Od bezpieczeństwa statycznego do dynamicznego

Ze względu na stale rosnącą wydajność produkcji musi istnieć możliwość utrzymania ciągłości pracy w zdefiniowanych strefach ochronnych bez zatrzymywania całego procesu produkcyjnego. Dzieje się tak, ponieważ "twarde" wyłączenie instalacji wiąże się najczęściej z dodatkowymi utrudnieniami, takimi jak spadek wydajności instalacji, wydłużone czasy zatrzymania maszyn na skutek wysokonakładowych procedur ponownego uruchomienia lub inne ograniczenia wynikające z przyjętej koncepcji obsługi i konserwacji maszyny.

Przemysł wytwórczy charakteryzuje się stale rosnącym stopniem automatyzacji oraz sprzężeniem ze sobą instalacji i procesów. Bezpieczeństwa nie można rozpatrywać jako osobnego procesu, bo tylko w nielicznych przypadkach dotyczy ono pojedynczych obszarów lub komponentów. Bezpieczeństwo jest ważnym elementem składowym całościowego funkcjonowania i ogólnej oceny kosztów instalacji.

Mając na uwadze wszystkie te wymagania. powstaje potrzeba zastosowania dynamicznego systemu bezpieczeństwa, a więc elastycznego dopasowania funkcji bezpieczeństwa do zmieniających się wymagań dotyczących ochrony ludzi i procesu. Tym samym zmienia się także sposób patrzenia na bezpieczeństwo. Nie jest ono widziane już tylko jako produkt, lecz bardziej jako funkcja wykraczająca poza urządzenie.

NORMY I DYREKTYWY BAZĄ DLA ROZWIĄZAŃ

Bazę dla rozwiązań w zakresie bezpieczeństwa technicznego stanowią obowiązujące dyrektywy oraz zharmonizowane z nimi normy. W obrębie Unii Europejskiej, a w zasadzie Europejskiego Obszaru Gospodarczego, wykładnią jest Dyrektywa Maszynowa 2006/42/WE, której założenia muszą spełniać systemy bezpieczeństwa funkcjonalnego maszyn i instalacji.

Duże znaczenie mają również normy, takie jak np. PN-EN 62061 (Bezpieczeństwo maszyn - Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych, elektronicznych i elektronicznych programowalnych systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem) oraz PN-EN ISO 13849-1 (Bezpieczeństwo Maszyn - Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem), która pozwala na dokładną orientację w sposobie realizacji zadań bezpieczeństwa i jest tym samym ważnym elementem, który pozwala na implementację bezpieczeństwa dynamicznego.

POZIOM WYMAGAŃ BEZPIECZEŃSTWA TECHNICZNEGO

Dokładna znajomość tego, co jest prawnie dozwolone i technicznie możliwe, jest podstawą do kształtowania techniki bezpieczeństwa, która będzie oferować możliwie duży potencjał dla wydajnej eksploatacji maszyn. W ramach wytycznych zawartych w nowych normach PN-EN 13849-1 i PN-EN 62061 obowiązuje zasada, że urządzenia bezpieczeństwa technicznego w całym łańcuchu procesu, począwszy od czujników, przez elementy sterowania aż do elementów wykonawczych, trzeba obserwować i analizować matematycznie wraz z ich indywidualnymi parametrami. Wymaga to między wykonania kompleksowych obliczeń matematycznych, a także zachowania odpowiednich struktur dla poszczególnych funkcji bezpieczeństwa, które zapewnią, że system bezpieczeństwa będzie odpowiednio reagował na pojawiające się problemy.

CZUJNIKI DLA SYGNAŁÓW WIELOPOZIOMOWYCH

Wiele czujników bezpieczeństwa pracuje wg ścisłego modelu binarnego: drzwi ochronne są otwierane, czujnik rozpoznaje ten fakt i generuje sygnał wyłączenia dla bezpiecznego układu sterowania maszyny. Dla dynamicznych koncepcji bezpieczeństwa czujniki muszą być w stanie wyraźnie rozpoznawać zdarzenia wielopoziomowo.

Muszą one potrafić rozróżnić, czy w potencjalnym zasięgu niebezpiecznego ruchu maszyny (strefa ostrzegawcza) przebywa człowiek lub czy wszedł on już w strefę o podwyższonych wymaganiach bezpieczeństwa (strefa ochronna). Strefy te muszą się dawać dynamicznie dopasowywać i dostosować do ruchów maszyny lub robota.

Nowe systemy czujników opierające się na kamerach 3D, takie jak np. system SafetyEye, są w stanie trójwymiarowo monitorować pola i strefy ochronne. Systemy te łączą się za pomocą bezpiecznych kanałów komunikacyjnych z jednostką analizującą i zapewniają optymalną wydajność obszaru. Aktualnie stosowane systemy czujników elektronicznych są znacznie wydajniejsze i udostępniają znacznie więcej informacji niż czysty sygnał binarny. Ilość informacji i jej jakość stanowi podstawowy warunek dynamicznego kształtowania funkcji bezpieczeństwa.

STANDARDOWE STEROWANIE I REALIZACJA FUNKCJI BEZPIECZEŃSTWA

Do realizacji funkcji bezpieczeństwa aktualnie stosowane są sterowniki bezpieczeństwa, w których dana funkcja konfigurowana jest z poziomu oprogramowania. W porównaniu do przekaźników bezpieczeństwa ze stałym zakresem funkcji oferują one znacznie większą elastyczność i więcej możliwości.

Technika bezpieczeństwa wymaga, aby w obrębie całego łańcucha procesu, poszczególne elementy tworzyły coraz więcej relacji. Sterowniki bezpieczeństwa muszą zatem rejestrować, przetwarzać i przesyłać bardziej kompleksowe zmierzone wartości, np. zadaną prędkość obrotową. Dotyczy to nie tylko zastosowanych czujników czy elementów wykonawczych, ale także przede wszystkim stawia to nowe wymagania przetwarzającym funkcjom logicznym.

Bezpieczna technika sterowania zmieniła zasadniczo świat automatyzacji. Jest ona dzisiaj ważnym warunkiem nie tylko bezpieczeństwa maszyn, ale także ich dostępności i wydajności. Podczas gdy do tej pory rozwój sterowników programowalnych i sterowników bezpieczeństwa następował osobno, dzisiejszy trend rynkowy idzie w tym kierunku, aby obydwa obszary - bezpieczeństwo i sterowanie standardowe - połączyć w jednym sterowniku. System PSS 4000 firmy Pilz pozwala tworzyć rozwiązania automatyzacyjne, które realizują w tym samym stopniu zadania sterowania standardowego oraz zadania bezpieczeństwa i są łatwe w obsłudze.

CAŁOŚCIOWE POSTRZEGANIE SYSTEMU MA ZALETY

Z połączenia wiedzy na temat norm, produktów i aplikacji powstają rozwiązania systemowe dla bezpiecznej automatyzacji, w których poszczególne funkcje są tak ze sobą skorelowane, aby poszczególne funkcje częściowe oddziaływały między sobą. System PSS 4000 jest przykładem tego, że granice między funkcjami bezpieczeństwa a funkcjami sterowania standardowego w coraz większym stopniu się zacierają.

Bezpieczeństwo staje się w coraz większym stopniu integralną częścią procesu związanego z funkcjonowaniem maszyn i musi być uwzględniane już na etapie ich projektowania. Ponieważ bezpieczna technika sterowania nie oznacza nic innego niż uczynienie bezpieczną samej funkcji sterowania.

PODSUMOWANIE

Wymagania stawiane technice bezpieczeństwa spowodowały przemianę strukturalną: procesy stają się bardziej dynamiczne, wzrasta zapotrzebowanie na kontrolowane ingerencje w proces produkcyjny, jak również rosną wymagania stawiane wydajności, co w efekcie sukcesywnie zmienia technikę bezpieczeństwa.

Dotychczasowa strategia bezpiecznego wyłączenia układu bezpieczeństwa na żądanie lub na skutek wystąpienia błędu będzie w przyszłości coraz rzadziej akceptowana. Ostatnim etapem staje się utworzenie jednolitego systemu czujników, sterowania i elementów wykonawczych, który pozwala na większą swobodę planowania przebiegu procesów oraz obszarów interaktywnej pracy człowieka i zapewnia bezpieczeństwo osób obsługujących maszyny w każdym momencie, trybie pracy i w całym cyklu użytkowania maszyny.

Pilz