Od magistrali bezpieczeństwa do bezpiecznego

SCHMERSAL-POLSKA E. Nowicka, M. Nowicki Sp. j.
ul. Kremowa 65A 02-969 WARSZAWA
Telefon: +48 22 / 816 85 78 Fax: +48 22 / 816 85 80
e-mail: [email protected] http://www.schmersal.pl
Od magistrali bezpieczeństwa do bezpiecznego połączenia
radiowego
Okablowanie i montaż podzespołów elektrycznych i elektronicznych pochłania istotną część finansów inżyniera mechanika. Jeśli uda
się zredukować tą część wydatków, koszty ogólne mogą być niższe, a maszyny a nawet całe fabryki można zaoferować w
konkurencyjnych cenach. Teza ta znajduje odzwierciedlenie również w odniesieniu do technologii bezpieczeństwa. W konsekwencji
rosnąca liczba inżynierów stosuje magistralowe systemy bezpieczeństwa. Teraz pojawił się nowy system, przekazujący sygnały
bezpieczeństwa drogą radiową.
Magistralowe systemy przesyłu sygnałów bezpieczeństwa są
prawnie dopuszczonym produktem w technologii budowy maszyn.
Dzięki użyciu pojedynczego przewodu, pozwalają na znaczące
zredukowanie kosztów instalacji i okablowania. Przy użyciu sieci
„AS-Interface Safety at Work” (AS-i SaW) okablowanie jest jeszcze
bardziej uproszczone, gdyż przewód magistrali zapewnia nie tylko
wymagane zasilanie ale również transmisję danych z systemu
bezpieczeństwa. System AS-i SaW został zaprojektowany
specjalnie dla interfejsu czujnik-aktywator i może być stosowany
również do osprzętu bezpieczeństwa. System nie generuje
zbędnych sygnałów podczas komunikacji pomiędzy osprzętem
łączeniowym i modułem bezpieczeństwa.
2000, sterowany mikroprocesorowo kontroler magistralowy
bezpieczeństwa. Ten popularny system oparty jest na
opatentowanym układzie transmisji danych (Fot. 2) i jest
odpowiedni dla krytycznych zastosowań. Był on również
wykorzystany jako baza dla Sterownika Bezpieczeństwa ESALAN,
który umożliwia realizację funkcji bezpieczeństwa nie na poziomie
czujników ale poprzez elektronikę.
Fot. 2:
W sterowniku bezpieczeństwa
opatentowany system magistralowy.
Fot. 1:
Uproszczona instalacja: urządzenia bezpieczeństwa ze
zintegrowanym interfejsem AS-i SaW.
Większa przejrzystość
System, którego jedyną zaletą byłoby zmniejszenie kosztów
okablowania nie przetrwał by zbyt długo na rynku. Inną zaletą AS-i
SaW jest nadzwyczaj krótki czas reakcji – 40 ms. Ponadto AS-i
SaW umożliwia zrealizowanie wielu użytecznych funkcji
diagnostycznych i sygnalizacyjnych, a więc czyni cały układ
bezpieczeństwa bardziej funkcjonalnym i przejrzystym. Dlatego
AS-i SaW jest szczególnie interesujący w aplikacjach, gdzie
użytkownik potrzebuje trwałych i ścisłych informacji o elementach
układu bezpieczeństwa danego urządzenia.
Kompletny asortyment
Grupa Schmersal oferuje pełny program urządzeń bezpieczeństwa
ze zintegrowaną obsługą systemu AS-i SaW (Fot. 1). W programie
znajdujemy między innymi wyłączniki bezpieczeństwa i blokady
elektromagnetyczne, a także osprzęt bezdotykowy czy urządzenia
zatrzymania awaryjnego. Dla konwencjonalnych elementów
systemów bezpieczeństwa, które są oferowane bez interfejsu AS-i
SaW, Schmersal oferuje specjalny moduł wejściowy lub solidny
AS-Tube, za pomocą którego można nawiązać połączenie
konwencjonalnych urządzeń z siecią AS-i SaW bezpośrednio na
maszynie.
Alternatywa: własny, opatentowany system magistralowy
Ponadto firma Elan – centrum kompetencji systemów
elektronicznych grupy Schmersal – zaprojektowała już w roku
ESALAN
użyty
został
Sterownik ESALAN umożliwia na przykład monitorowanie ruchu
osi robota przemysłowego w wolnej przestrzeni. W takim wypadku
ogrodzenie bezpieczeństwa służy wyłącznie jako ochrona przed
wystającymi przedmiotami oraz przed wtargnięciem na teren pracy
robota.
Mniej kabli czy też wcale?
Mimo że systemy magistralowe bezpieczeństwa umożliwiają
zredukowanie ilości przewodów, to jednak pewne ilości kabli są
nadal wymagane. Zastosowania niekonwencjonalne, takie jak
„automatyka bezprzewodowa” są ostatnio coraz częściej
omawiane. Nie wymagają one żadnych kabli do przekazywania
danych do ruchomych części maszyny oraz żadnych elementów
zużywających się, takich jak pierścienie ślizgowe czy prowadniki
kablowe.
Do tej pory jednak, zalety te były nieosiągalne dla zastosowań
bezpieczeństwa. Transmisja sygnałów związanych z urządzeniami
bezpieczeństwa musiała być przeprowadzana w sposób
konwencjonalny, a zatem systemy transmisji radiowej nie spełniały
specjalnych wymogów dla układów bezpieczeństwa.
Firma ELAN zaprojektowała ostatnio system transmisji sygnałów
związanych z bezpieczeństwem, przeznaczony dla technologii
bezprzewodowych, który spełnia wszystkie wymagania norm
zharmonizowanych związanych z zapewnieniem bezpieczeństwa
maszyn. Urządzenie zwane ESALAN-Wireless jest również
dostępne jako kompletny system, tj. elektroniczny nadajnik,
programowalny moduł bezpieczeństwa oraz odbiornik sygnału
(Fot. 3).
Strona 1/2
Telefon: +48 22 / 816 85 78
Fax: +48 22 / 816 85 80
[email protected]
www.schmersal.pl
Inne zastosowania
Obecnie system ESALAN-Wireless firmy ELAN jest w początkowej
fazie rozwoju. Bezpieczne łącze radiowe stanie się niebawem
użyteczne również do innych zastosowań. Firma ELAN pracuje
nad rozwojem systemu w ścisłej współpracy z jego
dotychczasowymi użytkownikami.
Jednym z projektowanych urządzeń jest bezprzewodowy, 3stopniowy wyłącznik nożny. Tutaj łącze radiowe przyczynia się do
zwiększenia bezpieczeństwa ponieważ brak kabli eliminuje
potencjalne niebezpieczeństwo potknięcia.
Fot. 3:
Komponenty systemu ESALAN-Wireless komunikują się
bezprzewodowo przy pomocy bezpiecznego łącza radiowego.
Ponieważ zastosowanie w rzeczywistej praktyce zostało wzięte
pod uwagę, zaletą systemu ESALAN-Wireless jest zdolność do
pracy w warunkach wielkiej częstotliwości (HF). Z tego powodu
zwrócono szczególną uwagę na funkcjonalność łącza radiowego
oraz wymogi technologii bezpieczeństwa. Ten drugi aspekt
wymaga między innymi, żeby system natychmiast przełącza się w
stan bezpieczny w przypadku wykrycia usterki, która musi być
rozpoznana autonomicznie w przypadku wysokich wymagań
bezpieczeństwa.
Dla konwencjonalnych urządzeń: linia diagnostyczna
Przy użyciu konwencjonalnych urządzeń bezpieczeństwa również
istnieje możliwość ograniczenia kosztów okablowania i montażu.
Jednym ze sposobów jest stosowanie nowej generacji czujników
bezpieczeństwa (CSS) i blokad elektromagnetycznych (AZM 200)
zaprojektowanych przez firmę SCHMERSAL. Przy spełnieniu
surowych wymogów bezpieczeństwa urządzenia te mogą być
łączone szeregowo w strukturę łańcuchową, a tym sposobem
mogą być monitorowane przez jeden moduł przekaźnikowy
bezpieczeństwa (Fot. 4). Połączenie szeregowe może być jednak
stosowane tylko do przekazywania sygnałów bezpieczeństwa. Inne
sygnały, np. diagnostyczne, muszą nadal być realizowane w
sposób konwencjonalny.
Redundantne częstotliwości
Jednym z najważniejszych środków gwarantujących wysoką
funkcjonalność urządzenia jest redundancja częstotliwości
radiowych, tzn. łącze radiowe jest używane alternatywnie w
częstotliwościach 433 MHz i 869 MHz, na które nie ma wymogu
rejestracji ani licencjonowania. Tolerancja 3 następujących po
sobie błędów w transmisji jest następnym ważnym aspektem.
Co więcej wzajemne zakłócenia kilku systemów ESALAN-Wireless
są wykluczone przez użycie 4 niezależnych par kanałów oraz
możliwość ustawienia wydajności emisji.
Wysoki poziom bezpieczeństwa
Systemy ESALAN-Wireless spełniają wszystkie pozostałe
wymagania dla sterowań bezprzewodowych wg IEC EN 60204-1
oraz dla mikroprocesorowych systemów elektronicznych z funkcją
bezpieczeństwa wg IEC 61508.
Systemy te mogą być stosowane w obwodach bezpieczeństwa
kategorii SIL 3 wg IEC 61508 lub Poziomu Wydajności „e” wg
prEN 13849 oraz kategorii sterowania 4 wg EN 954-1.
Jednostka Notyfikowana MHHW z niemieckiej grupy certyfikacyjnej
BG-Prüfzert zaaprobowała koncepcję systemu a ostateczne
świadectwo badania typu jest obecnie w przygotowaniu. System
sterowany radiowo firmy ELAN spełnia wszystkie wymagania
odpowiednich jednostek certyfikacyjnych.
Wyłącznik zezwalający: nowy stopień wolności
Pierwszym urządzeniem firmy Elan korzystającym z bezpiecznego
łącza radiowego jest urządzenie załączające, które jest
powszechnie stosowane jako „pilot” sterujący z funkcją ochrony
ludzi w przenośnych (ruchomych) systemach sterowania. Tym
sposobem operator może kontrolować, ustawiać czy konfigurować
maszyny (np. roboty) w trybie zredukowanej prędkości pracy bez
siatki ograniczającej lub przy otwartej osłonie bezpieczeństwa.
Może on poruszać się po całym terenie bez przejmowania się
ciągniętymi za sobą kablami czy ryzykiem potknięcia.
Fot. 4:
Nowa generacja osprzętu bezpieczeństwa – tutaj pokazano
AZM 200 – może być łączona szeregowo do jednego modułu
bezpieczeństwa bez utraty kategorii sterowania.
Rozwiązaniem tego problemu jest pokazana przez Grupę
Schmersal na targach SPS/IPC/Drives 2005 (Norymberga)
szeregowa bramka diagnostyczna (SD-Gateway). Bramka ta
używa standardu Profibus do odbierania i wysyłania odpowiednich
sygnałów diagnostycznych, a więc upraszcza konfigurację tej
części systemu oraz pozwala na podłączenie wielu urządzeń do
jednego, niedrogiego modułu przekaźnikowego bezpieczeństwa.
Obsługa tego systemu jest zapewniona w blokadach
elektromagnetycznych bezpieczeństwa AZM 200, w nowych
wykonaniach czujników bezpieczeństwa CSS.
Fotografie: 1+4 K.A. Schmersal GmbH, Wuppertal; 2+3 Elan Schaltelemente GmbH & Co. KG, Wettenberg
Autorzy:
Dipl-Ing. Detlef Grundke, K.A. Schmersal GmbH, Wuppertal;
Frank Schmidt, K.A. Schmersal GmbH, Wuppertal;
Siegfried Wolf, Elan Schaltelemente GmbH & Co. KG, Wettenberg
Uwaga: Ten artykuł został opublikowany po raz pierwszy w magazynie technicznym „Der Konstrukteur, Heft August 2005“ z życzliwą pomocą personelu
wydawniczego oraz autorów.
Strona 2/2