Безбедносни PLC у односу на стандардни PLC: Водич за инжењере

Овај чланак даје детаљну процену основних принципа безбедности ПЛЦ-овиКроз вишедимензионално поређење са конвенционалним ПЛЦ-овима, открива се њихов јединствени принцип распореда, укључујући редундантност, разноликост и самодијагностику.

Користећи свеобухватне табеле и анализу података, сигурно ћемо објаснити зашто избор безбедносног ПЛЦ-а за основне примене није додатни трошак, већ витална инвестиција „сигурносног појаса“ за обезбеђивање запослених, алата и континуитета производње.

У доба аутоматизације, да ли смо заиста „безбедни“?

Са напретком Сектора 4.0 и таласа паметне производње, PLC је постао темељ модерних система аутоматизације производних погона. Од основног управљања производном линијом до сложене роботске сарадње, PLC-ови покрећу пулс светске производње својом ефикасношћу и флексибилношћу.

Ипак, када систем управљања доживи неочекивани квар, ефекти могу бити чак и екстремнији него што се очекивало – од скупих оштећења опреме и прекида производње до непоправљивих повреда радника.

Ово доводи до кључног питања: може ли ПЛЦ на који се ослањате поуздано довести систем у безбедно стање када се појави претња?

Управо ту постоји разлика између конвенционалног ПЛЦ-а и безбедносног ПЛЦ-а. Многи безбедносни ПЛЦ доживљавају само као „поузданији ПЛЦ“, али овај призор само површно загребе површину.

Заправо, безбедносни ПЛЦ је специјализовани контролни систем пројектован на принципима „практичне безбедности“. Његов циљ није само да заврши задатак, већ, пре свега, да обезбеди одређену безбедност у свим околностима – укључујући и када сам дође до квара.

Овај пост ће свакако демистификовати безбедносни ПЛЦ и објаснити зашто је он заиста кључан у савременој архитектури аутоматизације.

1. Основни циљ PLC-а заснованог на захтевима

Пре него што се директно позабавимо безбедносним ПЛЦ-овима, морамо прво дефинисати дужност стандардног ПЛЦ-а. Типичан ПЛЦ је развијен да ефикасно и правилно имплементира кориснички програмирано размишљање. Његов основни циљ је постизање функционалности и повећање ефикасности.

• Начин рада: Прима сигнале од сензора и улазних уређаја, обавља логичке операције на основу унапред подешеног програма, а након тога погони актуатори (нпр. мотори, цилиндричне цеви, запорни вентили) за извршавање датих радњи.
• Циљеви стила: Тражи брже циклусе провере, већу снагу руковања, већу меморију и много опсежније корисничке интерфејсе за комуникацију.
• Решавање грешака: Када стандардни ПЛЦ престане да ради (нпр. због грешке процесора, оштећења меморије), његово резултујуће стање може постати непредвидиво. Може доћи до искључивања напајања, задржавања последњег стања пре квара или чак генерисања погрешних резултујућих сигнала. У одређеним индустријским околностима, ова навика је веома опасна.

Укратко, обичан ПЛЦ је изванредан „администратор“, али није сертификовани „чувар“.

2. Безбедносни ПЛЦ: Чувар рођен за „сигуран“ рад

За разлику од конвенционалног ПЛЦ-а, приступ безбедносног ПЛЦ-а ставља безбедност као највиши приоритет од самог почетка.

Прати строге међународне критеријуме безбедности и сигурности, као што су ИЕЦ 61508  (универзални стандард за корисну безбедност и сигурност) и ISO 13849-1  (за компоненте система управљања везане за безбедност).

Његов најбољи циљ је постизање „безбедног“ стања – што сугерише да ако било који део система (који се састоји од самог безбедносног ПЛЦ-а) откаже, он ће одмах прећи у унапред дефинисано, детерминистичко безбедно стање (генерално искључивање напајања или заустављање опасног кретања).

Ова промишљена промена симболизована је у њеној јединственој хардверској архитектури и софтверским алгоритмима, првенствено постигнутим помоћу три основне модерне технологије:.

2.1 Архитектонска одлика: Од „тимског рада“ до „сувишног надзора“

Ово је једна од естетски најистакнутијих разлика између безбедносног ПЛЦ-а и обичног ПЛЦ-а.

• Критерион ПЛЦ: Може да садржи неколико процесора. Када постоји више процесора, они обично раде у партнерству, при чему сваки обавља различите задатке (нпр. извршавање логике, интеракције, контрола кретања) како би се побољшала укупна ефикасност.
• Безбедносно ПЛЦ: Требало би да користи репетитивну архитектуру, која садржи најмање два (или више) процесора. Ови процесори не деле задатке; уместо тога, они паралелно извршавају исти контролни програм. На крају сваког циклуса провере, систем врши поређење резултата оба процесора у реалном времену.
• Резултати меча: Систем идентификује да ли је рад правилан и дозвољава да се излази активирају.
• Неусклађеност резултата: Систем одмах детектује унутрашњу грешку, извршава своју безбедносну логику и приморава све одговарајуће излазе да пређу у унапред дефинисано стање без ризика (нпр. без напајања), док истовремено активира аларм.

Овај модел „двоканалног, дељеног вођења“ фундаментално елиминише могућност штетног излаза који је резултат грешке у израчунавању једног процесора.

2.2 Стилски поглед: Прихватање „разноликости“ ради откривања непознатих мана

Ако је редундантност прва линија одбране од случајних кварова хардвера, онда је „разноликост“ успех у односу на „кварове из уобичајених разлога“ (CCF). CCF се јавља када један узрок доведе до синхронизованог квара неколико понављајућих канала – на пример, грешка у стилу која постоји у целој групи процесора.

Да би превазишли ово, напредни безбедносни ПЛЦ-ови предузимају додатну акцију:.

• Разноврсност опреме: Оба редундантна процесора могу бити набављена од различитих произвођача (нпр. један од Texas Instruments-а, други од Infineon-а). С обзиром на то да се њихови унутрашњи стилови, дизајнерски колекције, па чак и поступци производње разликују, веома је мало вероватно да ће имати исту грешку у дизајну.
• Разноврсност софтвера: Чак и када се покреће исто корисничко резоновање, та логика се често усавршава од стране различитих компајлера како би се креирала 2 независна скупа извршног кода. Ово може ефикасно идентификовати системске грешке које је изазвала грешка компајлера.

Ова филозофија дизајна „разноликости“ је упоредива са када два стручњака из различитих историја одвојено истражују потпуно исти запис; омогућава откривање дубоких проблема које би један стручњак могао да пропусти због поправљеног расположења. Значајно побољшава способност система да идентификује непознате и системске грешке.

2.3 Дијагностичке могућности: Уобичајена „самодијагностика“

„Безбедност“ безбедносног ПЛЦ-а није само редундантност и разноликост; она се додатно огледа у његовим ефикасним и сталним могућностима самодијагностике. Ове дијагностике су свеобухватне и покривају целу безбедносну рупу, од уноса до резултата.

• Дијагностика процесора и меморије: Опсежни прегледи се врше на регистрима процесора, RAM-у и ROM-у на почетку и на крају сваког циклуса скенирања.
• Напајање које прати: Напони унутрашњег напајања се проверавају у реалном времену. Ако се разликују од безбедног нивоа, сигурносно закључавање се брзо активира.
• Дијагностика И/О мреже: Ово је кључна разлика у односу на уобичајене ПЛЦ-ове. Безбедносни И/О модули активно обављају дијагностику кола, као што су:.
• Улази: Идентификација кратких спојева, отворених кола (прекида каблова) или унакрсних спојева са спољним изворима напајања.
• Излази: Детекција да ли се резултујући канал може правилно променити и утврђивање проблема попут кратких спојева или коментара спољашњег напона.
• Надзор сата: Системи са два сата прате један другог како би избегли разумне грешке у времену изазване померањем или кваром сата.

Према критеријуму ISO 13849-1, ови кораци анализе доприносе виталној спецификацији која се зове „Дијагностичка заштита (DC)“.

Врхунски безбедносни ПЛЦ (нпр. онај са рангом PLe) требало би да постигне дијагностичку заштиту од 99% или више, што имплицира да се преко 99% потенцијално опасних кварова у систему може благовремено идентификовати. Дијагностичке могућности конвенционалног ПЛЦ-а су знатно мање од овог нивоа.

3. Свеобухватно поређење: PLC за безбедност и сигурност у односу на PLC заснован на захтевима

Да би се пружило много интуитивније разумевање њихових разлика, следећа табела пружа детаљну упоредну анализу:.

4. Када је безбедносни ПЛЦ обавезан?

Опција PLC-а не сме бити одређена буџетским планом, већ резултатима детаљне анализе опасности. На основу испитиваног нивоа претње, потребно је одабрати систем контроле који испуњава потребни ниво безбедносне поштености (SIL) или ниво ефикасности (PL).

Обично је употреба квалификованог безбедносног ПЛЦ-а или обавезна или се топло препоручује када ваша апликација подразумева било шта од следећег:.

• Опасна места са честом људском комуникацијом: нпр. пресе за штанцање, машине за сачмарење, роботске ћелије које захтевају светлосне завесе, заштитне капије или дворучне контроле.
• Уређаји велике брзине или великог оптерећења: Где неочекивано покретање или неуспех при заустављању може изазвати огромну штету, као што су велики транспортери или дизалице за складиштење.
• Усавршите контролу са ризицима од експлозије или паљења: нпр. котлови и систем за управљање грејачима (BMS), где би квар у контроли могао довести до трагичног догађаја.
• Закон и смернице експлицитно захтевају пријаве: У многим земљама и регионима, специфични критеријуми безбедности машина налажу употребу система безбедносне контроле који су у складу са одређеним степеном ефикасности.

Куповина безбедносног ПЛЦ-а је, у основи, куповина поузданог „плана осигурања“ за вашу највреднију имовину: ваше раднике и ваше производне уређаје.

Завршна мисао: Безбедност је профит о коме се не може преговарати

Враћајући се на нашу прву бригу, разлика између типичног ПЛЦ-а и безбедносног ПЛЦ-а је много више од једноставног избора речи. Она представља понор у филозофији дизајна, хардверској архитектури, дијагностичким уређајима и законској одговорности.

• PLC контролер са захтевима је „радни коњ“ система аутоматизације, задужен за ефикасно обављање задатака.
• ПЛЦ за безбедност је „анђео чувар“ и „заштита“ система. Ради тихо иза кулиса, али у једном од најкритичнијих тренутака, функционише као последња и најснажнија линија заштите од незгоде.

Када планирате свој следећи задатак аутоматизације, немојте третирати безбедност као опциону функцију или додатни трошак. Спроведите клиничку анализу ризика и изаберите прави избор за свој систем. У свету комерцијалне безбедности, никаква количина повећане ефикасности или могућности не може надокнадити губитке од једног, спречивог квара. Избор безбедносног ПЛЦ-а је строга посвећеност животу, имовини и успостави вашег пословања.