PLC de siguranță vs. PLC standard: Ghidul inginerului

Acest articol oferă o evaluare detaliată a principiilor de bază ale siguranței PLC-uriPrintr-o comparație multidimensională cu PLC-urile convenționale, prezintă principiile lor unice de amplasare, inclusiv redundanța, diversitatea și autodiagnosticarea.

Folosind tabele complete și analize de informații, vom clarifica cu siguranță de ce alegerea unui PLC de siguranță pentru aplicații esențiale nu este o cheltuială suplimentară, ci o investiție esențială de tip „centură de siguranță” pentru asigurarea angajaților, a echipamentelor și a continuității producției.

În era automatizării, suntem cu adevărat „în siguranță”?

Odată cu avansul Sectorului 4.0 și al valului Smart Manufacturing, PLC-urile au devenit fundamentul sistemelor moderne de automatizare a instalațiilor de producție. De la controlul de bază al liniei de producție până la cooperarea robotică complexă, PLC-urile impulsionează producția globală prin eficiența și flexibilitatea lor.

Cu toate acestea, atunci când un sistem de control se confruntă cu o defecțiune neașteptată, efectele pot fi chiar mai extreme decât se așteaptă - de la daune costisitoare ale echipamentelor și opriri ale producției până la vătămări ireversibile ale lucrătorilor.

Aceasta aduce o întrebare crucială în avangarda actuală: poate PLC-ul de care vă bazați să aducă în mod fiabil sistemul într-o stare sigură atunci când apare o amenințare?

Exact aici se manifestă diferența dintre un PLC convențional și un PLC de siguranță. Mulți percep un PLC de securitate doar ca pe un „PLC mai fiabil”, dar această perspectivă este doar superficială.

De fapt, un PLC de securitate este un sistem de control specializat, proiectat pe baza principiilor „Securității practice”. Obiectivul său nu este doar de a finaliza o sarcină, ci, mai presus de toate, de a asigura siguranța în toate circumstanțele - inclusiv în cazul în care acesta funcționează defectuos.

Această postare va demistifica cu siguranță PLC-ul de siguranță și va discuta de ce este cu adevărat crucial în arhitectura modernă de automatizare.

1. Scopul principal al unui PLC de cerințe

Înainte de a intra direct în lumea PLC-urilor de securitate, trebuie să definim mai întâi rolul unui PLC standard. Un PLC tipic este dezvoltat pentru a implementa eficient și corect funcționalitatea programată de utilizator. Scopul său principal este de a obține funcționalitate și de a crește eficiența.

• Mod de operare: Recepționează semnale de la senzori și dispozitive de intrare, efectuează operații logice pe baza unui program prestabilit și, după aceea, conduce actuatoare (de exemplu, motoare, tuburi cilindrice, dispozitive de închidere) pentru a efectua acțiunile date.
• Obiective de stil: Urmărește cicluri de verificare mai rapide, o putere de procesare mai mare, o memorie mai mare și interfețe de comunicare mult mai extinse pentru utilizator.
• Tratarea defecțiunilor: Când un PLC standard nu mai funcționează (de exemplu, o eroare a procesorului, coruperea memoriei), starea sa de funcționare poate deveni imprevizibilă. Poate deconecta rezultatele, poate menține ultima stare dinaintea defecțiunii sau poate genera semnale de funcționare incorecte. În anumite circumstanțe industriale, acest comportament este foarte periculos.

Pe scurt, un PLC obișnuit este un „administrator” remarcabil, însă nu este un „gardian” autorizat.

2. PLC-ul de siguranță: Un gardian născut pentru o funcționare „sigură”

Spre deosebire de un PLC convențional, abordarea de design a unui PLC de siguranță și securitate plasează siguranța ca prioritate absolută de la zero.

Respectă criterii internaționale stricte de siguranță și securitate, cum ar fi IEC 61508  (standardul universal pentru siguranță și securitate utile) și ISO 13849-1  (pentru componentele legate de siguranță ale sistemelor de control).

Cel mai bun obiectiv al său este de a atinge o stare „sigură” – ceea ce sugerează că, dacă o parte a sistemului (inclusiv PLC-ul de siguranță în sine) se defectează, aceasta va trece imediat la o stare sigură predefinită, deterministă (în general, întreruperea alimentării sau oprirea mișcării periculoase).

Această schimbare atentă este simbolizată de arhitectura hardware unică și de algoritmii software, realizați în principal cu ajutorul a trei tehnologii moderne de bază:.

2.1 Distincție arhitecturală: de la „muncă în echipă” la „supraveghere redundantă”

Aceasta este una dintre cele mai distincte distincții din punct de vedere estetic dintre un PLC de siguranță și securitate și un PLC obișnuit.

• Criterion PLC: Poate include mai multe procesoare. Atunci când există numeroase procesoare, acestea funcționează de obicei într-un parteneriat participativ, fiecare gestionând sarcini diferite (de exemplu, execuția logicii, interacțiuni, controlul mișcării) pentru a îmbunătăți eficiența totală.
• PLC de securitate: Ar trebui să utilizeze o arhitectură repetitivă, cu cel puțin două (sau mai multe) procesoare. Aceste procesoare nu împart sarcinile; în schimb, execută același program de control în paralel. La sfârșitul fiecărui ciclu de testare, sistemul efectuează o comparație în timp real a rezultatelor de la ambele procesoare.
• Rezultate Potrivire: Sistemul identifică dacă funcționarea este regulată și permite energizarea ieșirilor.
• Neconcordanță între rezultate: Sistemul detectează imediat o defecțiune internă, execută logica sa de siguranță și forțează toate ieșirile corespunzătoare la starea predefinită fără risc (de exemplu, dezactivate), activând simultan o alarmă.

Acest model de „ghidare partajată, cu două canale” elimină fundamental posibilitatea unui rezultat dăunător rezultat din eroarea de calcul a unui singur procesor.

2.2 Perspectiva stilistică: Acceptarea „diversității” pentru a identifica defectele necunoscute

Dacă redundanța este prima linie de apărare împotriva defecțiunilor hardware aleatorii, atunci „diversitatea” este rezultatul final împotriva „defecțiunilor cauzate de motive obișnuite” (CCF-uri). O CCF apare atunci când o singură cauză duce la defecțiunea sincronizată a mai multor canale repetitive - de exemplu, o eroare de design existentă într-un întreg lot de procesoare.

Pentru a depăși acest lucru, PLC-urile de siguranță avansate își iau măsuri suplimentare în stil:.

• Varietate de echipamente: Ambele procesoare redundante pot fi furnizate de producători diferiți (de exemplu, unul de la Texas Instruments, altul de la Infineon). Deoarece designul interior, colecțiile de direcții și chiar procesele de fabricație variază, este foarte puțin probabil să aibă același defect de design.
• Varietate de software: Chiar și atunci când se execută același raționament al utilizatorului, acea logică este frecvent rafinată de diverși compilatori pentru a crea 2 seturi independente de cod executabil. Acest lucru poate identifica eficient greșelile sistemice introduse de o eroare de compilare.

Această filozofie de design bazată pe „diversitate” este comparabilă cu a avea doi experți din experiențe diferite care investighează separat exact aceeași înregistrare; permite detectarea unor probleme înrădăcinate pe care un singur profesionist le-ar putea trece cu vederea din cauza unei stări de spirit reparatoare. Îmbunătățește semnificativ capacitatea sistemului de a identifica greșeli necunoscute și sistemice.

2.3 Capacitatea de diagnosticare: „Autodiagnosticare” comună

„Siguranța și securitatea” unui PLC de securitate nu se rezumă neapărat la redundanță și diversitate; aceasta se reflectă și în capacitățile sale eficiente și constante de autodiagnosticare. Aceste diagnostice sunt extinse, acoperind întreaga breșă de securitate, de la intrare la rezultat.

• Diagnosticarea CPU și a memoriei: La începutul și sfârșitul fiecărui ciclu de scanare se efectuează examinări ample ale registrelor CPU, RAM și ROM.
• Supraveghere privind sursa de alimentare: Tensiunile de alimentare interne sunt verificate în timp real. Dacă acestea diferă de tipul securizat, se activează rapid o închidere de siguranță.
• Diagnosticarea rețelei I/O: Acesta este un diferențiator crucial față de PLC-urile comune. Modulele I/O de siguranță efectuează în mod activ diagnosticarea circuitelor, cum ar fi:.
• Intrări: Identificarea circuitelor scurte, a circuitelor deschise (întreruperi de cabluri) sau a circuitelor încrucișate cu surse de alimentare externe.
• Ieșiri: Detectarea dacă canalul de rezultat se poate schimba corect și determinarea problemelor precum scurtcircuite sau comentariile privind tensiunea exterioară.
• Supraveghere cu ceas: Sistemele cu ceasuri gemene se monitorizează reciproc pentru a evita greșelile sensibile de sincronizare cauzate de abaterea sau defecțiunea ceasului.

Conform criteriului ISO 13849-1, acești pași de analiză contribuie la o specificație vitală numită „Protecție diagnostică (DC)”.

Un PLC de securitate de nivel superior (de exemplu, unul clasificat pentru PLe) ar trebui să realizeze o protecție de diagnosticare de 99% sau mai mare, ceea ce înseamnă că peste 99% de defecțiuni potențiale periculoase din sistem pot fi identificate în timp util. Capacitățile de diagnosticare ale unui PLC convențional sunt mult sub acest nivel.

3. Comparație completă: PLC de siguranță și securitate vs. PLC de cerințe

Pentru a oferi o înțelegere mult mai intuitivă a diferențelor dintre ele, tabelul următor oferă o analiză detaliată, comparativă:.

4. Când este obligatoriu un PLC de siguranță?

Opțiunea PLC nu trebuie determinată de buget, ci de rezultatele unei analize riguroase a pericolelor. Pe baza nivelului de amenințare examinat, trebuie să alegeți un sistem de control care să îndeplinească Gradul de onestitate a securității (SIL) sau Nivelul de eficiență (PL) necesar.

De obicei, utilizarea unui PLC de securitate calificat este fie obligatorie, fie foarte recomandată atunci când aplicația dumneavoastră implică oricare dintre următoarele:.

• Locații periculoase cu comunicare frecventă între oameni: De exemplu, prese de ștanțare, mașini de turnare cu aerosoli, celule robotizate care necesită perdele luminoase, porți de siguranță sau comenzi bimanuale.
• Dispozitive de mare viteză sau cu sarcină mare: În situațiile în care o pornire sau o oprire neașteptată ar putea provoca daune enorme, cum ar fi benzile transportoare mari sau macaralele de stivuit.
• Rafinați controlul cu riscuri de explozie sau ardere: De exemplu, cazane și soluții de gestionare a încălzitoarelor (BMS), unde o defecțiune a controlului ar putea duce la un eveniment tragic.
• Aplicații prevăzute în mod explicit de lege și de directive: În multe națiuni și zone, criterii specifice de siguranță a mașinilor impun utilizarea unor sisteme de control al siguranței conforme cu un anumit grad de eficiență.

Achiziționarea unui PLC de securitate înseamnă, practic, achiziționarea unui „plan de asigurare” fiabil pentru cele mai valoroase proprietăți ale dumneavoastră: angajații și dispozitivele de producție.

Gând final: Siguranța este un profit nenegociabil

Revenind la prima noastră preocupare, distincția dintre un PLC tipic și un PLC de siguranță este mult mai mult decât o simplă selecție de cuvinte. Reprezintă o prăpastie în filosofia de proiectare, arhitectura hardware, dispozitivele de diagnosticare și răspunderea legală.

• Un PLC de cerințe este „calul de bătaie” al unui sistem de automatizare, responsabil de efectuarea eficientă a sarcinilor.
• Un PLC de siguranță și securitate este „îngerul păzitor” și „protecția” sistemului. Acesta funcționează în liniște, în culise, dar în cele mai critice momente, funcționează ca ultima și cea mai robustă linie de protecție împotriva unui accident.

Atunci când vă planificați următoarea sarcină de automatizare, nu tratați securitatea ca pe o funcție opțională sau un cost suplimentar. Efectuați o analiză clinică a riscurilor și alegeți mintea potrivită pentru sistemul dumneavoastră. În lumea securității comerciale, nicio cantitate de eficiență sau capacitate sporită nu poate compensa pierderile dintr-un singur accident, care poate fi prevenit. Alegerea unui PLC de securitate este un angajament auster față de viață, proprietate și reputația afacerii dumneavoastră.