magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

bechoff lidKötegelt 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 famegmunkáló és egyedi bútorgyártásban használt gépek előállításában. A cég 2017-ben korszerűsítette Franciaország egyik legnagyobb konyhabútorgyártó vállalata, a Thônes-ban működő Fournier SA üzemének fa munkadarabok többsávos továbbítására szolgáló rendszerét. A gyártási folyamatot analóg érzékelőkkel, valamint a Beckhoff TwinSAFE SC (egycsatornás TwinSAFE) biztonsági technológiájának felhasználásával rendkívül egyszerűen, rugalmasan és költséghatékonyan megvalósított, megbízható felügyeleti rendszerrel bővítették, amely megakadályozza az illetéktelen személyek munkaterületre való belépését. (1. ábra)

 

beckhoff 1

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


A gyártóüzem raktárából kihozzák a konyhabútorok tábla alakú munkadarabjait, majd feldolgozási lista szerint két szortírozó állomáson raklapokra helyezik.
Az összeállított kötegeket ezután a megfelelő szállítóberendezések az előkészítő területekről a feldolgozó gépekhez továbbítják. Az egymásra helyezett táblák szétbontását követően a gépek pontosan egy adott konyhaszekrény leghatékonyabb összeállításához szükséges sorrendben kapják meg a szükséges elemeket. A működése okán munkabiztonsági kockázatot jelentő két szortírozó állomás hat-hat kimeneti ponton adja ki a kötegelt munkadarabokat.

 

beckhoff 2

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


Michael Gube, az IMA szoftverfejlesztője és a projekt beindításának felelőse elmondása 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 dinamikusak és nagy tömegeket mozgatnak. Ilyen viszonyok mellett a beléptetést általában biztonsági fénysorompókkal, illetve a védelem 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 észlelték 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 – rendkívüli módon megterhelné a mechanikai rendszert, és hosszú távon ez is biztonsági kockázattá válna, továbbá a folyamat megbízhatóságát is veszélyeztetné.

 

beckhoff 3

3. ábra  A görgős továbbítópályákra felszerelt, fényponttal jelzett három áthaladásérzékelő figyeli a munkadarabkötegek magasságát

 

A megoldás: kétlépcsős biztonsági elv

Az egyik követelmény tehát az volt, hogy egy második biztonsági eszköz garantálja a dolgozók és a folyamat biztonságát: ha valaki megpróbál engedély nélkül belépni az összeválogató területre, két érzékelőponton kell áthaladnia, és amint az elsőt átlépi, a munkatér biztonságos csökkentett sebességre (Safely Limited Speed – SLS) vált át. Amikor az illető megközelíti a második érzékelési pontot, a mérsékelt sebességű gép teljesen leáll.
Az első ellenőrzőpont három szokványos áthaladásérzékelőből áll. Mindig biztonsági kockázatot jelent, ha nincs táblacsomag a munkaterületen – vagy ha van, de nem mozog. Ilyen helyzetben a belépéssel járó veszélyt a következő módon lehet megbízhatóan kiküszöbölni: amint egy táblacsomag 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 nullázódik. A három érzékelő által mozgásmentes időszakban felvett érték a biztonsági vezérlőbe jut, amely folyamatosan összehasonlítja az áthaladásérzékelők pillanatnyi információit. 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.

 

beckhoff 4

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


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

 

beckhoff 5

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

 

Jelentős költségmegtakarítás analóg adatfeldolgozással

Michael Gube szerint a hatékony biztonsági megoldás kidolgozását az EL6910 típusú 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 – például amikor csak a táblacsomagok alatti raklapot továbbítottuk – mégis be lehetett jutni. A védelmet szolgáló fénysorompók túl közel voltak a mozgató mechanizmushoz, ezért közvetlen veszély esetén nem lehetett a gépeket elég gyorsan leállítani. Az első ötleteink – például biztonsági ajtók vagy radaros letapogatók alkalmazása – jelentős költséggel és mechanikai átalakítással jártak volna. A TwinSAFE SC és az áthaladásérzékelők nyújtotta alternatíva sokkal egyszerűbb, rugalmasabb és költséghatékonyabb megoldást tett lehetővé.

 

Hagyományos jelek integrálása a biztonságtechnikába TwinSAFE SC segítségével

A TwinSAFE SC (egycsatornás TwinSAFE) technológia segítségével bármely hálózat vagy terepi busz hagyományos jele felhasználható biztonsági feladatok teljesítéséhez. Ehhez a TwinSAFE SC funkcióval felvértezett EtherCAT terminálok adatait be kell táplálni az EL6910 típusú TwinSAFE SC Logic terminálba, amely több csatornán dolgozza fel a biztonsággal kapcsolatos jeleket.

keretes beckhoff 3

A TwinSAFE SC termináloknak köszönhetően az EL6910 típusú TwinSAFE Logic terminál a biztonsági feladatokhoz kapcsolódó általános jeleket is ki tudja értékelni

 

 

 

Biztonsági funkcióblokkok dolgozzák fel az analóg érzékelők jeleit

Amint Michael Gube kifejtette, az áthaladásérzékelők analóg jeleire épülő biztonsági funkciók igen könnyen megvalósíthatók a TwinCAT 3 automatizálási szoftver megfelelő biztonsági funkcióblokkjaival, amelyek további nagy előnye, hogy rendkívül rugalmasan skálázhatók. Nem jelent problémát a rendszer komplexitása sem. Két azonos felépítésű és azonos szoftvert futtató 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 továbbító pályánként egyet). Bettina Keller, a Beckhoff applikációs és műszaki támogatási területének munkatársa kifejtette: „Ezenfelül mindegyik gép négy darab EL1904 típusú TwinSAFE digitális bemeneti terminálon keresztül nyugtázza a biztonsági jeleket, a védőkapcsolókat pedig egy kétcsatornás letiltó bemeneten és egy EL2904 típusú TwinSAFE digitális kimeneti terminálon keresztül vezérli. Minden szükséges funkció – például a letiltás maximálisan megengedett időtartama – könnyedén beállítható a TwinCAT automatizálási szoftver TwinSAFE funkcióblokkjaival.” Ezt Michael Gube is megerősítette: „A biztonsági funkcióblokkokkal egyszerűen és gyorsan megvalósíthatók a legkülönfélébb védelmi funkciók. Külön előny, hogy ezekhez tetszőleges 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 biztonsági funkcióblokkokkal támogatja többek között az analóg jelek feldolgozását.
Emellett összetettebb műveletekre is képes, tartalmaz számlálókat, határértékeket kezel, és összehasonlítást is tud végezni. Ezenfelül az EL 6910 támogatja a TwinSAFE SC technológiát is; csak ezzel a rendszerrel lehet biztonságosan eljuttatni az adatokat a szokványos EtherCAT be/kimeneti eszközök TwinSAFE SC bővítményén 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 eszköznek kell lennie.”

 

Igény szerint skálázható, mégis integrált megoldás

Az új biztonsági megoldás kialakítása során a legnagyobb előnyt a Beckhoff skálázható PC-alapú automatizálási technológiája 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 moduláris vezérlési technológiája egy adott alkalmazás igényei szerint skálázható, a problémát úgy tudtuk egyszerűen és költséghatékonyan megoldani, hogy az új biztonsági funkciókhoz létrehoztunk egy alrendszert, amely egy TwinCAT 3-at futtató, CX9020 típusú beágyazott PC-ből, valamint a TwinSAFE és TwinSAFE SC terminálból áll.”
Ez a megoldás más szempontból is rendkívül rugalmasnak bizonyult Michael Gube számára: „A vonatkozó biztonsági előírások értelmében a veszélyes terület teljes szélességét figyelni kell 250 mm-es szakaszonként, ezért a 700 mm széles görgős továbbítópályák mentén három áthaladásérzékelőt telepítettünk. Ha esetleg a jövőben nagyobb munkadarabok továbbításához 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 konfigurálhatók.” (6. ábra)
A terminálon futó TwinSAFE Logic elemzi a különféle forrásokból érkező adatokat, ellenőrzi megbízhatóságukat és kiértékeli őket. Erre a célra minősített funkcióblokkok – többek között skálázó, összehasonlításos elven („1 a 2-ből”, 2 a 3-ból”, „3 az 5-ből, stb.) döntő és határérték-kezelő blokkok – szolgálnak. Biztonsági 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 biztonságtechnikába beépíthető egy rendszer összes folyamatadata. A TwinSAFE SC technológia tehát teljesen új lehetőségeket tár fel a Beckhoff rendszerek terén, és segítségével az összes biztonsági feladat egyszerűen, hatékonyan és olcsón beépíthető a meglévő infrastruktúrákba.
A TwinSAFE SC technológia használatával általában az EN ISO 13849-1 szerinti 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/elmozdulás) 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 bemeneti terminál hőelemekhez, szakadásérzékeléssel;

  • 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 típusú EtherCAT Box-modul is; ez a négycsatornás, ±10 V vagy 0/4…20 mA jelszintű, szimmetrikus analóg bemenetekkel rendelkező, IP 67 védettségű egység decentralizáltan, közvetlenül gépre szerelhető.

 

Alkalmazási példa biztonságos hőmérséklet-figyelésre

keretes beckhoff 1

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 biztonságos szintmérésre

keretes beckhoff 2

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 érzékelőre 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 összehasonlító (Compare) funkcióblokk végzi. Az EP3174-0092 EtherCAT Box-modul jelét előbb a skálázó (Scale) funkcióblokk úgy módosítja, hogy a két jel azonos értéktartományba essen. Ezután a jelet a határérték-kezelő (Limit) funkcióblokk ellenőrzi. Ez utóbbi eredménye 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.

 

 

  

BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: info@beckhoff.hu
www.beckhoff.hu

 

Még több Beckhoff Automation