Güvenlik PLC'si ve Standart PLC: Bir Mühendisin Rehberi

Bu yazı, Güvenliğin temel ilkelerinin derinlemesine bir değerlendirmesini sunmaktadır PLC'lerGeleneksel PLC'lerle çok boyutlu bir karşılaştırma yoluyla, yedeklilik, çeşitlilik ve kendi kendini teşhis etme gibi benzersiz düzen prensiplerini ortaya koyar.

Kapsamlı tablolar ve bilgi analizleri kullanarak, temel uygulamalar için bir Güvenlik PLC'si seçmenin neden ek bir harcama değil, çalışanları, araçları ve üretim sürekliliğini güvence altına almak için hayati bir "emniyet kemeri" yatırımı olduğunu kesinlikle açıklayacağız.

Otomasyon Çağında Gerçekten “Güvende” Miyiz?

Sektör 4.0 ve Akıllı Üretim dalgasının ilerlemesiyle birlikte, PLC'ler modern üretim tesisi otomasyon sistemlerinin temeli haline geldi. Basit üretim hattı kontrolünden karmaşık robotik iş birliğine kadar, PLC'ler verimlilikleri ve esneklikleriyle dünya çapında üretimin nabzını tutuyor.

Bununla birlikte, bir kontrol sistemi beklenmedik bir arıza yaşadığında, etkileri beklenenden çok daha uç noktalara ulaşabilir; pahalı ekipman hasarlarından ve üretimin durmasından işçilerin geri dönüşü olmayan şekilde yaralanmasına kadar uzanabilir.

Bu, öncü bir soruyu gündeme getiriyor: Güvendiğiniz PLC, bir tehdit oluştuğunda sistemi güvenilir bir şekilde güvenli bir duruma getirebilir mi?

Geleneksel bir PLC ile bir Güvenlik PLC'si arasındaki fark tam da burada ortaya çıkar. Birçok kişi bir Güvenlik PLC'sini yalnızca "daha güvenilir bir PLC" olarak algılar, ancak bu bakış açısı sadece yüzeyseldir.

Aslında bir Güvenlik PLC'si, "Pratik Emniyet ve Güvenlik" prensiplerine dayanarak tasarlanmış özel bir kontrol sistemidir. Amacı yalnızca bir görevi tamamlamak değil, her şeyden önce, kendisi arızalandığında bile, her türlü durumda emniyet ve güvenliği sağlamaktır.

Bu yazıda Safety PLC'nin gizemi çözülecek ve günümüz otomasyon mimarisinde neden bu kadar önemli olduğu tartışılacaktır.

1. Bir Gereksinim PLC'sinin Temel Amacı

Güvenlik PLC'lerine dalmadan önce, standart bir PLC'nin görevini tanımlamalıyız. Tipik bir PLC, kullanıcı tarafından programlanan mantığı verimli ve doğru bir şekilde uygulamak için geliştirilmiştir. Temel amacı, işlevselliği sağlamak ve verimliliği artırmaktır.

• Modus operandi : Sensörlerden ve giriş aygıtlarından gelen sinyalleri alır, önceden ayarlanmış bir programa dayalı mantıksal işlemler yapar ve bundan sonra sürücüler aktüatörler (örneğin, motorlar, silindirik borular, kapatma vanaları) verilen eylemleri gerçekleştirmek için kullanılır.
• Stil Hedefleri : Daha hızlı kontrol döngüleri, daha yüksek işlem gücü, daha büyük bellek ve çok daha kapsamlı iletişim kullanıcı arayüzleri hedefliyor.
• Hata Yönetimi : Standart bir PLC'nin kendisi çalışmayı durdurduğunda (örneğin, CPU hatası, bellek bozulması), sonuç durumu öngörülemez hale gelebilir. Sonuçlarını devre dışı bırakabilir, arızadan önceki son durumu tutabilir veya hatalı sonuç sinyalleri üretebilir. Özellikle endüstriyel koşullarda, bu alışkanlık çok tehlikelidir.

Kısacası, sıradan bir PLC seçkin bir “yönetici”dir, ancak sertifikalı bir “koruyucu” değildir.

2. Güvenlik PLC'si: "Emin" Operasyon İçin Doğmuş Bir Koruyucu

Geleneksel bir PLC'nin aksine, bir Güvenlik ve emniyet PLC'sinin tarzı, güvenliği en baştan itibaren en yüksek öncelik olarak ele alır.

Aşağıdaki gibi sıkı uluslararası güvenlik ve emniyet kriterlerini takip eder: IEC 61508  (yararlı güvenlik ve emniyet için evrensel standart) ve ISO 13849-1  (Kontrol sistemlerinin güvenlikle ilgili bileşenleri için).

En iyi amacı "güvenli" bir duruma ulaşmaktır; yani sistemin herhangi bir parçası (Güvenlik PLC'sinin kendisi de dahil) arızalanırsa, derhal önceden tanımlanmış, kesin bir güvenli duruma geçecektir (genellikle gücü kapatmak veya tehlikeli hareketi durdurmak).

Bu düşünceli değişim, esas olarak üç temel modern teknolojiyle elde edilen benzersiz donanım mimarisi ve yazılım programı algoritmalarında sembolize edilmektedir:

2.1 Mimari Ayrım: “Takım Çalışması”ndan “Yinelenen Denetim”e

Bu, Güvenlik ve emniyet PLC'si ile sıradan PLC'ler arasındaki estetik açıdan en belirgin farklardan biridir.

• Kriter PLC : Birkaç CPU içerebilir. Çok sayıda CPU mevcut olduğunda, genellikle katılımcı bir ortaklıkta çalışırlar ve her biri toplam verimliliği artırmak için farklı işleri (örneğin mantık yürütme, etkileşimler, hareket kontrolü) ele alır.
• Güvenlik PLC : En az iki (veya daha fazla) CPU içeren tekrarlayan bir mimari kullanmalıdır. Bu CPU'lar işleri bölmez; bunun yerine, aynı kontrol programını paralel olarak yürütürler. Her kontrol döngüsünün sonunda, sistem her iki CPU'dan gelen verilerin gerçek zamanlı karşılaştırmasını gerçekleştirir.
• Sonuçlar Eşleşti : Sistem, çalışmanın düzenli olduğunu tespit eder ve çıkışların enerjilendirilmesine izin verir.
• Sonuç Uyuşmazlığı: Sistem, dahili bir arızayı anında algılar, güvenlik mantığını yürütür ve tüm uygun çıkışları önceden tanımlanmış risksiz duruma (örneğin, enerjisiz) zorlar ve aynı anda bir alarmı etkinleştirir.

Bu "çift kanallı, paylaşımlı rehberlik" modeli, tek bir CPU'nun hesaplama hatasından kaynaklanan zararlı bir çıktı olasılığını temelden ortadan kaldırır.

2.2 Stil Bakış Açısı: Bilinmeyen Hataları Tespit Etmek İçin “Çeşitliliği” Kabul Etmek

Yedeklilik, rastgele donanım arızalarına karşı ilk savunma hattıysa, "çeşitlilik", "Olağan Sebep Arızaları"na (CCF) karşı bir başarıdır. CCF, tek bir nedenin birden fazla tekrarlayan kanalın eşzamanlı arızasına yol açması durumunda ortaya çıkar; örneğin, tüm bir CPU grubunda bulunan bir stil hatası.

Bunu aşmak için gelişmiş Güvenlik PLC'leri tarzlarını bir adım öteye taşıyorlar:.

• Ekipman Çeşitliliği : Her iki yedek CPU da farklı üreticilerden temin edilebilir (örneğin, biri Texas Instruments'tan, biri Infineon'dan). İç tasarımlarının, yönlendirme koleksiyonlarının ve hatta üretim süreçlerinin farklı olması nedeniyle, aynı tasarım kusurunu paylaşma olasılıkları çok düşüktür.
• Yazılım Çeşitliliği : Aynı kullanıcı mantığı çalıştırılsa bile, bu mantık çeşitli derleyiciler tarafından sık sık geliştirilerek 2 bağımsız çalıştırılabilir kod kümesi oluşturulur. Bu, bir derleyici hatasından kaynaklanan sistemsel hataları etkili bir şekilde tespit edebilir.

Bu "çeşitlilik" tasarım felsefesi, farklı geçmişlere sahip iki uzmanın aynı kaydı ayrı ayrı incelemesine benzetilebilir; tek bir uzmanın düzeltilmiş bir zihin yapısı nedeniyle gözden kaçırabileceği yerleşik endişelerin tespit edilmesini sağlar. Sistemin bilinmeyen ve sistemsel hataları tespit etme kapasitesini önemli ölçüde artırır.

2.3 Tanılama Yeteneği: Ortak "Kendi Kendine Tanılama"

Bir Güvenlik ve Emniyet PLC'sinin "güvenliği ve emniyeti" sadece yedeklilik ve çeşitlilikten ibaret değildir; aynı zamanda etkili ve sürekli kendi kendini teşhis etme yeteneklerinde de kendini gösterir. Bu teşhisler kapsamlıdır ve girdiden sonuca kadar tüm güvenlik açığını kapsar.

• CPU ve Bellek Tanılama : Her tarama döngüsünün başında ve sonunda CPU kayıtlarında, RAM'de ve ROM'da kapsamlı incelemeler gerçekleştirilir.
• Güç Kaynağına Dikkat Edilmesi Gerekenler: Dahili güç kaynağı voltajları gerçek zamanlı olarak kontrol edilir. Güvenli tipten sapmaları durumunda, bir güvenlik kilidi hızla devreye girer.
• G/Ç Ağ Tanılamaları: Bu, yaygın PLC'lerden önemli bir farklılaştırıcıdır. Güvenlik G/Ç modülleri, aşağıdaki gibi devre teşhislerini aktif olarak gerçekleştirir:
• Girişler : Kısa devreleri, açık devreleri (kablo kopmaları) veya harici güç kaynaklarıyla çapraz devreleri belirleme.
• Çıktılar : Sonuç kanalının düzgün değişip değişmediğinin tespiti ve kısa devreler veya dış voltaj yorumları gibi endişelerin belirlenmesi.
• Saat Gözetimi : İkiz saat sistemleri, saat kayması veya arızasından kaynaklanan mantıklı zamanlama hatalarını önlemek için birbirini takip eder.

ISO 13849-1 kriterine göre bu analiz adımları “Tanısal Koruma (DC)” adı verilen hayati bir spesifikasyona katkıda bulunmaktadır.

Üst düzey bir Güvenlik ve Emniyet PLC'si (örneğin, PLe için derecelendirilmiş bir PLC), 99% veya daha yüksek bir Tanı Koruması seviyesine ulaşmalıdır; bu da sistemdeki 99%'den fazla potansiyel tehlikeli arızanın zamanında tespit edilebileceği anlamına gelir. Geleneksel bir PLC'nin arıza teşhis kapasitesi bu seviyenin çok altındadır.

3. Kapsamlı Karşılaştırma: Güvenlik ve emniyet PLC'si ile Gereksinim PLC'si

Aralarındaki ayrımı daha içgüdüsel bir şekilde anlayabilmek için aşağıdaki tabloda kapsamlı bir yan yana analiz sunulmaktadır:

4. Güvenlik PLC'si ne zaman zorunludur?

PLC seçimi bütçeye göre değil, kapsamlı bir Tehlike Analizi'nin sonuçlarına göre yapılmalıdır. İncelenen tehlike seviyesine bağlı olarak, gerekli Güvenlik Dürüstlük Seviyesi (SIL) veya Verimlilik Seviyesi'ni (PL) karşılayan bir kontrol sistemi seçmelisiniz.

Genellikle, uygulamanız aşağıdakilerden herhangi birini gerektirdiğinde, nitelikli bir Güvenlik PLC'sinin kullanımı zorunludur veya şiddetle önerilir:.

• İnsanların sık iletişim kurduğu tehlikeli yerler: örneğin, damgalama presleri, saçma kalıplama makineleri, ışık perdesi, emniyet kapıları veya iki elle kontrol gerektiren robot hücreleri.
• Yüksek hızlı veya ağır yük cihazları: Büyük konveyörler veya istifleyici vinçler gibi beklenmedik bir başlatma veya durdurma hatasının büyük hasara yol açabileceği yerlerde.
• Patlama veya yanma risklerine karşı kontrolü artırın: Örneğin, kazanlar ve Isıtıcı Yönetim Çözümü (BMS), bir kontrolün başarısız olması trajik bir olaya yol açabilir.
• Kanun ve yönetmeliklerde açıkça öngörülen uygulamalar: Birçok ülke ve bölgede, belirli makine güvenliği kriterleri, belirli bir verimlilik derecesine uygun güvenlik kontrol sistemlerinin kullanımını zorunlu kılmaktadır.

Bir Güvenlik PLC'si satın almak, temelde en değerli varlıklarınız olan çalışanlarınız ve üretim cihazlarınız için güvenilir bir "sigorta planı" satın almaktır.

Son düşünce: Güvenlik, Pazarlık Edilemez Bir Kârdır

İlk endişemize dönersek, tipik bir PLC ile bir Güvenlik PLC'si arasındaki fark, basit bir kelime seçiminden çok daha fazlasıdır. Tasarım felsefesi, donanım mimarisi, teşhis cihazları ve yasal sorumluluk açısından bir uçurumu temsil eder.

• Bir Gereksinim PLC'si, görevleri verimli bir şekilde yerine getirmekten sorumlu olan bir otomasyon sisteminin "iş gücüdür".
• Güvenlik ve emniyet PLC'si sistemin "koruyucu meleği" ve "güvenlik elemanı"dır. Perde arkasında sessizce çalışır, ancak en kritik anlardan birinde, olası bir kazaya karşı son ve en sağlam koruma hattı olarak görev yapar.

Bir sonraki otomasyon projenizi planlarken, güvenliği isteğe bağlı bir işlev veya ek bir maliyet olarak görmeyin. Klinik bir tehlike analizi yapın ve sisteminiz için doğru çözümü seçin. Ticari güvenlik dünyasında, hiçbir gelişmiş verimlilik veya kapasite, tek bir önlenebilir kazadan kaynaklanan kayıpları telafi edemez. Bir Güvenlik PLC'si seçmek, can, mal ve işletmenizin geçmişine karşı ciddi bir bağlılıktır.