie sukcesywnie zmienia technikę bezpieczeństwa. Dotychczasowa strategia bezpiecznego wyłączenia na żądanie układu bezpieczeństwa lub w przypadku błędu, będzie w przyszłości coraz rzadziej akceptowana. Ostatnim etapem staje się utworzenie jednolitego systemu czujników, sterowania i elementów wykonawczych, który pozwala na większą swobodę planowania przebiegu procesów oraz obszarów interaktywnej pracy człowieka i zapewnia bezpieczeństwo dla osób obsługujących maszyny w każdym momencie, trybie pracy i w całym cyklu użytkowania maszyny.

Autor: Armin Glaser, Leiter Produktmanagement Pilz GmbH & Co. KG

Źródło: Pilz
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl