Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Czym jest i jak działa sterownik bezpieczeństwa?

3958 wyświetleń, autor: Piotr Gwiazdowski • iAutomatyka.pl.

Zapewnienie bezpieczeństwa ludzi pracujących w przemyśle to od lat najistotniejsze wyzwania przed jakimi stają osoby zarządzające zakładem produkcyjnym. Jednym z urządzeń, które ma za zadanie zapewnić kontrolę nad tym, że maszyny będą bezpieczne dla obsługujących ją ludzi jest sterownik bezpieczeństwa. Przeważnie nie jest to jedyny sterownik w maszynie, a oprócz niego znajduje się jeszcze sterownik PLC, który zarządza pracą linii produkcyjnej. Jeżeli stawiasz sobie pytania: „Czym jest sterownik bezpieczeństwa? Jak działa sterownik bezpieczeństwa? Czym różni się sterownik bezpieczeństwa od sterownika PLC?” to ten artykuł pomoże ci na nie odpowiedzieć.

Co to jest sterownik bezpieczeństwa?

Sterownik bezpieczeństwa to główny element systemu sterowania i kontroli odpowiedzialnego za bezpieczeństwo aplikacji. Jego zadaniem jest analiza stanów urządzeń wejściowych, którymi w zależności od aplikacji są takie techniczne środki ochrony jak kurtyny bezpieczeństwa, wyłączniki awaryjne E-Stop, czujniki monitorowania otwarcia drzwi, czujniki z możliwością ryglowania itp.

Sterownik jest „mózgiem” układu sterowania, który jest odpowiedzialny za realizację funkcji bezpieczeństwa. Podobnie jak w wielu innych dziedzinach techniki mamy dużą rozpiętość możliwości i funkcjonalności. Tak jest też w ofercie firmy PILZ, gdzie znajdziemy kilka tego typu produktów. Najważniejszymi reprezentantami są sterowniki kompaktowe do mniejszych, mniej skomplikowanych aplikacji (seria PNOZmulti) oraz sterownik safety PLC do bardziej rozbudowanych projektów wraz z rozbudowanymi możliwościami programistycznymi i sieciowymi (PSS 4000). Sterowniki takie mają zaimplementowane specjalne certyfikowane bloki programowania służące do obsługi podstawowych urządzeń używanych w technice bezpieczeństwa.

Sterownik bezpieczeństwa vs sterownik PLC

Chociaż może wydawać się, że oba urządzenia są do siebie podobne, bo przecież oba sterują pewnymi aplikacjami to tak naprawdę różnią się bardzo. Podstawowa różnica pomiędzy sterownikami bezpieczeństwa a sterownikami standardowymi PLC leży już w ich architekturze i konstrukcji. Urządzenia bezpieczeństwa bazują na strukturze redundantnej, w której sygnały wejściowe i wyjściowe analizowane są przez dwa oddzielne tory. Taka konstrukcja wewnętrzna zapewnia określone (bezpieczne) zachowanie w przypadku, gdy jeden z kanałów nie będzie funkcjonował poprawnie, lub nastąpi niepożądana różnica pomiędzy sygnałami w obu kanałach. Sterownik bezpieczeństwa posiada przynajmniej dwa procesory analizujące i porównujące sygnały. Inną cechą takiego sterownika jest wzajemne monitorowanie stanu pracy przez procesory. Wszystko po to, aby zapewnić jak największą niezawodność działania urządzenia, zaś w przypadku awarii – by  zapewnić stan bezpieczny maszyny.

Na powyższym zdjęciu doskonale widać redundantną architekturę sterownika bezpieczeństwa PNOZmulti. Oba mikrokontrolery jednocześnie sprawdzają wejścia i kontrolują wyjścia, jednocześnie porównując wyniki swoich obliczeń.

Czym, oprócz redundantnej konstrukcji cechują się sterowniki bezpieczeństwa?

  • Lepszym zabezpieczeniem przed nieautoryzowanym dostępem;
  • Generowaniem raportów dotyczących projektów;

Właściwością odróżniającą sterownik bezpieczeństwa od sterownika PLC jest dostęp do logiki programu i kontrola zmian wprowadzanych w takiej logice. Program w takim sterowniku najczęściej zabezpieczony jest hasłem, oprogramowanie po kompilacji generuje sumę kontrolną logiki bezpieczeństwa, zaś wprowadzenie do tej logiki jakiejkolwiek zmiany skutkuje wygenerowaniem nowej sumy kontrolnej. Jest to niewątpliwie zabezpieczenie przed nieautoryzowanymi zmianami programu realizowanego przez sterownik, a tym samym odpowiedzialnego za bezpieczeństwo. Ciekawą funkcjonalnością w sterownikach bezpieczeństwa jest też możliwość generowania raportów dotyczących projektów, w którym zawarte są m.in informacje o dacie jego utworzenia, autorze oraz sumie kontrolnej. Możliwe też jest otrzymanie z takiego raportu logiki programu wraz z parametrami i specyfikacją sprzętowej.

Zadaniem urządzeń dedykowanych bezpieczeństwu jest zapewnienie wymaganego poziomu Performance Level aplikacji, określonego w procesie analizy ryzyka maszyny i wynikającej z tejże analizy struktury układu sterowania (bazując na normie PN-EN ISO 13849-1). Sygnały potrzebne do kontroli maszyn pod tym kątem nie muszą być analizowane w sposób złożony, zasadniczo aplikacje bezpieczeństwa wyglądają pod kątem logiki programu prościej niż standardowe obsługiwane przez „zwykłe” PLC.  Nie ma tutaj mowy o skomplikowanych algorytmach. Właściwie program ogranicza się do porównania faktycznych stanów z urządzeń wejściowych (różnych czujników bezpieczeństwa, kurtyn świetlnych, wyłączników E-stop) do stanów, które powinny mieć. Standardowe sterowniki PLC mają natomiast więcej funkcjonalności związanych ze sterowaniem i kontrolą procesu, bo inna też jest ich rola.

Gdzie i po co są stosowane sterowniki bezpieczeństwa?

Sterowniki bezpieczeństwa są stosowane w maszynach, w których ocena ryzyka określa jasno wymagany poziom niezawodności aplikacji. Najczęściej też decyzja projektanta maszyny o zastosowaniu sterownika bezpieczeństwa wynika z potrzeby monitorowania większej liczby funkcji bezpieczeństwa (czyli tam, gdzie stosowanie jednofunkcyjnych przekaźników bezpieczeństwa staje się nieopłacalne). Oczywisty wpływ na zastosowanie sterownika bezpieczeństwa ma też konieczność komunikacji z innymi elementami układu sterowania (standardowe PLC, panele HMI, etc). Nawet najprostsze programowalne sterowniki bezpieczeństwa oferują dziś wymianę danych, korzystając z najpopularniejszych rodzajów połączeń FIELDBUS takich jak Ethernet / IP, PROFIBUS, PROFINET, MODBUS / TCP, EtherCAT, CC-Link i innych.

Sterownik bezpieczeństwa to najczęściej urządzenie posiadające możliwość rozbudowy. Taka modułowa konstrukcja z podziałem na jednostkę główną oraz moduły rozszerzeń pozwala na elastyczność i możliwość rozbudowania aplikacji w przyszłości. Dołożenie nowych modułów pozwala uzyskać nie tylko dodatkowe wejścia/wyjścia bezpieczne, ale także możliwość doposażenia naszego układu w specyficzne funkcje takie jak:

  • monitorowanie sygnałów analogowych bezpiecznych,
  • monitorowanie funkcji bezpiecznych dla napędów wg normy PN-EN ISO 61800-5-2,
  • obsługa krzywki w prasach mechanicznych,
  • obsługa kamer wykorzystywanych w prasach krawędziowych.

Sterowniki bezpieczeństwa można spotkać nie tylko w przemyśle, gdzie są często elementem sterowania w maszynach produkcyjnych, ale również w ogólnodostępnych miejscach takich jak parki rozrywki, kolejki linowe, wyciągi narciarskie czy nawet przejazdy kolejowe (sterownik PSS4000 w wersji – R z dopuszczeniem do instalacji w aplikacjach kolejowych).

Funkcjonalność tych urządzeń często determinuje miejsce ich instalacji (np. obsługa sygnałów analogowych safety przy monitoringu stanu kotła dzięki pomiarom ciśnień, czy modernizacje pras mechanicznych dzięki implementacji krzywki elektronicznej). Wszystkie te funkcje są już zaimplementowane i certyfikowane w środowisku programowania i do zadań programisty należy jedynie odpowiednia ich konfiguracja. Zupełnie inaczej sprawa wyglądałaby w przypadku standardowego PLC, gdzie takie funkcje i bloki musiałyby być stworzone od początku, nie mówiąc już o certyfikacji tego typu rozwiązań.

Korzyści wynikające ze stosowania sterowników bezpieczeństwa

Pomimo że sterowniki bezpieczeństwa obecne są na rynku nie od dziś to konstruktorzy czy projektanci maszyn niejednokrotnie zadają sobie pytanie, czy system bezpieczeństwa w ich maszynie nie może być przypadkiem oparty na standardowych PLC? Do pewnego stopnia na pewno tak. Choć sterownik bezpieczeństwa jest zazwyczaj droższy od standardowego PLC, w przypadku konieczności realizacji aplikacji o zbliżonym poziomie zaawansowania, to użycie go niesie same korzyści.

Biorąc pod uwagę różnice w architekturze, próba odtworzenia struktury wewnętrznej i sposobu działania sterownika safety za pomocą standardowego PLC wygeneruje dodatkowe koszty. Sterowniki safety posiadają potwierdzone certyfikatem (np. TÜV) zezwolenie na użycie w aplikacjach bezpieczeństwa, natomiast z ich pomocą można również z powodzeniem realizować funkcje sterowania standardowego. Sterowniki standardowe takiej certyfikacji nie posiadają i koszty audytu, który pozwoliłby taką certyfikację uzyskać, z całą pewnością byłyby sporym obciążeniem dla budżetu projektu. Podobnie wzrósłby nakład pracy programisty, który zamiast korzystać z gotowych bloczków, musiałby tworzyć je od zera. A każda dodatkowa godzina jego pracy stanowi dodatkowy koszt.

Sterowniki dostępne w ofercie PILZ: https://www.pilz.com/pl-PL/products-solutions/controllers 

Dość istotnym zagadnieniem jest również fakt, że sterowniki bezpieczeństwa posiadają certyfikowane bloki programowe do obsługi skomplikowanych urządzeń oraz złożonych funkcji bezpieczeństwa:

  • kurtyn bezpieczeństwa (funkcje mutingu),
  • czujników monitorujących drzwi,
  • sterowania oburącz,
  • bloki do konfigurowania osi (bezpieczna prędkość, wykrywanie zmiany kierunku osi, monitoring zatrzymania osi itp.),
  • konfiguracja wyjść (obsługa pętli diagnostycznej feedback loop, sterowanie zaworami w aplikacjach z palnikami),
  • konfiguracja wejść (dodatkowa detekcja zwarć między przewodami, filtrowanie czasowe).

Istnienie takich zaimplementowanych funkcji wraz z możliwością budowy programu na bazie prostego łączenia bloczków powoduje, że istnieje mała szansa na popełnienie błędów podczas programowania co jest niewątpliwie uproszczeniem w stosunku do sterowników PLC. Sterowniki bezpieczeństwa mogą obsługiwać wiele języków programowania, zaczynając od wspomnianego języka blokowego (Function Block), poprzez język instrukcji (Instruction List) czy dobrze znany język drabinkowy (Ladder), a na języku strukturalnym (Structured Text) kończąc.

Podsumowanie

Reasumując, sterowniki bezpieczeństwa to urządzenia sprawdzone, certyfikowane i pozwalające na możliwość realizacji większej liczby funkcji bezpieczeństwa niż pojedyncze przekaźniki safety, a tym bardziej niż standardowe PLC. Nie oznacza to, że sterowniki standardowe nie mogłyby realizować, w pewnym ograniczonym stopniu, funkcji sterownika bezpieczeństwa. Jednakże koszty odwzorowania struktury sterownika safety i uzyskania certyfikacji rozwiązań zbudowanych na takim sprzęcie przewyższyłyby koszty instalacji sterownika safety. Sytuacją odwrotną do omawianej jest realizacja funkcji standardowych przez sterowniki bezpieczeństwa. Jest to trend który utrzymuje się na rynku i prowadzi do implementacji sterowników łączących w sobie funkcje bezpieczeństwa i sterowania standardowego (np. PSS 4000).

Autorem artykułu jest Mariusz Ostapiuk, PILZ Polska

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.
7 sierpnia 2019 / Kategoria: , ,
  • Autor: Piotr Gwiazdowski • iAutomatyka.pl
  • Redaktor w iAutomatyka.pl
    Inżynier automatyki i robotyki, z doświadczeniem jako technik utrzymania ruchu. Oprócz automatyki i nowych technologii pasjonuję się pisaniem, co postanowiłem połączyć podejmując pracę w zespole iAutomatyka.
  • Profil Autora

Reklama

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Astraada Safety odc. 2 – jak skonfigurować pierwszy projekt i napisać pierwszą aplikację bezpieczeństwa?

Astraada Safety odc. 2 – jak skonfigurować pierwszy projekt i napisać pierwszą aplikację bezpieczeństwa?

>KLIKNIJ<

10 historii Automatyków i ich największe wyzwania w pracy

10 historii Automatyków i ich największe wyzwania w pracy

>KLIKNIJ<

Jak powstaje wymiennik ciepła? – Fabryki w Polsce

Jak powstaje wymiennik ciepła? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

C, C++, JavaScript, Node-Red w sterowniku PLC? Pierwszy kontakt ze sterownikiem Przemysłu 4.0 u-control

C, C++, JavaScript, Node-Red w sterowniku PLC? Pierwszy kontakt ze sterownikiem Przemysłu 4.0 u-control

>KLIKNIJ<

MQTT w łączności PLC z systemem SCADA

MQTT w łączności PLC z systemem SCADA

>KLIKNIJ<

TwinCAT 3 Lighting Solution: uniwersalne narzędzie do sterowania oświetleniem

TwinCAT 3 Lighting Solution: uniwersalne narzędzie do sterowania oświetleniem

>KLIKNIJ<

Pomóż zaprojektować respirator ostatniej szansy z drukarki 3D i ratuj życia

Pomóż zaprojektować respirator ostatniej szansy z drukarki 3D i ratuj życia

>KLIKNIJ<

KONKURS IAUTOMATYKA KWIECIEŃ 2020

KONKURS IAUTOMATYKA KWIECIEŃ 2020

>KLIKNIJ<

Miraizukuri, czyli budujemy przyszłość…

Miraizukuri, czyli budujemy przyszłość…

>KLIKNIJ<

Wysyłanie wiadomości email w sterowniku PLC | Kurs programowania PLC od podstaw | odc.19

Wysyłanie wiadomości email w sterowniku PLC | Kurs programowania PLC od podstaw | odc.19

>KLIKNIJ<

Rozwój automatyki przemysłowej w Polsce

Rozwój automatyki przemysłowej w Polsce

>KLIKNIJ<

Trzy w jednym: kompletny serwonapęd umożliwia rezygnację z szafy sterowniczej

Trzy w jednym: kompletny serwonapęd umożliwia rezygnację z szafy sterowniczej

>KLIKNIJ<

Regulator PID w środowisku Codesys

Regulator PID w środowisku Codesys

>KLIKNIJ<

Kopia zapasowa pamięci robota na przykładzie jednostki FANUC

Kopia zapasowa pamięci robota na przykładzie jednostki FANUC

>KLIKNIJ<

Jak w 3 krokach wdrożyć prosty system sterowania ogrzewaniem i oświetleniem hali produkcyjnej? Cz. 1

Jak w 3 krokach wdrożyć prosty system sterowania ogrzewaniem i oświetleniem hali produkcyjnej? Cz. 1

>KLIKNIJ<

Jednoparowy Ethernet – oszczędność czasu i środków finansowych

Jednoparowy Ethernet – oszczędność czasu i środków finansowych

>KLIKNIJ<

Jak powstają REGAŁY MAGAZYNOWE? – Fabryki w Polsce

Jak powstają REGAŁY MAGAZYNOWE? – Fabryki w Polsce

>KLIKNIJ<

Analiza metod pomiarowych urządzeń do magazynowania energii

Analiza metod pomiarowych urządzeń do magazynowania energii

>KLIKNIJ<

Komunikacja sterownika IFM z podwoziem – Protokół J1939

Komunikacja sterownika IFM z podwoziem – Protokół J1939

>KLIKNIJ<

WAGO i Docker – zastosowanie popularnych narzędzi IT na polu profesjonalnej automatyki przemysłowej

WAGO i Docker – zastosowanie popularnych narzędzi IT na polu profesjonalnej automatyki przemysłowej





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • Nowe modułowe sterowniki programowalne PLC firmy Eaton umożliwiają producentom maszyn i systemów opracowywanie nowoczesnych koncepcji automatyki, zwłaszcza w połączeniu z systemem XN300 I/O i panelem dotykowym XV300. Modułowy sterownik zape...
  • 0 PLN
    Jako dostawca zintegrowanych rozwiązań dla automatyzacji maszyn i zakładów produkcyjnych, organizujemy regularne szkolenia specjalistyczne. Dedykujemy je zarówno producentom maszyn, firmom inżynierskim rozwijającym nowe projekty w oparciu o...
    Link: Terminy
  • Szybki i bezpieczny dostęp do maszyn i fabryk Usługa u-link gwarantuje szybki i bezpieczny dostęp do maszyn i fabryk, co ułatwia zdalne utrzymanie ruchu, jednocześnie pozwalając na wydajne zarządzanie zakładami produkcyjnymi i stacjami klie...
  • Seria FX-100 Czujniki z serii FX-100 to najlepsze rozwiązanie pod względem stosunku jakości do ceny. Wyposażone są w funkcje szybkiego uczenia, co pozwala użytkownikom w szybki i prosty sposób przystosować czujnik do pracy z nieskomplikowan...
  • SEE Electrical jest to środowisko projektowe firmy IGE+XAO Polska do rysowania schematów elektrycznych i automatyki. Program daje możliwość projektowania pneumatyki, hydrauliki oraz doskonale się spełnia przy tworzeniu schematów kart wejści...
  • Routery Ubiquity serii RK2x to rozwiązania zapewniające funkcjonalności zdalnego dostępu serwisowego, które mogą być użyte z dowolnym urządzeniem automatyki. Routery Ubiquity o symbolach RK20, RK21 i RK22, to modele umożliwiające zdalny ser...



KATEGORIE ARTYKUŁÓW
POLECANE ARTYKUŁY
Wydarzenia