Защитные датчики. Безопасность и непрерывная работа производства

Количество задач функциональной безопасности автоматизированных процессов растет с каждым днем, что требует еще больше внимания инженеров и проектировщиков систем автоматизации. На помощь специалистам приходят обновленные стандарты и  технологии безопасности, например, бесконтактные датчики безопасности PSRswitch (Рисунок 1).

Рисунок 1. Датчик безопасности PSRswitch на защитном ограждении

Датчики безопасности используются в машиностроении, на конвейерных и сборочных производствах легкой и тяжелой промышленности для предотвращения получения травм персоналом и защиты оборудования от несанкционированного доступа. В свою очередь, для всего разнообразия датчиков безопасности созданы гармонизированные стандарты, которые предлагают определенный подход к выбору, установке, настройке и эксплуатации соответствующих устройств защиты. Все перечисленные требования к датчикам безопасности детально описаны в международных стандартах типа B2. Стандарты этого типа определяют требования к оборудованию безопасности или описывают специальные требования безопасности для различных категорий производственного оборудования. Применение этих стандартов позволяет привести оборудование к требованиям технических регламентов безопасности машин и оборудования (ТР ТС 010/2011) при условии, что стандарт типа С или оценка риска подтверждают достаточность принятых мер безопасности стандартов типа В. Таблица 1 содержит неполный список применимых стандартов типа B для датчиков безопасности, которые могут быть полезными при реализации систем безопасности.

Стандартизированный подход к требованиям интерфейса

Как упоминалось ранее, стандарты охватывают множество требований к датчикам безопасности, включая принципы работы, электротехнические параметры, требования к проектированию для предотвращения внешнего воздействия и манипуляций. Несмотря на это, стандарты не содержат требований к параметрам интерфейса между датчиком и логическим устройством, например реле или контроллеру безопасности. С другой стороны, стандарт ГОСТ ISO 13849-1 имеет определенные требования к функционалу динамических тестовых импульсов для достижения необходимого уровня диагностического охвата. Реализация этих требований на практике может привести к проблемам совместимости датчиков и логических устройств безопасности. В свою очередь, эта несовместимость может привести к проблемам эксплуатации и снизить надежность функции безопасности даже после завершения проверки надежности системы безопасности.

В публикации Немецкой Ассоциации Производителей Электротехники и Электроники (ZVEI) «Классификация бинарных интерфейсов 24В – Аспекты функциональной безопасности с динамическим тестированием»² заявлено, что несовместимость оборудования является одной из самых важных задач, которую сегодня необходимо решать инженерам и проектировщикам АСУТП. Данная публикация немецких коллег направлена на стандартизацию электротехнических параметров интерфейса и позволяет облегчить реализацию автоматизированных систем безопасности.  Если говорить подробнее, этот документ описывает четыре различных типа интерфейса и рекомендует производителям устройств безопасности классифицировать и публиковать параметры интерфейса в документации к собственной продукции.

Растущая необходимость в надежных технологиях безопасности

Как мы видим, количество нюансов и требований стандартов безопасности непрерывно растет, что вызывает необходимость в датчиках безопасности, которые используют самые современные технологии. Хорошим примером таких технологий является технология RFID, которая уходит корнями в оборонную промышленность. Маломощный передатчик (датчик) передает электромагнитный сигнал к приемнику (исполняющему устройству) с закодированным чипом RFID. После установки датчика код чипа RFID программируется путем привязки исполняющего устройства. Если датчик узнает код, выходные сигналы безопасности датчика активируются, и оператор может приступить к работе с установкой. Использование данных бесконтактных технологий особенно эффективно в установках, подверженных вибрации, т.к. не используется традиционный язычковый механизм. Кроме того, система кодирования и принцип работы датчика позволяет значительно снизить вероятность манипуляций и обхода защиты, например, в случае с поднесенным магнитом для имитации закрытия ограждения.

Другой крайне полезной технологией для реализации датчиков безопасности являются микропроцессоры. Современные микропроцессорные технологии требуют все меньше пространства, и становится легче внедрить 32-битную вычислительную мощность в сверхкомпактный корпус датчика безопасности. Кроме выходных сигналов безопасности для обнаружения неисправностей, современные датчики поддерживают сигналы безопасности ввода при последовательном подключении устройств защиты. Эта особенность, позволяет передать функционал устройства ввода/вывода от шкафа управления к полевому устройству и, как следствие, уменьшается требуемый объем пространства для контроллера безопасности за счет использования компактного датчика безопасности (Рисунок 2).

Рисунок 2. Функциональный и компактный датчик PSRswitch с применением современных технологий

Безопасность и дополнительные возможности с IO-Link

Миграция функционала от верхнего уровня на уровень датчика безопасности не ограничивается исключительно преимуществами для реализации концепции функциональной безопасности. Становится ясно, что данные, собранные на уровне датчика, могут быть полезны и при реализации концепта цифрового производства. Путем реализации канала связи между микропроцессорным датчиком и верхним уровнем стандартные пакеты данных могут передаваться к соответствующему шлюзу или логической системе. В свою очередь, появляется возможность автоматического сбора всех событий системы безопасности в процессе эксплуатации производственного оборудования. Последующая обработка и хранение полученной информации позволяет сократить и предотвратить нежелательные простои оборудования.

Описанные возможности легко реализуются на современных реле безопасности. Долгое  время функционал обычного реле безопасности был ограничен отключением опасных механизмов. Дополнительные функции, такие как  интеллектуальная диагностика системы безопасности, встречались достаточно редко и только в технологичном оборудовании. Совсем недавно компания Phoenix Contact разработала компактное реле безопасности PSR-MC42 с поддержкой интерфейса IO-Link в корпусе 17.5 мм. Это реле безопасности поддерживает работу с RFID кодированными датчиками безопасности PSRswitch и позволяет контролировать каждое защитное ограждение через собственный протокол и коммуникацию с интерфейсом IO-Link. Например, становится возможным получать детальные данные диагностики каждого ограждения: «Дверь открыта», «Ожидание сброса», «Ошибка I/O», и др.

Реле безопасности PSR-MC42 поддерживает до 30 последовательно подключенных датчиков PSRswitch и обеспечивает диагностику всего контура безопасности с наивысшим уровнем безопасности (PL e). В свою очередь, использование IO-Link мастера позволяет управлять приводом производственного оборудования под контролем реле безопасности за счет двух  независимых контуров PSR-MC42, один из которых может быть использован для группы датчиков защитных ограждений, а другой, например, для аварийного останова нагрузки до 6А (Рисунок 3).

Рисунок 3. Схема реле безопасности с интерфейсом IO-Link и датчиков PSRswitch

Заключение

Датчик безопасности PSRswitch от Phoenix Contact отвечает всем требованиям современных стандартов и технических регламентов безопасности машин и оборудования. Кроме того, реализация датчиков безопасности PSRswitch в паре с реле безопасности PSR-MC42 позволяет сократить и предотвратить нежелательные простои оборудования за счет функциональных возможностей интерфейса IO-Link без снижения общей безопасности производственного оборудования.

Дополнительная информация:

https://www.phoenixcontact.com/online/portal/ru?1dmy&urile=wcm%3apath%3a/ruru/web/main/products/subcategory_pages/Safety_products_P-05/f942ec72-2553-44c4-94b5-0ca201830292

Источники:

1. https://docs.eaeunion.org/docs/ru-ru/0147771/clcd_20052015_55

2. https://www.zvei.org/en/press-media/publications/classification-of-binar...