Współpraca elementów inicjujących i wykonawczych z programowalnymi przekaźnikami bezpieczeństwa MSS (1)

Transkrypt

1 Systemy sterowania bezpieczeństwem maszyny Współpraca elementów inicjujących i wykonawczych z programowalnymi przekaźnikami bezpieczeństwa MSS (1) Wraz z rozwojem techniki programowalnych układów sterowania stało się możliwe realizowanie w tej technologii również systemów bezpieczeństwa. Stąd w terminologii wielu norm pojawiło się określenie elektrycznego, elektronicznego i programowalnego systemu związanego z bezpieczeństwem. Centralną część takiego systemu stanowi układ logiczny, którego algorytm pracy można modyfikować drogą programowania. Oczywiście, aby takie urządzenie mogło być uznane za dopuszczone do realizacji układów sterowania bezpieczeństwem maszyn zgodnie z wymaganiami przyjętymi we Wspólnocie Europejskiej musi spełniać szereg określonych warunków. Należą do nich między innymi: ograniczenie dostępu do parametrów dla osób nieuprawnionych (klucz magnetyczny, hasło lub system haseł), mechanizm zapamiętywania wprowadzanych zmian (niekasowalny zbiór typu log lub suma kontrolna), czy też odpowiednia architektura sprzętu, zawierająca np. redundancję i funkcje wzajemnej kontroli układów mikroprocesorowych. Układ taki będziemy nazywać modułowym, programowalnym przekaźnikiem bezpieczeństwa MSS. Użycie takiego przekaźnika w systemie sterowania bezpieczeństwem wymaga realizacji tego systemu generalnie na dwóch płaszczyznach: fizycznej sprzętu i jego połączeń; konfiguracji gotowych obiektów bibliotecznych programu w przekaźniku MSS w sposób odpowiadający oczekiwanym funkcjom bezpieczeństwa związanych z elementami połączonymi z określonymi wejściami i wyjściami przekaźnika. Aby dokonać właściwego wyboru, trzeba zatem dobrze rozumieć funkcjonalność określonych elementów układu sterowania bezpieczeństwem. Na rys. 1 przedstawiono uproszczony schemat blokowy architektury systemu sterowania bezpieczeństwem zrealizowanego na podstawie przekaźnika programowalnego MSS. W wypadku zastosowania klasycznego przekaźnika bezpieczeństwa projektant ma do czynienia z zestawem elementów spełniających określone wymagania funkcjonalne pozwalające na zastosowanie ich jako części składowych systemu sterowania bezpieczeństwem maszyny, ale o funkcji całości zestawu decyduje jedynie sposób zestawienia ich z całość. Możliwe jest modyfikowanie ich funkcjonalności poprzez wykorzystanie określonych połączeń między nimi, ale nie ma możliwości zasadniczej zmiany ich funkcjonalności. Aby architektura danego systemu była elastyczna, jest zatem konieczne wprowadzenie dostępności do warstwy programowania urządzeń, a zwłaszcza układu logicznego będącego centralną częścią systemu. W takim wypadku w projekcie pojawiają się dwie w znacznym stopniu niezależne warstwy: sprzętowa i programowa. Na obecnym etapie rozwoju stosowanych rozwiązań technicznych obie warstwy systemu spełniają specyficzne wymagania stawiane elementom systemu sterowania bezpieczeństwem maszyny. Projektant musi jednak dostosować swoje działania do wymagań procesu osiągania zgodności z wymaganiami zasadniczymi bezpieczeństwa maszynowego. W warstwie programowej wspierany jest przez specyficzne mechanizmy, w które wyposażane jest oprogramowanie narzędziowe służące do uruchamiania systemu. Istnienie wielu implementowanych w tym oprogramowaniu mechanizmów jest warunkiem dopuszczenia go do stosowania w układach sterowania bezpieczeństwem. Analizując schemat zamieszczony na rys. 1 widzimy, że w ogólnym przypadku system składa się z typowych elementów składowych, do których należą: elementy inicjujące, takie jak przyciski stopu awaryjnego, wyłączniki pozycyjne czy kurtyny świetlne, które są połączone z odpowiednimi wejściami układu logicznego wyposażonego w tym wypadku w warstwę sprzętową i programową. Do wyjść układu logicznego z kolei podłącza się elementy wykonawcze, takie jak styczniki lub przekształtniki posiadające wbudowane funkcje bezpieczeństwa. W ogólnym wypadku zarówno elementy inicjujące jak i wykonawcze mogą mieć również możliwość modyfikowania funkcji bezpieczeństwa drogą programowania. Istotne jest właściwe powiązanie sprzętowej warstwy systemu, którą konfiguruje się za pomocą montażu zgodnego ze schematem Rys. 1. Uproszczona architektura układu sprzętowo-programowego przekaźnika programowalnego bezpieczeństwa 40

2 Ochrona... E i Rys. 2. Przycisk stopu awaryjnego może być wyposażony w dwa styki typu NC pracujące bezpośrednio w układzie bezpieczeństwa i w jeden styk NC przeznaczony do połączenia z ogólnym układem sterowania w celach informacyjnych Rys. 3. Specjalne styki bezpieczeństwa NC do stopu awaryjnego projektowym z funkcjonalnością uzyskiwaną za pomocą programowania. Poniżej przedstawimy przegląd funkcji wybranych elementów bezpieczeństwa przeznaczonych do połączenia z wejściami przekaźnika. Jednym z najważniejszych elementów układu sterowania bezpieczeństwem maszyny jest przycisk stopu awaryjnego. W zależności od przyjętej przez projektanta architektury systemu, może on mieć jeden lub dwa styki czynne typu NC przeznaczone do połączenia z układem sterowania bezpieczeństwem maszyny. Dla wysokiej kategorii bezpieczeństwa może być również istotne, aby obwody styków były monitorowane pod kątem ewentualnego przebicia wzajemnego, które może prowadzić do przesłonięcia funkcjonalności drugiego styku, a więc do utraty redundancji. Na rys. 2 pokazano typowy przycisk stopu awaryjnego z dwoma stykami oraz schematyczne ich oznaczenie. Ponieważ układ sterowania technologicznego maszyny powinien być informowany o zadziałaniu stopu awaryjnego, aby mógł ten stan nietypowy dla pracy maszyny odróżnić Rys. 4. Funkcja przeznaczona w przekaźniku programowalnym MSS do współpracy z przyciskiem stopu awaryjnego w tym przypadku z dwoma stykami typu NC

3 Rys. 5. Funkcja przeznaczona w przekaźniku programowalnym MSS do współpracy z przyciskiem stopu awaryjnego w tym przypadku z dwoma stykami typu NC i aktywowaną funkcją startu monitorowanego Rys. 7. Okno konfiguracyjne funkcji obsługującej przycisk stopu awaryjnego Rys. 6. Sekwencje zboczy sygnału na wejściu monitorującym wymagane dla funkcji startu manualnego i monitorowanego od awarii maszyny, możliwe jest tu zarówno użycie styku typu NC, jak i NO, ale styk NC pozwala na identyfikację przerwania obwodu, więc ogólnie jest bardziej użyteczny. Dodatkowym elementem, który pozwala nam na kontrolowanie przycisku stop awaryjny, są specjalne styki NC pokazane na rys. 3. Czym te styki się różnią od standardowych? Otóż, styk ten po dostawie jest stykiem NO, dopiero po zamontowaniu, pierwszym Rys. 8. Przykładowa aplikacja wykorzystująca przycisk stopu awaryjnego i ruchomą osłonę bezpieczeństwa 42

4 Ochrona... E i wciśnięciu stopu i odryglowaniu staję się stykiem NC, czyli chroni nas przed błędnym montażem. Natomiast, jeśli z jakiejkolwiek przyczyny nastąpiłoby wypadnięcie tego styku z elementu mocującego (stop awaryjny), styk ten staje się znowu stykiem NO (przy standardowych stykach awaria tego typu nie będzie wychwycona). Na rys. 4 został przedstawiony fragment schematu blokowego obiektu programowego przekaźnika bezpieczeństwa realizujący funkcjonalność przycisku stopu awaryjnego z dwoma stykami czynnymi typu NC, które należy połączyć z zaciskami wejściowymi przekaźnika odpowiadającymi Slotowi 3. Wyboru liczby używanych wejść oraz pozostałych funkcji obiektu Stop Bezpieczeństwa dokonujemy otwierając okno parametryzacji w programie narzędziowym. Ze względu na fakt iż oprogramowanie przekaźnika jest badane przed dopuszczeniem do użytkowania w systemach bezpieczeństwa użytkownik może jedynie dokonywać parametryzacji obiektów gotowych, nie mogąc tworzyć ich od podstaw. W przeciwnym wypadku wymagana była by ponowna certyfikacja. Obiekt Stop Awaryjny jest zatem wyposażony w szereg funkcjonalności niezbędnych przy tworzeniu aplikacji systemu sterowania bezpieczeństwem. Przykładem może tu być zastosowanie funkcji startu monitorowanego. Na rys. 5 widzimy ten sam obiekt uzupełniony o funkcję monitorującą, która wymaga również wykorzystania dodatkowego wejścia przekaźnika. W tym przypadku wykorzystano wejście 1. slotu 4. Zastosowanie funkcji startu monitorowanego jest zalecane dla układów sterowania bezpieczeństwem realizowanych w kategorii 4. bezpieczeństwa. Funkcja ta blokuje powrót maszyny do ruchu po wycofaniu przycisku (jak dzieje się to w przypadku pokazanym na rys. 4). Uruchomienie jest możliwe dopiero po wykonaniu pełnej sekwencji polegającej na wycofaniu wciśniętego przycisku, a następnie przyjściu kolejno dwóch zboczy sygnału na wejście Start, tak jak to pokazano na rys. 6 po prawej stronie. Na rys. 7 pokazano widok okna konfiguracyjnego bloku funkcyjnego przeznaczonego do obsługi przycisku stopu awaryjnego. Widoczna konfiguracja jest zgodna z funkcjonalnością przedstawioną na rys. 5, przy czym nie narzucono w tym wypadku warunku startu testu startowego elementu oraz opóźnienia zadziałania. Wybrano natomiast funkcjonalność detekcji ewentualnego przebicia pomiędzy obwodami styków NC. Funkcja taka eliminuje również oczywiście błąd montażu obwodu stopu, co jest szczególnie ważne, gdy przycisków jest większa liczba, jak to pokazano na rys. 8. Start maszyny następuje w tym wypadku wraz z wystąpieniem zbocza opadającego, jako ostatniego elementu sekwencji. Zastosowanie takiej sekwencji pozwala zredukować do minimum prawdopodobieństwo przypadkowego uruchomienia maszyny po zadziałaniu stopu awaryjnego. Oczywiście zastosowanie takiej funkcjonalności jest wynikiem realizacji układu sterowania wynikającego z oceny ryzyka. Na rys. 8 przedstawiono część programową aplikacji systemu sterowania bezpieczeństwem zawierającą funkcję obsługi drzwi bezpieczeństwa z wyłącznikiem pozycyjnym z parą styków czynnych typu NC i NO, przycisk stopu awaryjnego z funkcją startu monitorowanego oraz ruchowy wyłącznik pracy maszyny, który należy połączyć z wejściem 1. w slocie 4. przekaźnika. Stan elementów połączonych z wejściami wpływa w tej aplikacji na działanie układu w sposób następujący: otwarcie osłony prowadzi do zatrzymania maszyny, a ponowne jej zamknięcie przywraca ruch z powrotem, zadziałanie na przycisk stopu awaryjnego doprowadza do zatrzymania, natomiast do ponownego uruchomienia jest konieczne wykonanie sekwencji startu monitorowanego opisanej wyżej. Ponadto można w normalnym trybie załączyć i wyłączyć maszynę zmienia-

5 Rys. 9. Przykład kaskadowego połączenia przycisków stopu awaryjnego Rys. 10. Schemat udziału walidacji w procesie projektowania systemu sterowania bezpieczeństwem maszyny. W danym procesie jest dokonywana walidacja częściowa na wielu etapach projektowania układu jąc stan logiczny wejścia 1. w slocie 4. Działanie poszczególnych wejść jest równorzędne i wystarczy zmienić stan dowolnego bloku funkcyjnego, aby zatrzymać maszynę. Przez zatrzymanie należy rozumieć jednoczesną zmianę stanu logicznego wyjść przekaźnika: Q1-R i Q2 w slocie 3. Jeżeli podłączymy do nich obwody sterownicze styczników, pozwoli to na redundantne odłączenie zasilania energią maszyny. Do wejść przeznaczonych do przyłączenia obwodów stopu awaryjnego można w ogólnym przypadku podłączyć kaskadowo wiele takich przycisków zlokalizowanych we właściwych miejscach maszyny tak jak to pokazano na rys. 8. Walidacja projektu w sensie klasycznym polega na sprawdzeniu, czy zrealizowana aplikacja spełnia wymagania, które jej postawiono wraz z przyjęciem założeń projektowych. Jeżeli jednak okazało by się, że funkcje produktu są niewystarczające, to uzupełnienie funkcjonalności, których potrzebę zidentyfikowano praktycznie może w praktyce okazać się kosztowne. Ze względu na fakt, że przekaźnik programowalny, jak nazwa wskazuje, jest urządzeniem programowalnym, jest możliwe prowadzenie prób na kolejnych etapach procesu projektowania i stopniowe dochodzenie do satysfakcjonującego rozwiązania. Jest to metoda nie tylko mniej kosztowna, ale i nie wymagająca pozostawienia marginesu czasu w harmonogramie realizacji po zakończeniu wykonywania aplikacji, ponieważ zidentyfikowane niedoskonałości można eliminować wcześniej z wyprzedzeniem w stosunku do terminu zakończenia projektu. Marek Trajdos T-SYSTEM PROJEKT Sp. z o.o. Wiesław Monkiewicz Siemens Sp. z o.o. Sektor Industry Industry Automation Technika łączeniowa nn elektrotechnika.pl@siemens.com E i Warto wiedzieć Nowy wygląd bezpieczeństwa Czy w erze automatyzacji i wygody jesteśmy w stanie wyobrazić sobie samochód bez centralnego zamka albo telewizor bez pilota? Już nie nowoczesność wkroczyła do naszych miejsc pracy i domów. Wbrew pozorom, to detale decydują o tym, że żyje nam się wygodniej i prościej. Automatyka zdominowała nasze życie, a pilot w ręku stał się nieodłącznym atrybutem człowieka XXI wieku. Teraz jedno małe urządzenie działające za pośrednictwem fal radiowych, może nam otworzyć, zamknąć, włączyć i wyłączyć wszystko wokół: drzwi garażowe, bramę wjazdową, oświetlenie podjazdu, nawadnianie ogrodu czy nawet podnoszenie i opuszczanie rolet w oknach. Jednym małym urządzeniem możemy sterować własnym domem. Trzeba tylko dobrać odpowiedniego pilota dla siebie. Spośród bogatej oferty producentów automatyki wybraliśmy jedno małe urządzenie, które prócz funkcji praktycznych ma także wygląd! Wielofunkcyjny, wielozadaniowy pilot SLH firmy FAAC z powodzeniem może sterować kilkoma automatycznie działającymi sprzętami w domu. Cztery przyciski na czterokanałowym pilocie mogą otworzyć nam wszystko co na nim zaprogramujemy. Pilot SLH za każdym razem wysyła inny sygnał kodowy do nadajnika, co podnosi poziom bezpieczeństwa i ochrony przed osobami nieupoważnionymi. Do tego pracuje on na różnych częstotliwościach. Zasięg pilota, w zależności od lokalizacji instalacji, wynosi do 200 m. Pilot może współpracować z praktycznie każdym odbiornikiem, a jego dostrojenie zajmuje tylko chwilę. Ale nie tylko wykorzystanie najnowszych technologii świadczy o jego wyjątkowości. Nowoczesny i oryginalny kształt, ergonomiczne przyciski oraz dwa kolory do wyboru: biały i czarny zaspokoją nawet najbardziej wybredne gusta. Posiadanie automatyki i pilota, który wszystkim steruje nie tylko świadczy o tym, że lubimy wygodę i cenimy bezpieczeństwo, ale także pokazuje nasz styl, klasę i umiejętność otaczania się tym, co piękne (FAAC) 44