Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Jaké výhody přináší integrace bezpečnostních funkcí do řídicích prvků?

číslo 11/2006

Jaké výhody přináší integrace bezpečnostních funkcí do řídicích prvků?

Bezpečnost je slovo, které se v současné automatizaci skloňuje ve všech pádech. Znamená to rezignaci na tezi, že hlavním cílem automatizace je zvyšování efektivity výroby? Nikoliv, jen je třeba vzít v úvahu ne efektivitu jednoho stroje a v jedné směně, ale dlouhodobou efektivitu celého závodu. Zde má totiž snížení rizikovosti výroby výrazně pozitivní dopad.

Vztah bezpečnosti a efektivity

Za prvé, dojde-li v souvislosti s činností výrobních zařízení ke zranění či dokonce úmrtí osob, zaměstnavatel musí platit poškozeným a pozůstalým osobám náhradu. Prokáže-li se, že výrobní zařízení nebylo dostatečně bezpečné, nemůže počítat s tím, že by mu v tom pomohlo pojištění: takové riziko snad žádná pojišťovna na světě nekryje. Za druhé, jakékoliv události tohoto typu jsou spojeny s nutností kratší či delší odstávky stroje, minimálně do doby, než se zjistí, proč k neštěstí došlo. Za třetí, každý pracovní úraz se musí prošetřit a vedoucí pracovníci podniku se potom místo plánování a řízení výrobní činnosti musí věnovat vyšetřování okolností, za nichž k události došlo. Všechny tyto náklady lze snadno spočítat. Jsou však i nepřímé náklady, které tak snadno předvídat a vyčíslit nelze. To je především poškození dobrého jména firmy. Ztráty, které podniku vzniknou tím, že se od něj odvrátí část zákazníků, je možné pouze odhadnout. Podle některých průzkumů však mohou převýšit, a to i několikanásobně, přímé škody. Nehledě na etické aspekty vztahu k zaměstnancům, které jsou v podnikání, zvláště ve vyspělých zemích, také velmi důležité.

Koncepce bezpečnostních systémů

Jak tedy zajistit bezpečnost strojů a zařízení? Používané systémy lze rozdělit v podstatě do tří skupin. Za prvé lze použít bezpečností snímače, spínače a relé, všechny přímo spojené kabelovým vedením. Za druhé je možné používat vyhrazený bezpečnostní systém, zcela oddělený od řídicího. V poslední době se ale stále více prosazuje začlenění bezpečnostních funkcí přímo do řídicích prvků a systémů. Tyto systémy s integrovanou bezpečností lze rozdělit do dvou skupin: za prvé jsou to systémy, kde jsou stále zachovány vyhrazené bezpečnostní prvky a společná je jen komunikační sběrnice, a za druhé jsou to systémy s plně integrovanou bezpečností.

Integrovaná bezpečnost z personálního hlediska

Důvod, proč dříve byly a dosud mnohdy jsou řídicí a bezpečnostní prvky a systémy vzájemně odděleny, není jen technický. Mnohé podniky totiž i z personálního hlediska oddělují odpovědnost za provoz od odpovědnosti za bezpečnost ve snaze vyhnout se situacím, kdy se provozní technici snaží přizpůsobit si bezpečnostní systémy tak, aby je co nejméně „obtěžovaly„. Vychází se z toho, že čím méně lidí se vyzná v bezpečnostní technice, tím menší je nebezpečí, že bezpečnostní opatření budou obcházena. Jenže provozní technici jsou vynalézaví, a když to považují za nutné, najdou si způsob, jak bezpečnostní systém přelstít: právě proto, že za bezpečnost vlastně nejsou odpovědní oni, ale bezpečnostní technik podniku. To není ideální stav. Bezpečnost musí být záležitostí každého zaměstnance. Je proto snahou bezpečnostní funkce začlenit do řízení nejen po technické, ale i po personální stránce.

Bezpečnostní a standardní signály na společném kabelu

V dobách, kdy řídicí a bezpečnostní systémy měly naprosto odlišnou koncepci a používaly různé platformy řídicích a bezpečnostních prvků, nebyla snaha spojit jejich komunikaci do jediné sběrnice. Ovšem doba se změnila. Moderní bezpečnostní systémy se také „naučily„ komunikovat po průmyslových sběrnicích. Nese to s sebou podobné výhody jako u klasických řídicích systémů: možnost změn konfigurace systému na dálku, snazší údržbu a možnosti optimalizace provozu. Je ale možné, aby bezpečnostní a řídicí signály byly přenášeny jediným společným kabelem? Existuje už nemálo příkladů, že to možné je.

Obr. 1.

Obr. 1. Bezpečnostní programovatelný automat Guard PLC
Obr. 2. Vstupní a výstupní moduly Devicenet Safety I/O

Jedním z nich je komunikační standard Devicenet Safety. Pomocí tohoto standardu lze vytvářet komunikační systémy s až 64 účastnickými uzly v jedné síti, z nichž kterékoliv mohou být bezpečnostní. Samotná sběrnice se přitom neliší od běžné sběrnice Devicenet a využívá standardní technické prostředky. „Bezpečnost„ je zakomponována do vyšších vrstev komunikační architektury jako doplněk protokolu CIP (Common Industrial Protocol) s názvem CIP Safety.

Jak Devicenet Safety funguje? Dejme tomu, že obsluha otevře kryt stroje. Dveřní spínač připojený ke sběrnici vyšle bezpečnostní zprávu do bezpečnostního PLC, který okamžitě zastaví stroj a současně vyšle zprávu, nyní již běžnou, informující ostatní účastníky komunikace o tom, že kryt je otevřen a stroj zastaven. Tuto informaci se tedy dozví jak řídicí systém, tak obsluha prostřednictvím HMI. Řídicí systém podle potřeby odstaví příslušnou výrobní linku nebo navazující zařízení, popř. přesměruje polotovary na jiný stroj, který je k dispozici. Provozní technik může na grafickém zobrazení linky v HMI přímo vidět, který kryt je otevřen. To vše se odehrává prostřednictvím jediného komunikačního systému.

Obr. 2.

Plná integrace bezpečnostních funkcí

Zatímco dříve existovaly na provozní úrovni oddělené řídicí prvky pro sekvenční řízení, řízení pohonů, regulaci spojitých procesů atd., v moderní automatizaci se stále častěji vyskytují výkonné prvky integrující všechny tyto řídicí úlohy. Zákazníci se proto oprávněné ptají: lze do těchto prvků integrovat i bezpečnostní funkce? Odpověď zní ano. Využití jednotného hardwaru i softwaru pro řídicí i bezpečnostní úlohy usnadňuje návrh systémů, jejich uvedení do provozu i údržbu. Snižují se skladové zásoby náhradních dílů i náklady na softwarovou podporu. Také změny a případné rozšiřování systému jsou integrací bezpečnostních funkcí do řídicích systémů významně usnadněny.

Je systém s plně integrovanými bezpečnostními funkcemi vždy nejlepším řešením?

Z uvedeného výčtu předností by se mohlo zdát, že nejvýhodnější jsou systémy s plně integrovanými bezpečnostními funkcemi. Ale není tomu tak vždy a všude.

U jednodušších strojů je stále nejlevnější a plně vyhovující systém s vyhrazenými bezpečnostními prvky a bezpečnostními relé. Vyšší náklady na instalaci kabeláže se nevyrovnají s vyšší cenou prvků s integrovanou bezpečností a ani další jejich přednosti u těchto zařízení nevyniknou.

Obr. 3.

Obr. 3. Měnič frekvence Kinetix 7000 s integrovanými bezpečnostními funkcemi Guard Motion

Stojí-li konstruktér před úkolem modernizovat starší stroj nebo výrobní linku, obvykle se také nerozhodne pro systém s plně integrovanou bezpečností. Zde se většinou vyplatí použít vyhrazené bezpečnostní PLC.

Výhody systémů s plně integrovanými bezpečnostními funkcemi se projeví především u větších a složitějších projektů, u nichž se již od počátku počítá s jejich použitím. Zde může být dosaženo významných úspor jak při uvádění do provozu, tak při vlastním provozu.

Sortiment společnosti Rockwell Automation

Společnost Rockwell Automation je jedna z mála světových firem, které mají ve své nabídce ucelený sortiment prvků pro všechna naznačená řešení. Guard PLC (obr. 1) je bezpečnostní PLC, nově také, ve verzích Guard PLC 1600 a Guard PLC 1800, s možností komunikovat prostřednictvím komunikačních systémů Devicenet Safety a Ethernet/IP i s účastníky mimo bezpečnostní systém. To významně ulehčí implementaci bezpečnostních funkcí těm technikům, kteří pracují s běžnými programovatelnými automaty, v sortimentu společnosti Rockwell Automation zastoupenými řadami Micro Logix, SLC 500, PLC-5 a Compact Logix. K dispozici jsou i moduly bezpečnostních I/O (8DI/8DO, 16DI/8DO, osm analogových bezpečnostních vstupů/čtyři standardní výstupy a modul reléových výstupů).

Obr. 4.

Obr. 4. Vybavovací tlačítka mohou dovolit stroji pohyb bezpečnou rychlostí, např. při testování a odlaďování programů, nebo jej zastavit, popř. i nouzově zastavit

Programovatelný automat Guard Logix v sobě integruje řídicí i bezpečnostní funkce. Má dvouprocesorovou architekturu (1oo2) a lze jej použít do úrovně bezpečnosti SIL 3. Je založen na stejné hardwarové platformě jako všechny automaty řady Logix. Lze pro něj použít stejné I/O moduly, komunikační prvky i programovací a vývojový software (RS Logix 5000) jako pro ostatní PLC této řady. Pro bezpečnostní I/O jsou k dispozici speciální moduly Devicenet Safety I/O (obr. 2).

Novinkami jsou pohony s integrovanými bezpečnostními funkcemi: servopohony Kinetix 6000 a 7000 (viz Automa 6/2006; obr. 3) nebo moduly Drive Guard, určené pro použití s měniči frekvence Power Flex (Automa č. 7/2006).

Sortiment doplňuje široká nabídka bezpečnostních relé, světelných závor, laserových skenerů, spínacích rohoží, zámků, dveřních a polohových spínačů, vybavovacích tlačítek (obr. 4) a tlačítek nouzového zastavení, signálních světel a sloupků. Bližší informace lze získat na adrese www.ab.com/safety nebo u českého zastoupení společnosti Rockwell Automation.
(Podle materiálů Rockwell Automation.)

(Bk)