Marcin Olszewski, Wieland Electric 2010-02-04

Moduły do budowy systemu bezpieczeństwa

Moduły do budowy systemu bezpieczeństwa

W ostatnich latach normy i dyrektywy dotyczące bezpieczeństwa ludzi i urządzeń stają się coraz bardziej profesjonalne i wymagające. Duża liczba nowych norm, takich jak między innymi EN 62061, EN 61508, prEN13849-1 lub EN 13849-2, wprowadzają  także dokładniejszą metodą oceny bezpieczeństwa. Użytkownicy, którzy do tej pory przeprowadzali ocenę bezpieczeństwa maszyn czy urządzeń na podstawie norm EN 1050, EN 954-1, EN 292-1 i EN 292-2, muszą zacząć stosować to nowe podejście.

W zależności od wybranego trybu pracy maszyny czy urządzenia (tryb pracy w jednym kierunku, tryb pracy normalny, tryb pracy oczekiwania), przy odpowiednio oszacowanym ryzyku, muszą zostać dobrane i dopasowane części składowe maszyn/urządzeń odpowiedzialne za bezpieczeństwa. Idąc dalej dla wszystkich odpowiednich elementów bezpieczeństwa maszyny czy urządzenia należy określić czynniki takie jak PFD (Probability of Failure on Demand) czy MTTF (Mean Time to Failure), aby odpowiednio ocenić cały łańcuch bezpieczeństwa. Łańcuch bezpieczeństwa składa się w większości przypadków z następujących elementów: czujników bezpieczeństwa, elementów oceny (przekaźniki bezpieczeństwa, modułowe systemy bezpieczeństwa) oraz aktorów bezpieczeństwa.

Na podstawie przykładu aplikacji, który każdy użytkownik szukający rozwiązania układu bezpieczeństwa będzie mógł przeanalizować, zostaną przedstawione teraz zalety inteligentnego, modułowego systemu bezpieczeństwa samos, firmy Wieland Electric. Wejście przy przenośniku taśmowym jest zabezpieczone kurtyną świetlną, elementem typu BWS, wraz z czujnikami mutującymi. Do celki obróbczej można dostać się tylko przez drzwi chronione wyłącznikiem krańcowym. W takim przypadku musi został przeprowadzona odpowiednia analiza ryzyka i wybór stref bezpieczeństwa w celu ich odpowiedniego rozróżnienie.

Strefy bezpieczeństwa

Przeprowadzona została analizy ryzyka, a całe urządzenie zostało podzielone na trzy oddzielne strefy bezpieczeństwa, które powinny spełniać przynajmniej 3 kategorię bezpieczeństwa według normy EN 954-1. Poszczególne strefy bezpieczeństwa są ze sobą w jakiś sposób połączone i muszą być odpowiednio przełączane, kiedy następuje zadziałanie bezpieczeństwa.

Strefa bezpieczeństwa 2 obejmuje strefę pracy robota i jednej z dwóch maszyn obróbczych. Ręka pracy robota redukuje swoją prędkość, gdy przełącznik trybu pracy jest na ustawieniu serwisowym. W takim trybie pracy osoba obsługująca może wejść do celki obróbczej i może otworzyć drzwi bezpieczeństwa przy naciśniętym przycisku serwisowym. Gdy drzwi bezpieczeństwa zostaną otwarte, bez przestawienia systemu w tryb serwisowy i bez naciśniętego przycisku aktywującego, to ręka robota i maszyna obróbcza w strefie bezpieczeństwa zostanie wyłączona.

Strefa bezpieczeństwa 1 obejmuje ramię robota i obydwa centra obróbcze. Ta strefa zostanie wyłączone, kiedy osoba przejdzie przez kurtynę świetlną chroniącą przenośnik taśmowy. Strefa bezpieczeństwa 0 zamyka w sobie obydwa centra obróbcze, jak również strefę bezpieczeństwa 1 i napęd taśmociągu. Wyłącza się wtedy, gdy naciśnięty zostanie wyłącznik bezpieczeństwa.

Wyłączanie hierarchiczne

Wszystkie trzy strefy bezpieczeństwa są przyporządkowane do modułów systemu samos. W tym konkretnym przypadku, do trzech stref bezpieczeństwa zostanie przyporządkowane trzy moduły bazowe systemu samos. Wszystkie strefy bezpieczeństwa są wobec siebie hierarchiczne. Strefa bezpieczeństwa 2 jest częścią strefy bezpieczeństwa 1, a strefa bezpieczeństwa 1 jest częścią strefy bezpieczeństwa 0. Moduły systemu samos zostaną ze sobą tak połączone przez styk EN, w ten sposób możliwe zostanie zrealizowanie hierarchicznego wyłączania poszczególnych stref bezpieczeństwa. Wybór odpowiednich funkcji modułów bazowych dokonuje się tylko za pomocą wkrętaka na panelu czołowym elementu.

Na pierwszym module bazowym dla strefy bezpieczeństwa 2 wybrana została funkcja 1 dla dwóch styków bezpieczeństwa typu N.O. Chronione drzwi bezpieczeństwa są połączonego do tego modułu do zacisków I1/I2. W celu zmostkowania funkcji bezpieczeństwa, do wejść I3/I4 jest połączony wyłącznik kluczowy i wyłącznik aktywujący.

Wyjścia Q1 i Q3 załączają styczniki K3 i K4 napędu ramienia robota i jedną z maszyn obróbczych. Załączenie torów aktywujących modułu bazowego strefy bezpieczeństwa 2 następuje tylko wtedy, gdy hierarchicznie przypisany moduł bazowy strefy bezpieczeństwa 1 wyzwoli odpowiedni sygnał aktywujący. Na module bazowym strefy bezpieczeństwa 1 jest ustawiona funkcja 3 do nadzoru kurtyn świetlnych. W tym celu wejścia I1/I2 zostaną połączone wyjścia nadzorowanych kurtyn świetlnych. Na wyjściu Q1 będzie podawany sygnał aktywujący strefy bezpieczeństwa 2. Przez Q2 będzie łączony stycznik K2 drugiej maszyny obróbczej. Ponadto to tego modułu bazowego z ustawioną funkcją 3 przez wyjście Q3 dołącza się lampy mutujące.

W końcu na trzeci moduł bazowy, który ma nadzorować centrum obróbcze, strefę bezpieczeństwa 0, również jest wybrana funkcja 1. Na wejścia I1/I2 są połączone wyłączniki bezpieczeństwa. Wyjście Q1 wyzwala sygnał aktywujący drugiego modułu bazowego (strefa bezpieczeństwa1) i Q2 wyłącza stycznik napędu to transportera materiału.

Aby przesłać status wszystkich elementów bezpieczeństwa centrum obróbczego do diagnozy należy wybrać odpowiedni moduł magistrali i połączyć do jako ostatni element systemu po prawej stronie. Moduł magistrali obsługuje następujące protokoły Profibus DP, CANopen, DeviceNet i może wysyłać wszystkie informacje na temat pracy systemu do sterowników PLC. Kolejnymi modułami do wyboru, oprócz modułu bazowego i magistrali, są moduły wejść (4 wejścia dwukanałowe) i moduł wyjść (minimalnie 2 dodatkowe wyjścia). Wszystkie elementy systemu samos zostały przetestowane przez TUV i spełniają wymagania SIL 3 według EN 61508 lub kategorii bezpieczeństwa 4 według EN 954-1.

Podsumowanie

W tym opisie wykazaliśmy, że również kompleksowe rozwiązanie problemów zabezpieczenia maszyn może być z dużym powodzeniem zrealizowane przy użyciu modułowego systemu bezpieczeństwa samos. Dla użytkownika oznacza to zastosowanie już zaprogramowanych elementów funkcyjnych, które z powodzeniem mogą zastąpić zastosowanie rozwiązań z programowalnymi sterownikami bezpieczeństwa. Natomiast zaletą systemów modułowych w stosunku do tradycyjnych przekaźników bezpieczeństwa jest uproszczenie okablowania i dużo większa możliwość wyboru i realizacji funkcji bezpieczeństwa, między innymi wyłącznika serwisowego.

Zastosowanie modułów samos nie jest związane ze stratą funkcjonalności czy prędkości i pewności działania jakie dają sterowniki programowalne bezpieczeństwa. Użytkownik może się w związku z tym skoncentrować na realizacji niezbędnych, dowolnych funkcji bezpieczeństwa na maszynie czy urządzeniu, a nie ma problemów z dodatkowym skomplikowanym okablowaniem układu czy koniecznością upraszczania rozwiązań, co często się spotyka przy przekaźnikach bezpieczeństwa. Ponadto zastosowanie programowalnych sterowników bezpieczeństwa pociąga za sobą kłopoty z ewentualną zmianą oprogramowania, archiwizowania i zapisywania aplikacji bezpieczeństwa, czego unika się stosując modułowy system bezpieczeństwa.

Marcin Olszewski, Wieland Electric

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii