Aktuální vydání

celé číslo

05

2020

snímače teploty

celé číslo

Funkce Safety Integrated v pohonech s měniči Sinamics S110 a S120 v praxi

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.
 
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