Biztonsági PLC vs. Standard PLC: Mérnöki útmutató
Tartalomjegyzék
Ez az írás a biztonság alapelveinek mélyreható elemzését nyújtja. PLC-kA hagyományos PLC-kkel való többdimenziós összehasonlítás révén bemutatja azok egyedi elrendezési alapelveit, beleértve a redundanciát, a diverzitást és az öndiagnózist.
Átfogó táblázatok és adatelemzés segítségével világossá tesszük, hogy miért nem plusz kiadás a biztonsági PLC kiválasztása létfontosságú alkalmazásokhoz, hanem létfontosságú „biztonsági öv” befektetés az alkalmazottak, az eszközök és a termelés folytonosságának biztosítása érdekében.
Az automatizálás korában valóban „biztonságban” vagyunk?
A 4.0 szektor és az intelligens gyártási hullám előretörésével a PLC a modern gyártóüzemi automatizálási rendszerek alapjává vált. Az alapvető gyártósori vezérléstől az összetett robotikai együttműködésig a PLC-k hatékonyságukkal és rugalmasságukkal a világ termelésének pulzusát mozgatják.
Mindazonáltal, amikor egy vezérlőrendszer váratlanul meghibásodik, a következmények még a vártnál is súlyosabbak lehetnek – a költséges berendezéskárosodásoktól és a termelés leállásától kezdve a visszafordíthatatlan munkavállalói sérülésekig.
Ez egy kulcsfontosságú kérdést vet fel az élvonalban: képes-e a PLC, amelyre támaszkodunk, megbízhatóan biztonságos állapotba hozni a rendszert, amikor fenyegetés történik?
Pontosan itt mutatkozik meg a különbség a hagyományos PLC és a biztonsági PLC között. Sokan a biztonsági PLC-t csupán „megbízhatóbb PLC-nek” tekintik, de ez a látszat csak a felszínt kapargatja.
Valójában a biztonsági PLC egy speciális vezérlőrendszer, amelyet a „Gyakorlati biztonság” elvein alapulva terveztek. Célja nem csupán egy feladat elvégzése, hanem mindenekelőtt a biztonság garantálása minden körülmények között – beleértve a meghibásodást is.
Ez a bejegyzés minden bizonnyal leleplezi a biztonsági PLC rejtélyét, és megvitatja, miért olyan fontos a modern automatizálási architektúrában.
1. A követelményalapú PLC fő célja
Mielőtt belemerülnénk a biztonsági PLC-kbe, először meg kell határoznunk egy szabványos PLC feladatát. Egy tipikus PLC-t úgy terveztek, hogy hatékonyan és megfelelően valósítsa meg a felhasználó által programozott logikát. Fő célja a funkcionalitás elérése és a hatékonyság növelése.
- Működési mód: Jeleket fogad érzékelőktől és bemeneti eszközöktől, logikai műveleteket hajt végre egy előre beállított program alapján, majd ezt követően meghajtók aktuátorok (pl. motorok, hengeres csövek, elzárószelepek) adott műveletek végrehajtásához.
- Stíluscélok: Gyorsabb ellenőrzési ciklusokat, nagyobb feldolgozási teljesítményt, nagyobb memóriát és sokkal kiterjedtebb kommunikációs felhasználói felületeket kíván.
- Hibakezelés: Amikor egy szabványos PLC maga leáll (pl. CPU-hiba, memória-sérülés miatt), az eredményállapota előre nem láthatóvá válhat. Kikapcsolhatja az eredményeit, megtarthatja a hiba előtti utolsó állapotot, vagy akár helytelen eredményjeleket generálhat. Különösen ipari körülmények között ez a szokás nagyon veszélyes.
Röviden, egy átlagos PLC kiváló „adminisztrátor”, azonban nem hivatalos „gyám”.
2. A biztonsági PLC: A „biztos” működésre született őr
Egy hagyományos PLC-vel ellentétben a biztonsági és védelmi PLC-k stílusmegközelítése a biztonságot helyezi előtérbe a kezdetektől fogva.
Szigorú nemzetközi biztonsági kritériumoknak felel meg, mint például IEC 61508 (a hasznos biztonság és védelem egyetemes szabványa) és ISO 13849-1 (a vezérlőrendszerek biztonsággal kapcsolatos komponenseihez).
Legfontosabb célja egy „biztonságos” állapot elérése – ami azt jelenti, hogy ha a rendszer bármely része (beleértve magát a biztonsági PLC-t is) meghibásodik, azonnal átáll egy előre meghatározott, determinisztikus biztonságos állapotba (általában kikapcsolja az áramellátást vagy leállítja a veszélyes mozgást).
Ezt az átgondolt változást egyedi hardverarchitektúrája és szoftveralgoritmusai szimbolizálják, amelyeket elsősorban három alapvető modern technológiával érnek el:
2.1 Építészeti megkülönböztetés: A „csapatmunkától” a „redundáns felügyeletig”
Ez az egyik legesztétikailag legkülönbözőbb különbség a biztonsági és védelmi PLC-k és a hagyományos PLC-k között.
- Criterion PLC: Több CPU-t is tartalmazhat. Ha több CPU létezik, azok általában részt vevő partnerségben működnek, ahol mindegyik más feladatokat kezel (pl. logikai végrehajtás, interakciók, mozgásvezérlés) az összhatékonyság javítása érdekében.
- Biztonsági PLC: Ismétlődő architektúrát kell alkalmazni, amely legalább két (vagy több) CPU-t tartalmaz. Ezek a CPU-k nem osztják fel a feladatokat, hanem ugyanazt a vezérlőprogramot hajtják végre párhuzamosan. Minden ellenőrzési ciklus végén a rendszer valós idejű összehasonlítást végez a két CPU teljesítményéről.
- Mérkőzés eredményei: A rendszer azonosítja a szabályos működést, és engedélyezi a kimenetek bekapcsolását.
- Eredménybeli eltérések: A rendszer azonnal érzékeli a belső hibát, végrehajtja biztonsági logikáját, és az összes megfelelő kimenetet az előre meghatározott kockázatmentes állapotba kényszeríti (pl. feszültségmentes), miközben egyidejűleg riasztást aktivál.
Ez a „kétcsatornás, megosztott irányítású” modell alapvetően kiküszöböli annak a lehetőségét, hogy egyetlen CPU számítási hibája káros kimenetet eredményezzen.
| Építészeti kontraszt | PLC követelmény | Biztonsági PLC |
|---|---|---|
| CPU-ügy | Magányos vagy többes | Legalább 2 (ismétlődő) |
| CPU Partnerség | Kooperatív feldolgozás, munkamegosztás | Ugyanazon program független végrehajtása, kölcsönös eredmény-összehasonlítás |
| Stílus Funkció | Növelje a teljesítményt és a teljesítményt | Valós időben észlelje a belső hibákat az eredmények megbízhatóságának biztosítása érdekében |
| Hibaelhárítás | Előre nem látható | Előre meghatározott kockázatmentes állapotba lép |
2.2 Stílus nézőpont: A „sokszínűség” elfogadása az ismeretlen hibák kiszűrése érdekében
Ha a redundancia az első védelmi vonal a véletlenszerű hardverhibákkal szemben, akkor a „diverzitás” a hatékonyság a „szokásos okokból eredő hibákkal” (CCF) szemben. CCF akkor fordul elő, ha egyetlen ok több ismétlődő csatorna szinkronizált meghibásodásához vezet – például egy teljes CPU-készletben lévő tervezési hiba.
Ennek leküzdésére a fejlett biztonsági PLC-k a következő lépéseket teszik:
- Felszerelés választéka: Mindkét redundáns processzor származhat különböző gyártóktól (például az egyik a Texas Instrumentstől, a másik az Infineontól). Mivel a belső stílusuk, a vezérlőegységeik és még a gyártási eljárásaik is eltérőek, nagyon valószínűtlen, hogy ugyanazt a tervezési hibát követnék el.
- Szoftverváltozatosság: Még ugyanazon felhasználói logika futtatásakor is gyakran finomítják ezt a logikát a különböző fordítók, hogy két független végrehajtható kódkészletet hozzanak létre. Ez hatékonyan azonosíthatja a fordítói hibák által okozott rendszerszintű hibákat.
Ez a „sokszínűségi” tervezési filozófia ahhoz hasonlítható, mintha két különböző múlttal rendelkező szakértő külön-külön vizsgálná ugyanazt a rekordot; lehetővé teszi olyan mélyen gyökerező problémák feltárását, amelyeket egyetlen szakember esetleg nem venne észre a megváltozott gondolkodásmód miatt. Jelentősen növeli a rendszer azon képességét, hogy azonosítsa a rejtett és rendszerszintű hibákat.
2.3 Diagnosztikai képesség: Gyakori „öndiagnosztika”
Egy biztonsági PLC „biztonsága” nem pusztán a redundanciában és a diverzitásban rejlik; a hatékony és folyamatos öndiagnosztikai képességeiben is megnyilvánul. Ezek a diagnosztikai eszközök kiterjedtek, és a teljes biztonsági réseket lefedik a bemenettől az eredményig.
- CPU és memória diagnosztika: Minden vizsgálati ciklus elején és végén kiterjedt vizsgálatokat végeznek a CPU regiszterein, a RAM-on és a ROM-on.
- Tápegység Figyelembe véve: A belső tápfeszültségeket valós időben ellenőrzik. Ha eltérnek a biztonságos feszültségtől, egy biztonsági zár azonnal aktiválódik.
- I/O hálózati diagnosztika: Ez egy lényeges különbség a hagyományos PLC-khez képest. A biztonsági I/O modulok aktívan végzik az áramköri diagnosztikát, például:.
- Bemenetek: Rövidzárlatok, szakadások (kábelszakadások) vagy keresztzárlatok azonosítása külső áramforrásokkal.
- Kimenetek: Annak észlelése, hogy az eredménycsatorna megfelelően változik-e, és olyan problémák azonosítása, mint a rövidzárlatok vagy a külső feszültség jelei.
- Órafelügyelet: Az ikeróra-rendszerek nyomon követik egymást, hogy elkerüljék az órajel-eltolódás vagy meghibásodás okozta lényeges időzítési hibákat.
Az ISO 13849-1 szabvány kritériuma szerint ezek az elemzési lépések kiegészítik a „Diagnosztikai védelem (DC)” nevű létfontosságú specifikációt.
Egy legfelső szintű biztonsági és védelmi PLC-nek (pl. egy PLe besorolásúnak) 99% vagy magasabb diagnosztikai védelmet kell elérnie, ami azt jelenti, hogy a rendszeren belüli potenciálisan veszélyes hibák közül több mint 99% időben azonosítható. Egy hagyományos PLC diagnosztikai kapacitása jóval elmarad ettől a szinttől.
3. Átfogó összehasonlítás: Biztonsági és védelmi PLC vs. Követelményalapú PLC
A különbségek sokkal ösztönösebb megértése érdekében a következő táblázat alapos, egymás melletti elemzést nyújt:.
| Attribútum dimenzió | Standard PLC | Biztonsági és védelmi PLC | Titkos befolyás és előny |
|---|---|---|---|
| Alapvető elrendezési filozófia | A hasznos kivitelezésre és a funkcionális hatékonyságra törekszik | Biztonság és védelem mindenekelőtt, a „biztonságos” elv érvényesítése | Lényegében meghatározza a termék megbízhatósági fokát és alkalmazási körét. |
| Hardver stílus | Egyetlen CPU-s vagy több CPU-s együttműködés | Kettős vagy többprocesszoros redundancia, általában az elrendezés változatosságával | Drasztikusan csökkenti a berendezés önkényes meghibásodása által okozott káros állapot valószínűségét. |
| Hibajavító rendszer | Előre nem látható szokások; megtarthatják az utolsó állapotot, vagy hibás eredményeket hozhatnak létre | Azonnal egy előre meghatározott, determinisztikus kockázatmentes állapotba kerül | Proaktívan véd a meghibásodás esetén bekövetkező gyorsuló folyamatokkal szemben, védve a személyzetet és az eszközöket. |
| Diagnosztikai biztosítási fedezet (DC) | Csökkentett; többnyire létfontosságú hardverhibákat diagnosztizál | Hihetetlenül magas (általában > 90% – 99%), lefedve az I/O-t, a tápellátást, az órajeleket és így tovább. | Lehetővé teszi a potenciálisan veszélyes hibák túlnyomó többségének felfedezését, megelőzve a baleseteket, mielőtt azok bekövetkeznének. |
| Tanúsítványok és szabványok | Nincs szükség biztonsági képesítésre | Globális követelményeknek, például IEC 61508 és ISO 13849-1 szabványoknak megfelelő tanúsítvánnyal kell rendelkeznie. | Az akkreditáció objektív bizonyítéka a biztonsági hatékonyságnak, és alapvető megfelelőségi követelmény. |
| Szoftver/Programozás | Az érvelés végrehajtására összpontosít | Biztonságspecifikus programokra van szükség, amelyekhez dedikált funkcióblokkok tartoznak (pl. Vészleállító, Biztonsági átjáró). | A műsorok kiterjedtebbek, hogy biztosítsák a biztonsági logika megbízható megvalósítását. |
| Alkalmazási forgatókönyvek | Általános célú automatizálás és eljárásvezérlés | Magas kockázatú területek: Vészleállítók, biztonsági kapuk megfigyelése, fényfüggönyök, robotizált biztonsági zónák, égővezérlők | Az alkalmazási helyszínek egyértelműen egyediek; a pontatlan választás komoly biztonsági kockázatokhoz vezet. |
| Ár | Csökkentett első vásárlási költség | Magasabb kezdeti beszerzési költség | Egy biztonsági PLC értéke attól függ, hogy mennyire tud kockázatot vállalni a kárenyhítésre. A megtérülése (ROI) a potenciálisan katasztrofális balesetekkel kapcsolatos veszteségek elkerülése. |
4. Mikor kötelező a biztonsági PLC?
A PLC kiválasztását nem a költségvetés, hanem egy alapos kockázatelemzés eredményei alapján kell meghatározni. A vizsgált kockázati szint alapján olyan vezérlőrendszert kell választani, amely megfelel a szükséges biztonsági becsületességi szintnek (SIL) vagy hatékonysági szintnek (PL).
Általában egy minősített biztonsági PLC használata kötelező vagy erősen ajánlott, ha az alkalmazás a következők bármelyikét magában foglalja:.
- Veszélyes helyek, ahol gyakori az emberi kommunikáció: pl. sajtológépek, sörétes fröccsöntő gépek, fényfüggönyt, biztonsági kapukat vagy kétkezes vezérlést igénylő robotcellák.
- Nagy sebességű vagy nagy terhelésű eszközök: Ahol egy váratlan indítás vagy leállás hiánya hatalmas károkat okozhat, például nagy szállítószalagok vagy rakodódaruk esetében.
- A robbanás- vagy égési kockázatok figyelembevételével finomítsa az ellenőrzést: pl. kazánok és fűtésvezérlő rendszer (BMS), ahol a vezérlés meghibásodása tragikus eseményeket okozhat.
- A törvény és az irányelvek által kifejezetten előírt alkalmazások: Sok országban és régióban meghatározott gépbiztonsági kritériumok írják elő az adott hatékonysági fokozatnak megfelelő biztonsági vezérlőrendszerek használatát.
Egy biztonsági PLC megvásárlása alapvetően egy megbízható „biztosítási terv” megkötését jelenti a legértékesebb vagyontárgyaira: a munkavállalóira és a termelési eszközeire.
Záró gondolat: A biztonság nem alku tárgya
Visszatérve az első problémánkra, a tipikus PLC és a biztonsági PLC közötti különbség sokkal több, mint egy egyszerű szóhasználat. Szakadékot jelent a tervezési filozófia, a hardverarchitektúra, a diagnosztikai eszközök és a jogi felelősség között.
- A Requirement PLC az automatizálási rendszer „igáslova”, amely a feladatok hatékony elvégzéséért felelős.
- A biztonsági PLC a rendszer „őrangyala” és „biztosítéka”. Csendben működik a színfalak mögött, de a legkritikusabb pillanatokban a végső és legerősebb védelmi vonalként működik a balesetekkel szemben.
A következő automatizálási feladat megtervezésekor ne kezelje a biztonságot opcionális funkcióként vagy plusz költségként. Végezzen klinikai kockázatelemzést, és válassza ki a rendszeréhez megfelelő megközelítést. Az üzleti biztonság világában semmilyen fokozott teljesítmény vagy kapacitás nem pótolhatja egyetlen, megelőzhető balesetből eredő veszteségeket. Egy biztonsági PLC kiválasztása szigorú elkötelezettség az élet, a vagyon és a vállalkozása hírneve iránt.
Lépjen kapcsolatba velünk
Csak töltse ki nevét, e-mail címét és kérésének rövid leírását ezen az űrlapon. 24 órán belül felvesszük Önnel a kapcsolatot.
Ezeket a témákat is érdekesnek találhatja
Teljes útmutató a fotoelektromos érzékelő bekötéséhez és hibaelhárításához
Nehezen van a fotoelektromos érzékelő telepítésével és konfigurálásával? Ez az átfogó útmutató végigvezeti Önt mindenen, amit tudnia kell az ipari automatizálási alkalmazások fotoelektromos érzékelőinek bekötéséről, beállításáról és hibaelhárításáról.
Mi az automatizálási rendszer?
Az automatizálási rendszerek a modern iparágak gerincévé váltak, átalakítva az áruk és szolgáltatások előállítását. Ez a cikk belemerül az automatizálási rendszer fogalmába, az automatizálás különböző típusaiba, és azt, hogy miért létfontosságúak a mai világban. A végére meg fogja érteni, hogy az automatizálás milyen hatással van az iparágakra és a mindennapi életre, így ez kötelező olvasmány mindenkinek, aki kíváncsi a technológia jövőjére.
Omron PLC kiválasztási útmutató projektmenedzsereknek
Omron PLC-kiválasztási útmutató projektmenedzsereknek Minden projektvezetőnek szembe kell néznie azzal a kihívással, hogy válassza ki a megfelelő PLC-t (Programozható Logika)