2 0 1 9 / 4M A G Y A R

a u t o m a t i z á l á s

Egyszerű, rugalmas és költséghaté-kony gépbiztonsági megoldás

Kötegelt fa munkadarabok továbbításának felügyelete Beckhoff TwinSAFE SC be/kimeneti terminálok és analóg érzékelők segítségével.

A németországi Lübbecke-i székhelyű IMA Klessmann GmbH nemzetközi szinten meghatározó szerepet tölt be famegmun-káló és egyedi bútorgyártásban használt gépek előállításában. A cég 2017-ben kor-szerűsítette Franciaország egyik legna-gyobb konyhabútorgyártó vállalata, a Thônes-ban működő Fournier SA üzemé-nek fa munkadarabok többsávos továbbí-tására szolgáló rendszerét. A gyártási fo-lyamatot analóg érzékelőkkel, valamint a Beckhoff TwinSAFE  SC (egycsatornás TwinSAFE) biztonsági technológiájának felhasználásával rendkívül egyszerűen, ru-galmasan és költséghatékonyan megvaló-sított, megbízható felügyeleti rendszerrel bővítették, amely megakadályozza az ille-téktelen személyek munkaterületre való belépését. (1. ábra)

A gyártóüzem raktárából kihozzák a konyhabútorok tábla alakú munkadarab-jait, majd feldolgozási lista szerint két szor-

tírozó állomáson raklapokra helyezik. Az összeállított kötegeket ezután a megfe-lelő szállítóberendezések az előkészítő te-rületekről a feldolgozó gépekhez továbbít-ják. Az egymásra helyezett táblák szétbontását követően a gépek pontosan egy adott konyhaszekrény leghatékonyabb összeállításához szükséges sorrendben kap-ják meg a szükséges elemeket. A működé-se okán munkabiztonsági kockázatot jelen-tő két szortírozó állomás hat-hat kimeneti ponton adja ki a kötegelt munkadarabokat.Michael Gube, az IMA szoftverfejlesztője és a projekt beindításának felelőse elmon-dása szerint ilyen környezetben kifejezett követelmény, hogy ember soha ne tudjon belépni a veszélyes területre. A fokozott veszély abból fakad, hogy a területen lévő továbbító szerkezetek rendkívül dinamiku-sak és nagy tömegeket mozgatnak. Ilyen

viszonyok mellett a beléptetést általában biztonsági fénysorompókkal, illetve a véde-lem némításával (muting) oldják meg. A vállalat azonban úgy látta, hogy ezek a módszerek adott esetben nem elégségesek. Szerkezeti okokból a fénysorompókat csak közvetlenül a veszélyes terület előtt lehetett volna elhelyezni. Az illetéktelen belépést a fénysorompók ugyan megbízhatóan észlel-ték volna, de még az összes fékező rámpa beiktatásával sem maradt volna elég idő a veszélyes anyagmozgások kellően gyors megállítására. Egyéb megoldás – például biztonsági szervizfékek alkalmazása – rend-kívüli módon megterhelné a mechanikai rendszert, és hosszú távon ez is biztonsági kockázattá válna, továbbá a folyamat meg-bízhatóságát is veszélyeztetné.

A megoldás: kétlépcsős biztonsági elvAz egyik követelmény tehát az volt, hogy egy második biztonsági eszköz garantálja a dolgozók és a folyamat biztonságát: ha va-laki megpróbál engedély nélkül belépni az összeválogató területre, két érzékelőponton

1. ábra Fournier konyhaszekrényeinek gyártása során két darab, egyenként hat görgőt tar-talmazó továbbítópálya mozgatja a fa munkadarabok kötegeit

2. ábra A biztonsági bővítményt – egy CX9020 típusú beágyazott PC-vel megva-lósított alrendszert – könnyű volt utólag beépíteni és optimálisan integrálni a teljes gyártóüzem vezérlési rendszerébe, amely a Beckhoff PC-alapú vezérlésén alapul

2 0 1 9 / 4M A G Y A R

a u t o m a t i z á l á s

kell áthaladnia, és amint az elsőt átlépi, a munkatér biztonságos csökkentett sebesség-re (Safely Limited Speed – SLS) vált át. Ami-kor az illető megközelíti a második érzéke-lési pontot, a mérsékelt sebességű gép teljesen leáll.

Az első ellenőrzőpont három szokványos áthaladásérzékelőből áll. Mindig biztonsá-gi kockázatot jelent, ha nincs táblacsomag a munkaterületen – vagy ha van, de nem mozog. Ilyen helyzetben a belépéssel járó veszélyt a következő módon lehet megbíz-hatóan kiküszöbölni: amint egy táblacso-mag az áthaladásérzékelőkhöz ér és ott megáll, a szenzorok megmérik a csomag jelenlegi magasságát, majd eltárolják ezt az értéket. Ha a csomag teljesen elhagyja a területet, a magasság mért értéke nullázó-dik. A három érzékelő által mozgásmentes időszakban felvett érték a biztonsági vezér-lőbe jut, amely folyamatosan összehason-lítja az áthaladásérzékelők pillanatnyi in-formációit. Ha valaki megpróbál bejutni az éppen üres területre vagy átmászni egy álló táblacsomagon, akkor legalább az egyik érzékelő pillanatnyi értéke el fog térni az előzőleg eltároltaktól. Ennek hatására a szállító mechanizmus azonnal biztonságos csökkentett sebességre (SLS) vált át.

Ha valakinek mégis sikerült átjutnia az első biztonsági védelmen, akkor még egy másodikkal is „meg kell birkóznia”: köz-vetlenül a szortírozó terület elé helyezett biztonsági fénysorompókkal. Amennyiben ezek belépést érzékelnek, teljesen leállítják az előzőleg már biztonságosra csökkentett sebességű tengelyeket. (4. és 5. ábra)

Jelentős költségmegtakarítás analóg adatfeldolgozássalMichael Gube szerint a hatékony bizton-sági megoldás kidolgozását az EL6910 tí-

pusú TwinSAFE Logic terminál analóg jelfeldolgozási képessége tette lehetővé: „Korábban – annak ellenére, hogy a görgős szállítópályákat úgy alakítottuk ki, hogy ne lehessen megközelíteni őket – ez a gép nem volt biztonságos. Egyes esetekben – példá-ul amikor csak a táblacsomagok alatti rak-lapot továbbítottuk – mégis be lehetett jutni. A védelmet szolgáló fénysorompók túl közel voltak a mozgató mechanizmus-hoz, ezért közvetlen veszély esetén nem lehetett a gépeket elég gyorsan leállítani. Az első ötleteink – például biztonsági ajtók vagy radaros letapogatók alkalmazása – je-lentős költséggel és mechanikai átalakítás-sal jártak volna. A TwinSAFE SC és az áthaladásérzékelők nyújtotta alternatíva sokkal egyszerűbb, rugalmasabb és költ-séghatékonyabb megoldást tett lehetővé.

Biztonsági funkcióblokkok dolgozzák fel az analóg érzékelők jeleitAmint Michael Gube kifejtette, az áthaladásérzékelők analóg jeleire épülő biz-tonsági funkciók igen könnyen megvalósít-hatók a TwinCAT 3 automatizálási szoftver megfelelő biztonsági funkcióblokkjaival, amelyek további nagy előnye, hogy rendkí-vül rugalmasan skálázhatók. Nem jelent problémát a rendszer komplexitása sem. Két azonos felépítésű és azonos szoftvert futta-tó gépből áll: mindkettő egy Beckhoff CX9020 típusú beágyazott PC-t, egy EL6910 típusú TwinSAFE Logic terminált és hat EL3124-0090 típusú TwinSAFE SC analóg bemeneti terminált tartalmaz (görgős to-vábbító pályánként egyet). Bettina Keller, a Beckhoff applikációs és műszaki támogatá-si területének munkatársa kifejtette: „Ezen-felül mindegyik gép négy darab EL1904 típusú TwinSAFE digitális bemeneti termi-nálon keresztül nyugtázza a biztonsági je-

leket, a védőkapcsolókat pedig egy kétcsa-tornás letiltó bemeneten és egy EL2904 típusú TwinSAFE digitális kimeneti termi-nálon keresztül vezérli. Minden szükséges funkció – például a letiltás maximálisan megengedett időtartama – könnyedén be-állítható a TwinCAT automatizálási szoftver TwinSAFE funkcióblokkjaival.” Ezt Micha-el Gube is megerősítette: „A biztonsági funkcióblokkokkal egyszerűen és gyorsan megvalósíthatók a legkülönfélébb védelmi funkciók. Külön előny, hogy ezekhez tet-szőleges jelek – még a bonyolultabb analóg bemeneti jelek – is felhasználhatók.” (2. és 3. ábra)

Bettina Keller ismertette, hogy milyen építőelemekkel valósították meg ezeket a biztonsági funkciókat. „A megoldás lelke az EL6910 típusú, kibővített biztonsági funkciókkal rendelkező TwinSAFE Logic terminál, amely az EL6900 biztonsági funkcióblokkjain felül minősített bizton-sági funkcióblokkokkal támogatja többek között az analóg jelek feldolgozását. Emellett összetettebb műveletekre is képes, tartalmaz számlálókat, határértékeket ke-

3. ábra A görgős továbbítópályákra felszerelt, fényponttal jelzett három áthaladásérzékelő figyeli a munkadarabkö-tegek magasságát

4. ábra Pierre Favre (bal oldalt), a Fournier projektmenedzsere és Michael Gube (jobb oldalt), az IMA Klessmann szoftverfejlesztője, aki a projekt üzembe helyezési vezetője

5. ábra A 36 darab áthaladásérzékelő analóg jelei a TwinSAFE SC terminálokba futnak be

2 0 1 9 / 4M A G Y A R

a u t o m a t i z á l á s

Alkalmazási példa TwinSAFE SC használatával megvalósított biztonságos hőmérséklet-figyelésre (PL d 3-as kategória): az elrendezésben két, hőérzékelővel felszerelt mérőpont található. Az egyik egy szokványos EL3312 EtherCAT terminálhoz csatlakozó, K típusú hőelemmel mér, a másik pedig egy EL3214-0090 típusú TwinSAFE-SC-EtherCAT terminálhoz csatlakozó PT1000 hőellenállással. Az EL6910 típusú biztonságos TwinSAFE Logic terminálon futó „Compare” funkcióblokk a két jelet összehasonlítja és ellenőrzi a megbízhatóságukat. Ezután a jelet a határérték-kezelő (Limit) funkcióblokk ellenőrzi. Ez utóbbi eredménye és az összehasonlító (Compare) blokk „IsValid” kimenete alapján a „Mon” funkcióblokk kikapcsolja a K1 és a K2 védőkapcsolót. Az áttekinthetőség érdekében az ábrán nem tüntettük fel a védőkapcsolók vezérlését, de a valóságban ezekre is tekintettel kell lenni.

Alkalmazási példa TwinSAFE SC használatával megvalósított biztonságos szintmérésre (PL d 3-as kategória). Az ábra egy konténeren belüli TwinSAFE SC technológiával végzett szintmérés megvalósítását szemlélteti, két különböző mérési módszerrel. Az egyik egy 0…10 V jelszintű csatolón keresztül egy EP3174-0092 típusú TwinSAFE SC EtherCAT Box-modulhoz csatlakoztatott ultrahangos érzé-kelőre épül, a másik pedig egy szokványos EL3142 típusú EtherCAT terminálhoz csatlakoztatott 4…20 mA jelszintű szintérzékelőre. A két jel összehasonlítását vagy megbízhatóságuk ellenőrzését az EL6910 típusú biztonságos TwinSAFE Logic terminálon futó össze-hasonlító (Compare) funkcióblokk végzi. Az EP3174-0092 EtherCAT Box-modul jelét előbb a skálázó (Scale) funkcióblokk úgy módo-sítja, hogy a két jel azonos értéktartományba essen. Ezután a jelet a határérték-kezelő (Limit) funkcióblokk ellenőrzi. Ez utóbbi ered-ménye és a „Compare” funkcióblokk „IsValid” kimenete alapján a „Mon” funkcióblokk kikapcsolja a K1 és a K2 védőkapcsolót. Ezenfelül a „Scale” funkcióblokk „StuckAtError” kimenete egy „Mon” bemenetre csatlakoztatható, így egy nemkívánatos lefagyást is észlelni lehet. Az áttekinthetőség érdekében az ábrán nem tüntettük fel a védőkapcsolók vezérlését, de a valóságban ezekre is tekintettel kell lenni.

Alkalmazási példa biztonságos hőmérséklet-figyelésre

Alkalmazási példa biztonságos szintmérésre

2 0 1 9 / 4M A G Y A R

a u t o m a t i z á l á s

zel, és összehasonlítást is tud végezni. Ezenfelül az EL 6910 támogatja a TwinSAFE SC technológiát is; csak ezzel a rendszerrel lehet biztonságosan eljuttat-ni az adatokat a szokványos EtherCAT be/kimeneti eszközök TwinSAFE SC bővít-ményén keresztül az EL6910 terminálra. Ez a megoldás lehetővé teszi analóg adatok elemzését, megbízhatóságuk ellenőrzését és a logikai egységekkel való kiértékelését, bár biztonsági okokból legalább az egyik adatforrásnak egy TwinSAFE SC eszköz-nek kell lennie.”

Igény szerint skálázható, mégis integrált megoldás Az új biztonsági megoldás kialakítása so-rán a legnagyobb előnyt a Beckhoff ská-lázható PC-alapú automatizálási techno-lógiája jelentette. Mint Michael Gube rávilágított: „A teljes gyártóüzemet a TwinCAT 2 szoftver vezérli. Az analóg érzékelőket azonban csak a TwinCAT 3 szoftverrel tudjuk közvetlenül az EL6910 típusú TwinSAFE SC Logic terminálhoz csatlakoztatni. Mivel a Beckhoff modulá-ris vezérlési technológiája egy adott alkal-mazás igényei szerint skálázható, a prob-lémát úg y tudtuk eg yszerűen és költséghatékonyan megoldani, hogy az új biztonsági funkciókhoz létrehoztunk egy alrendszert, amely egy TwinCAT 3-at fut-tató, CX9020 típusú beágyazott PC-ből, valamint a TwinSAFE és TwinSAFE SC terminálból áll.”

Ez a megoldás más szempontból is rend-kívül rugalmasnak bizonyult Michael Gube

számára: „A vonatkozó biztonsági előírá-sok értelmében a veszélyes terület teljes szélességét figyelni kell 250 mm-es szaka-szonként, ezért a 700 mm széles görgős tov ábbí tóp á ly á k me nté n három áthaladásérzékelőt telepítettünk. Ha esetleg a jövőben nagyobb munkadarabok továb-bításához szükségessé válnának a szélesebb pályák, akkor csak az érzékelők számát kell majd arányosan növelni. A biztonsági funkciók ezután minimális befektetéssel a TwinCAT 3 szoftveren keresztül konfigu-rálhatók.” (6. ábra)

A terminálon futó TwinSAFE  Logic elemzi a különféle forrásokból érkező ada-tokat, ellenőrzi megbízhatóságukat és ki-értékeli őket. Erre a célra minősített funk-cióblokkok – többek között skálázó, összehasonlításos elven („1 a 2-ből”, 2 a 3-ból”, „3 az 5-ből, stb.) döntő és határér-ték-kezelő blokkok – szolgálnak. Bizton-sági okokból legalább egy adatforrásnak TwinSAFE SC terminálnak kell lennie, míg a többi adatot szolgáltathatják szokványos be/kimeneti terminálok, hajtásvezérlők vagy jeladók. Ezzel a megközelítéssel a biz-tonságtechnikába beépíthető egy rendszer összes folyamatadata. A TwinSAFE  SC technológia tehát teljesen új lehetőségeket tár fel a Beckhoff rendszerek terén, és se-gítségével az összes biztonsági feladat egy-szerűen, hatékonyan és olcsón beépíthető a meglévő infrastruktúrákba.

A TwinSAFE SC technológia használa-tával általában az EN ISO 13849-1 szerin-ti PL  d/Cat  3-nak megfelelő vagy az EN 62061 szerinti SIL 2 biztonsági szint

érhető el. Erre a célra jelenleg az alábbi analóg bemeneti, helyzetmérési (szög/el-mozdulás) és kommunikációs TwinSAFE-SC-EtherCAT terminálok érhetőek el:•  EL3124-0090: négycsatornás, 4...20 mA

jelszintű analóg bemeneti terminál, szimmetrikus bemenettel, 16 bites;

•  EL3214-0090: négycsatornás PT100 (RTD) analóg bemeneti terminál, háromeres csatlakoztatással;

•  EL3314-0090: négycsatornás analóg be-meneti terminál hőelemekhez, szakadás-érzékeléssel;

•  EL5021-0090: egycsatornás sin/cos enkóderinterfész, 1 Vpp;

•  EL5101-0090: inkrementális enkó-derinterfész

•  EL6224-0090: IO-Link terminál.

A fentieken kívül a Beckhoff kínálatában szerepel az EP3174-0092 t ípusú EtherCAT Box-modul is; ez a négycsator-nás, ±10 V vagy 0/4…20 mA jelszintű, szimmetrikus analóg bemenetekkel ren-delkező, IP 67 védettségű egység decent-ralizáltan, közvetlenül gépre szerelhető.

BECKHOFF Automation Kft.1097 Budapest, Gubacsi út 6.

Tel.: + 36 1 501 9940E-mail: info@beckhoff.hu

www.beckhoff.hu

A TwinSAFE  SC (eg ycsatornás TwinSAFE) technológia segítségével bár-mely hálózat vagy terepi busz hagyomá-nyos jele felhasználható biztonsági felada-tok teljesítéséhez. Ehhez a TwinSAFE SC funkcióval felvértezett EtherCAT termi-nálok adatait be kell táplálni az EL6910 típusú TwinSAFE SC Logic terminálba, amely több csatornán dolgozza fel a biz-tonsággal kapcsolatos jeleket.

Hagyományos jelek integrálása a biztonságtechnikába TwinSAFE SC segítségével

A TwinSAFE SC termináloknak köszönhetően az EL6910 típusú

TwinSAFE Logic terminál a biztonsági feladatokhoz kapcsolódó általános

jeleket is ki tudja értékelni