Priemyselné aplikácie sú vo svojej podstate pre človeka nebezpečné. Od dopravníkových pásov po plniace stroje, kdekoľvek, kde dochádza k interakcii medzi ľuďmi a strojmi, existujú riziká. Riešenia s integrovanou funkčnou bezpečnosťou ich však minimalizujú alebo eliminujú.
Funkčná bezpečnosť umožňuje spoľahlivé zastavenie stroja a zabraňuje jeho neočakávanému spusteniu. Môže sa rozšíriť i na bezpečné monitorovanie pohybu a keď je to potrebné, aj na prevzatie kontroly nad chodom stroja. Rýchle a efektívne uvedenie stroja do bezpečného stavu je kritickým aspektom funkčnej bezpečnosti. Po zastavení je nevyhnutné zabezpečiť, aby sa stroj neočakávane nespustil a predišlo sa tak nehodám operátorov, údržbárov a okolia. V závislosti od aplikácie a jej pracovných cyklov je niekedy potrebné, aby stroje pracovali pri bezpečne obmedzenej rýchlosti počas špecifických postupov, ako je údržba a opravy. Bezpečnostné funkcie integrované v meničoch pokrývajú širokú škálu úloh, od tých, ktoré sú zodpovedné za bezpečné zastavenie pohonu, až po tie, ktoré monitorujú parametre pohybu, ako sú rýchlosť, poloha alebo krútiaci moment.
Implementácia systému bezpečnosti strojov sa dnes stala jednoduchšou vďaka niekoľkým faktorom, ktoré sa vyvinuli s pokrokom technológií a priemyselných štandardov. Funkčná bezpečnosť založená na meničoch znamená, že bezpečnostné funkcie sú priamo integrované do meniča. Ich modularita poskytuje širokú škálu konfigurovateľných bezpečnostných funkcií, ktoré sa dajú prispôsobiť špecifickým potrebám akejkoľvek aplikácie.
Riešenia funkčnej bezpečnosti založenej na meničoch v priemyselných systémoch
Funkčná bezpečnosť založená na meničoch zahŕňa implementáciu opatrení na zaistenie bezpečnej prevádzky pohonu, najmä pokiaľ ide o prevenciu alebo zmiernenie dosahu porúch alebo zlyhaní, ktoré by mohli viesť k nebezpečným situáciám. Všetky stroje dodávané v Európskej únii musia spĺňať základné požiadavky na ochranu zdravia a bezpečnosť (EHSR) podľa smernice EÚ o strojových zariadeniach 2006/42/ES. Použitie certifikovaných bezpečnostných riešení založených na meničoch podľa IEC61800-5-2, IEC62061 a ISO13849 zníži prácu potrebnú na zabezpečenie súladu strojov s predpismi.
Ako príklad môžeme použiť pohon dopravníkového pásu, pretože ide o priemyselnú aplikáciu, pri ktorej je funkčná bezpečnosť kľúčová. Ľudia často interagujú s dopravníkovými pásmi pri čistení, opravách a umiestňovaní či odoberaní materiálu. Na základe analýzy bezpečnostných rizík je potrebné zvážiť niekoľko bodov:
- motor musí zostať v stave bez krútiaceho momentu počas čistiaceho alebo údržbového postupu; neočakávané spustenie predstavuje bezpečnostné riziko;
- dopravník sa musí tiež bezpečne zastaviť, kedykoľvek sa stlačí červené tlačidlo núdzového zastavenia;
- ak sú blízko dopravníka v ochrannej klietke ľudia, jeho rýchlosť sa musí znížiť tak, aby bolo možné bezpečne manipulovať s materiálom.
Tradičný spôsob budovania bezpečnostného systému zahŕňa pripojenie bezpečnostných koncových spínačov, relé, externých bezpečnostných monitorovacích zariadení a stýkačov spolu s meničom. Samotný menič nemá žiadnu bezpečnostnú funkciu. Keď sa otvoria dvere ochrannej klietky k dopravníku, bezpečnostný dverový spínač deteguje otvorené dvere a pošle signál meniču na spomalenie. Zároveň sa signál odošle do externého bezpečnostného monitorovacieho zariadenia (bezpečnostná logika), ktoré spolu s meraním rýchlosti pohonu umožňuje bezpečné monitorovanie rýchlosti.
Tradičné elektromechanické bezpečnostné riešenia prinášajú dodatočné náklady na zariadenia, kabeláž a údržbu v porovnaní s bezpečnostnými funkciami založenými na meničoch. Integrovaná funkčná bezpečnosť založená na meničoch zahŕňa rovnakú funkcionalitu ako tradičné elektromechanické bezpečnostné riešenie. Funkcionalita meniča a bezpečnostné prvky sú kombinované, čo zjednodušuje celkový proces návrhu.
Zložitosť konfigurácie a inštalácie je znížená niekoľkými spôsobmi:
Menej komponentov: Integrácia do jedného zariadenia. Tým sa eliminuje potreba externých bezpečnostných zariadení, ako sú bezpečnostné logické stýkače alebo enkodéry.
Menej kabeláže: S integrovanými bezpečnostnými prvkami je potreba dodatočnej kabeláže výrazne znížená, až eliminovaná. Bezpečnostné signály a funkcie sú komunikované interne v rámci meniča.
Jednoduchá konfigurácia: Plug-and-play integrácia. Integrovaná bezpečnosť založená na meničoch podporuje štandardizované komunikačné protokoly (napr. PROFISAFE), čo uľahčuje integráciu s inými automatizačnými komponentmi. Táto funkcionalita zjednodušuje proces konfigurácie.
Skrátený čas inštalácie: Zjednodušená kabeláž, zefektívnená konfigurácia a znížená potreba externých komponentov prispievajú k rýchlejšiemu a jednoduchšiemu procesu inštalácie. Všetky meniče ABB majú funkciu Safe Torque Off (STO) ako štandard. K dispozícii sú moduly funkčnej bezpečnosti ako voliteľné možnosti.
Všetky bezpečnostné funkcie založené na meničoch sú predcertifikované a väčšinou zodpovedajú najvyšším bezpečnostným úrovniam SIL3 a Ple.
Moduly funkčnej bezpečnosti meničov ABB FSO-12 a FSO-21 poskytujú jednoduchý spôsob rozšírenia bezpečnostných funkcií v meničoch sérií ACS880 a DCS880. Tieto zásuvné moduly sú inštalované a zapojené vnútri meniča, čo umožňuje rôzne bezpečnostné funkcie a diagnostiku v jednom kompaktnom a spoľahlivom module.
FSO-12 ponúka nasledujúce bezpečnostné funkcie s otvorenou slučkou (bez enkodéra):
- Safe Stop 1 (SS1 ako implementácie SS1-r a SS1-t),
- Safe Stop Emergency (SSE),
- Safe Brake Control (SBC),
- Safely Limited Speed (SLS),
- Safe Maximum Speed (SMS),
- Prevention of Unexpected Start-up (POUS),
- najvyššie bezpečnostné úrovne: SIL3/PLe (Safety Integrity Level/Performance Level).
FSO-21 ponúka oproti FSO-12 ďalšie funkcie s uzavretou slučkou (s bezpečnostnou spätnou väzbou enkodéra HTL):
- Safe Speed Monitoring (SSM),
- Safe Direction (SDI), vyžaduje modul rozhrania impulzného enkodéra (FSE-31),
- najvyššie bezpečnostné úrovne: SIL3/PLe (Safety Integrity Level/Performance Level).
Oba moduly FSO-12 a FSO-21 sú schopné monitorovať bezpečnú rýchlosť v režime bez enkodéra (v otvorenej slučke). FSO-21 tiež podporuje monitorovanie bezpečnej rýchlosti v uzavretej slučke spolu s modulom rozhrania impulzného enkodéra (HTL) (FSE-31).
Podporované safety funkcie
Safe Torque Off (STO)
STO je základnou požiadavkou pre funkčnú bezpečnosť založenú na meničoch, pretože bezpečne privádza menič do stavu bez krútiaceho momentu. STO sa typicky používa na prevenciu neočakávaného spustenia strojov alebo na núdzové zastavenie, čím spĺňa kategóriu nekontrolovaného zastavenia 0 (EN 60204-1). Keď sa STO používa ako funkcia núdzového zastavenia, tiež zabezpečuje, že resetovanie núdzového zastavenia nevyvolá opätovné spustenie. Je dôležité poznamenať, že funkcia STO nie je certifikovaná na bezpečnú prácu na elektrických častiach pohonu.
Safe Stop 1 (SS1-t – časové monitorovanie)
Táto funkcia bezpečne zastaví motor pomocou kontrolovaného zastavenia a následne aktivuje funkciu STO. SS1-t sa typicky používa v aplikáciách, ako sú valcovne, kde musí byť pohyb zastavený kontrolovaným spôsobom pred prechodom do stavu bez krútiaceho momentu. Okrem bezpečného zastavenia procesu môže byť SS1 použitá aj na implementáciu núdzového zastavenia, čím spĺňa kategóriu kontrolovaného zastavenia 1 (EN 60204-1).
Safe Stop 1 (SS1-r – monitorovanie rampy)
Táto funkcia bezpečne zastaví motor prostredníctvom kontroly dobehovej rampy a následnou aktiváciou STO. V porovnaní s SS1-t sa SS1-r používa v aplikáciách, kde je potrebná rýchla reakcia na nedodržanie dobehovej rampy.
Safe Stop Emergency (SSE)
Táto bezpečnostná funkcia je špeciálne navrhnutá na implementáciu núdzového zastavenia stroja. SSE môže byť nakonfigurovaná na vykonanie STO alebo SS1 v závislosti od toho, ktoré núdzové zastavenie je vhodné pre systém.
Prevention Of Unexpected Startup – prevencia neočakávaného spustenia (POUS)
Funkcia POUS zabraňuje neočakávanému spusteniu stroja. Funkcia POUS aktivuje funkciu Safe Torque Off (STO) v meničoch. Je špeciálne navrhnutá pre údržbárske a opravárske postupy.
Safely Limited Speed (SLS)
Táto funkcia zabraňuje motorom prekročiť definovanú bezpečnú rýchlosť. Funkcia SLS môže byť použitá v aplikáciách, ako sú mixéry, dopravníky alebo papierenské stroje, kde môže byť nadmerná rýchlosť nebezpečná napríklad počas údržby alebo čistiacich operácií. Meniče ABB dokážu ponúknuť funkciu SLS bez snímača rýchlosti, čo výrazne znižuje zložitosť a náklady systému. Externý enkodér je potrebný v aplikáciách s externými akceleračnými záťažami, napríklad závesnými záťažami.
Safe Maximum Speed (SMS)
Táto funkcia je variantom bezpečnostnej funkcie SLS. Poskytuje nepretržitú ochranu proti prekročeniu definovanej maximálnej rýchlosti motora. Typicky sa SMS používa na ochranu strojov obmedzením maximálnej rýchlosti, ktorú stroj môže tolerovať. Meniče ABB môžu ponúknuť funkciu SLS bez snímača otáčok, čo výrazne znižuje zložitosť a náklady systému. Externý enkodér je potrebný v aplikáciách s externými akceleračnými, napríklad závesnými záťažami.
Safe Brake Control (SBC)
Táto funkcia poskytuje bezpečný výstupný signál na ovládanie mechanickej brzdy. Žeriavy, navijaky, zdvíhadlá, vertikálne dopravníky a výťahy sú typické aplikácie, ktoré potrebujú bezpečné ovládanie brzdy. Typické použitie SBC je, keď sa menič vypne pomocou funkcie STO a na motor pôsobí aktívna záťaž, napríklad závesná záťaž na žeriave alebo navíjači. Funkcia umožňuje operátorom pracovať v blízkosti závesných záťaží a dočasne pod záťažou, ak je to potrebné.
Safe Speed Monitor (SSM)
Táto funkcia poskytuje bezpečný výstupný signál, napríklad do bezpečnostného PLC. Typické použitie SSM je pri monitorovaní rýchlosti motora, ale reakcia sa vykonáva z bezpečnostného PLC. Ide napríklad o synchronizáciu zastavenia viacerých meničov. Výstup SSM sa môže tiež použiť v signálkach na indikáciu, či motor beží alebo nie.
Safe Direction (SDI)
Táto funkcia zabezpečuje, že motor sa nebude otáčať neželaným smerom. Typické je použitie na eskalátoroch alebo dopravníkoch, ako aj pri prevádzke v blízkosti koncových spínačov v aplikáciách žeriavov.
Tibor Baculák
ABB, s.r.o.
https://new.abb.com/safety
