Bezpieczne monitorowanie ruchu (ang. Safe Motion) jest kluczowym elementem w dziedzinie techniki bezpieczeństwa i automatyzacji
Obecnie, zgodnie z wymogami europejskiej dyrektywy maszynowej 2006/42/WE, ochrona ludzi przed potencjalnymi zagrożeniami związanymi z użytkowaniem maszyn stanowi priorytetowy aspekt.
Podstawowym zadaniem bezpiecznego monitorowania ruchu jest identyfikowanie niebezpiecznych sytuacji i zachowań maszyny, które mogą zagrażać bezpieczeństwu użytkowników.
Przykładem może być wykrywanie nagłych ruchów, zwiększonej prędkości, które mogą prowadzić do wypadków lub uszkodzeń. W momencie wykrycia potencjalnego zagrożenia, system podejmuje odpowiednie działania, takie jak np. zatrzymanie maszyny lub wyłączenie zasilania.
W celu ochrony operatorów przed potencjalnie niebezpiecznymi ruchami, wykorzystuje się standardowe techniki i urządzenia z zakresu bezpieczeństwa funkcjonalnego. Mogą to być proste urządzenia przełączające lub bardziej zaawansowane systemy jak np. konfigurowalne systemy bezpieczeństwa, sterowniki bezpieczeństwa służące do monitorowania prędkości zerowej (przestoju) i prędkości obrotowej. Dzięki zastosowaniu logiki bezpieczeństwa oprócz kontrolowania niebezpiecznych ruchów możliwe jest zminimalizowanie czasu przestojów maszyn. Na przykład, jeśli w określonej aplikacji wymagane jest wykonywanie ruchu napędu przy otwartych drzwiach bezpieczeństwa, to można spełnić to wymaganie poprzez integrację funkcji Safe Motion. Systemy bezpiecznego monitorowania ruchu są także wykorzystywane w sytuacjach, gdy systemy muszą być chronione przed uszkodzeniami mechanicznymi spowodowanymi zwiększoną prędkością np. zwiększoną prędkością wirnika w generatorach turbin wiatrowych.
Funkcje bezpieczeństwa wg PN-EN 61800-5-2
Aktualnie stosowane rozwiązania do bezpiecznego monitorowania ruchu są certyfikowane zgodnie z normą PN-EN 61800-5-2. Norma ta opisuje wymagania dotyczące bezpieczeństwa funkcjonalnego napędów z regulowaną prędkością, które są również znane jako PDS(SR). W normie zdefiniowane są znormalizowane funkcje ruchu, które obejmują mi.in:
- Bezpieczne wyłączenie momentu obrotowego (STO) które polega na natychmiastowym odłączeniu zasilania napędu, co skutkuje brakiem generowania momentu obrotowego lub siły.
- Bezpieczne zatrzymanie robocze (SOS) – zapobiega odchyleniu napędu od określonej pozycji zatrzymania, jednocześnie utrzymując funkcję sterowania napędem.
- Bezpieczne ograniczenie prędkości (SLS) – funkcja, która zatrzymuje napęd po przekroczeniu maksymalnej dopuszczalnej prędkości.
- Bezpieczny zakres prędkości (SSR) – funkcja, która zatrzymuje napęd, gdy przekroczony zostanie dopuszczalny zakres prędkości.
- Bezpieczne monitorowanie prędkości (SSM) – służy do generowania bezpiecznego sygnału, który może być dalej przetwarzany w przypadku przekroczenia maksymalnej dopuszczalnej prędkości.
- Bezpieczne monitorowanie kierunku ruchu (SDI) – zapobiega ruchowi wału napędowego w nieprawidłowym kierunku.
Czujniki ruchu
Do rejestrowania ruchu wykorzystywane często są czujniki zbliżeniowe oraz enkodery. Wybór konkretnego czujnika (enkodera HTL, TTL, Sin/Cos, liniowego systemu pomiarowego lub czujnika zbliżeniowego) zależy od warunków mechanicznych i wymagań, które muszą być spełnione, ponieważ każdy z tych czujników ma swoje specyficzne właściwości i zastosowania.
W zależności od rodzaju technologii czujnikowej, poziomy bezpieczeństwa SIL i Pl mogą się różnić. Poziomy te są uzależnione od właściwości strukturalnych, takich jak konstrukcja, zastosowane komponenty itp. Oczywiście, aby zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa, konieczne jest również posiadanie odpowiedniej jednostki oceniającej. Poniższy przegląd przedstawia zarys typowych architektur z maksymalnym SIL i Pl:
- 1 standardowy enkoder: PL b (kat. B) / SIL 1
- 2 standardowe enkodery: PL e (kat. 3) / SIL 3
- 1 standardowy enkoder plus 1 czujnik zbliżeniowy: PL e (kat. 3) / SIL 3
- 2 czujniki zbliżeniowe: PL e (kat. 3) / SIL 3
- 1 czujnik zbliżeniowy: PL b (kat. B) / SIL 1
- 1 enkoder bezpieczeństwa: PL e / SIL 3.
Monitorowanie ruchu bez czujników
W przeciwieństwie do standardowego podejścia opartego na wykorzystaniu czujników do monitorowania ruchu, na rynku dostępne są alternatywne rozwiązania w postaci bezczujnikowego monitora prędkości zerowej PSR-MM25 oraz monitora prędkości obrotowej i zerowej PSR-MM35.
Zamiast czujników, wykorzystują one zaawansowane technologie pomiaru pola wirującego
oraz oceny różnicowego napięcia indukowanego w uzwojeniu silnika,
co umożliwia niezawodne monitorowanie prędkości i bezpieczne zatrzymywanie maszyn.
Bezczujnikowy monitor prędkości obrotowej i zerowej PSR-MM35 posiada zintegrowane funkcje bezpieczeństwa, takie jak: STO (Safe Torque Off), SLS (Safely Limited Speed), SSM (Safe Speed Monitor) i SSR (Safe Speed Range). Jego wygodne konfigurowanie i monitorowanie ruchu możliwe jest poprzez oprogramowanie PSRmotion. Z kolei monitor prędkości zerowej PSR-MM25 kontroluje zatrzymanie maszyny i może zaryglować drzwi bezpieczeństwa aby na przykład uniemożliwić dostęp do pracującej maszyny. Oba rozwiązania mogą być wykorzystane w aplikacjach do SIL 3 lub PL e.
Więcej o bezpiecznym monitorowaniu ruchu przeczytasz na Bezczujnikowy monitor prędkości obrotowej | Phoenix Contact
Główną zaletą tych systemów jest mniejsza podatność na uszkodzenia wynikające z czynników środowiskowych, takich jak uderzenia, wibracje czy zakłócenia EMC, które mogą wpływać na tradycyjne czujniki ruchu. Dodatkowo, eliminacja konieczności stosowania czujników ruchu przekłada się na obniżenie kosztów, które mogą wynosić nawet 50%, ale również skraca czas montażu i konfiguracji.
Podsumowując, bezczujnikowe monitory PSR-MM25 i PSR-MM35 stanowią innowacyjne rozwiązania, umożliwiające niezawodne monitorowanie ruchu zarówno silników jedno- jak i 3 fazowych. Dzięki nim możliwe jest wykrycie potencjalnych zagrożeń i podjęcie odpowiednich działań w celu zapewnienia bezpiecznej pracy operatorów oraz minimalizacji ryzyka wypadków i uszkodzeń.
Autor:
Rafał Sypniewski
Phoenix Contact
