Článek ve formátu PFD je možné stáhnout
zde.
Bezpečnost člověka, stroje a prostředí závisí na bezporuchovém fungování použitých automatizačních systémů. Z tohoto důvodu jsou automatizační komponenty stále častěji převáděny na bezpečnostní automatizační komponenty. Společnost Siemens, přední dodavatel automatizační techniky, uvedený trend již na počátku zachytil a systematicky se jím řídí. V současnosti je šířkou nabídky produktů s podporou systému Safety Integrated neustále na špici.
Kompletní nabídka společnosti Siemens pro Safety Integrated
Systém Safety Integrated je konzistentní implementace bezpečnostní techniky v souladu se základními axiomy konceptu Plně integrované automatizace (Totally Integrated Automation – TIA) společnosti Siemens. Tak jako princip TIA prorůstá oblastí řídicích systémů, operátorských zobrazení a rozhraní, průmyslových sítí, regulovaných pohonů a senzoriky, jsou ve všech řídicích systémech (Simatic, Sinumerik a Simotion), frekvenčních měničích moderní skupiny produktů Sinamics i v inteligentních snímačích a akčních členech zakotveny také vazby na bezpečnostní funkce (obr. 1).
V době, kdy je většina automatizačních úloh řešena decentralizovaně, je důležitou podmínkou jejich efektivního chodu bezpečný přenos digitálních signálů prostřednictvím průmyslových komunikačních sběrnic Profibus a Profinet s profilem ProfiSafe a existence vzdálených periferií s bezpečnostními certifikáty.
Samostatnou kapitolou v bezpečnostní technice jsou bezpečnostní systémy realizované na základě komunikační sběrnice AS-Interface podle koncepce Safety at Work, charakterizované symbolem podle obr. 2. V tomto případě jde o ekonomickou verzi elektronického způsobu řešení bezpečnostního systému bez nutnosti použít ústřední bezpečnostní člen. Po sběrnici AS-Interface spolu prostřednictvím nadřazené řídicí jednotky komunikují senzory a akční členy, přičemž bezpečnost garantuje elektronický modul Safety Monitor, který sleduje integritu komunikace a v případě poruchy zaručuje stanovené chování systému.
Systém Safety Integrated v pohonech skupiny Sinamics
Stále ještě relativně nová skupina produktů Sinamics tvoří dohromady ucelený systém pro řízení pohonů. Z produktů skupiny Sinamics jsou bezpečnostní funkce zavedeny ve frekvenčních měničích těchto řad:
-
Sinamics G120 (obr. 3), což jsou jednokanálové modulární frekvenční měniče s plně vektorovým řízením určené k řízení asynchronních motorů s kotvou nakrátko v režimu se zpětnou vazbou nebo bez ní, umožňující rekuperovat energii zpět do rozvodné sítě; s měniči Sinamics G120 se v systému Safety Integrated používá bezpečnostní řídicí jednotka CU240S DP-F (obr. 4),
-
Sinamics S110, frekvenční měniče pro ekonomické řízení polohy jedné osy ve spojení se synchronními a asynchronními servomotory nebo asynchronními motory s kotvou nakrátko regulovanými v režimu servo,
-
Sinamics S120, univerzální frekvenční měniče dodávané v provedení pro řízení jedné i několika os, v různých stavebních modifikacích a s různými druhy chlazení; typ představuje vlajkovou loď skupiny produktů Sinamics.
Bezpečnostní funkce měničeSinamics S120
Z uvedených přístrojů jsou integrovanými bezpečnostními funkcemi podle současných platných norem vybaveny v nejširší míře frekvenční měniče řady Sinamics S120. Pro uživatele představují automatizační prvek, jehož provedení odpovídá až SIL 2 podle EN 62061:2005, ISO 13849-1:2006 PL d, popř. EN 954-1:1996, kategorie 3.
V tab. 1 je uveden výčet funkcí Safety Integrated v pohonech s měniči řady Sinamics S120. Dále jsou v článku představeny čtyři vybrané varianty zapojení pohonů s měniči Sinamics S120 s využitím integrovaných bezpečnostních funkcí.
Varianta 1: bezpečné zastavení a blokování rozběhu motoru
Již u nejjednodušší sestavy pohonu lze využít základní bezpečnostní funkce STO a SS1, umožňující nouzově zastavit motor pohonu a bránit jeho nepovolenému rozběhu. Normy vyžadují, aby bezpečnostní funkce byly ovládány přes dva nezávislé kanály, a to je zde splněno (viz obr. 5). Motor se řízeně zastaví a je bezpečně blokován proti nežádoucímu rozběhu.
Varianta 2: zapojení přes terminál TM54F a bezpečnostní centrálu ET200s CPU
Zapojení integrovaných bezpečnostních funkcí pohonů Sinamics S120 přes modul bezpečných I/O pro tyto pohony, kterým je terminál TM54F, a bezpečnostní centrálu, v tomto případě ET200s CPU, je ukázáno na obr. 6 (provedení odpovídá SIL 2 podle EN 62061:2005, ISO 13849-1:2006 PL d, popř. EN 954-1:1996, kategorie 3).
Informace z bezpečnostních prvků (digitální vstupy) zpracovává bezpečnostní centrála (Failsafe CPU, F-CPU) systému vzdálených I/O ET200. Bezpečné výstupy systému jsou připojeny k terminálu TM54F, který rozšiřuje měniče Sinamics S120 o bezpečné vstupy. Díky této vazbě lze z automatu ovládat všechny bezpečnostní funkce pohonů. Nejčastěji využívanou funkcí je SOS (Safe Operating Stop), iniciovaná v případě, kdy obsluha vstoupí do pracovního prostoru stroje. Pohony dostanou povel z nadřízeného systému, jejich motory se otáčejí omezenými bezpečnými otáčkami SLM (Safely Limited Speed) nebo se řízeně zastaví a drží v bezpečné poloze, aniž je vypnut přívod proudu do motoru.
Varianta 3: zapojení při použití sběrnice Profibus s profilem ProfiSafe
Zapojení integrovaných bezpečnostních funkcí pohonů Sinamics S120 při použití Failsafe CPU 31x-F z řady Simatic-S7-300 a komunikační sběrnice Profibus s profilem ProfiSafe ukazuje obr. 7 (provedení odpovídá SIL 2 podle EN 62061:2005, ISO 13849--VV1:2006 PL d, popř. EN 954-1:1996, kategorie 3).
Varianta podle obr. 7 poskytuje stejné funkční možnosti jako varianta 2 na obr. 6. Rozdíl je však ve způsobu komunikace mezi F-CPU a pohony. Propojení bezpečných digitálních vstupů a výstupů s využitím terminálu TM54F je nahrazeno komunikační sběrnicí Profibus s profilem ProfiSafe. Předností tohoto zapojení je výrazná úspora kabeláže.
Varianta 4: ovládání bezpečnostních funkcí pohonů Sinamics S110
Při ovládání bezpečnostních funkcí pohonů s frekvenčními měniči Sinamics S110, které jsou „odlehčenou“ variantou pohonů s měniči S120, existují dvě možnosti zapojení, podobně jako v předcházejících příkladech. K ovládání bezpečnostních funkcí zde není nutný další hardware. S výhodou se totiž využije řídicí jednotka CU305 měniče Sinamics S110, která je standardně vybavena jak digitálními bezpečnostními vstupy a výstupy, tak rozhraním pro sběrnici Profibus (obr. 8).
Závěr
Nařízení platná v EU platí v současné době za nejvyšší bezpečnostní standardy a jsou akceptována i daleko za hranicemi Evropy. Z důvodu zajištění funkční bezpečnosti strojů nebo systémů se ochranné a řídicí části spojené s bezpečností chovají tak, že při poruše systému zůstane zařízení v bezpečném stavu nebo se do tohoto stavu přepne. Použití komponent s integrovanou bezpečností představuje nejsnazší cestu, jak zvýšené požadavky na bezpečnost strojů a zařízení splnit. To vše v certifikovaném režimu a se zabezpečením odpovídajícím dané bezpečnostní kategorii. Technika integrovaných bezpečnostních funkcí je dlouhodobě ověřena na obráběcích strojích, pro něž je společnost Siemens jedním z nejvýznamnějších dodavatelů. Nově se pro frekvenční měniče ze skupiny výrobků Sinamics otevřela široká oblast použití i na výrobních strojích a linkách. Spolu s další bezpečnostní technikou společnost Siemens zaručuje svým zákazníkům kompletní nabídku i zde.
Další informace o nabídce bezpečnostních systémů od společnosti Siemens lze nalézt na adrese
www.siemens.cz/safety.
Ing. Radek Novotný,
Siemens, s. r. o.
Obr. 1. Vybrané přístroje ze široké nabídky bezpečnostních produktů značky Siemens
Obr. 2. Symbol síťového bezpečnostního systému podle koncepce Safety at Work (AS-Interface)
Obr. 3. Modulární frekvenční měniče Sinamics G120
Obr. 4. Bezpečnostní řídicí jednotka CU240S DP-F
Obr. 5. Sinamics S120 – bezpečné zastavení a blokování rozběhu motoru
Obr. 6. Zapojení integrovaných bezpečnostních funkcí pohonů Sinamics S120 přes terminál TM54F a F-CPU ze systému periferií ET200 (S1 až S8 – spínače, bezpečnostní spínače)
Obr. 7. Zapojení integrovaných bezpečnostních funkcí pohonů Sinamics S120 a F-CPU z řady Simatic-S7 s využitím komunikační sběrnice Profibus s profilem ProfiSafe (S1 až S8 – spínače, bezpečnostní spínače)
Obr. 8. Dvě možnosti ovládání bezpečnostních funkcí pohonů s měniči Sinamics S110
Tab. 1. Funkce Safety Integrated v pohonech s měniči frekvence řady Sinamics S120