Lo standard di sicurezza funzionale IEC 61508 ha reso la vita molto più semplice ai costruttori di macchine e agli utenti finali. Il risultato sono macchine più sicure, più intelligenti, più piccole, più semplici e con migliori prestazioni.
La sicurezza delle macchine si è evoluta in modo significativo a partire dagli anni '90, con la pubblicazione dello standard di sicurezza funzionale IEC 61508 nel 1998 che ha segnato un punto di svolta per i costruttori di macchine e gli utenti finali. Con un concetto di sicurezza standardizzato, i fornitori di apparecchiature e i costruttori di macchine potevano infondere nei propri clienti la fiducia che i loro sistemi di sicurezza erano stati testati e controllati rigorosamente e gli utenti non dovevano più dedicare tempo e risorse all’analisi del rischio di guasto di una macchina o di un sistema.
L'introduzione della sicurezza funzionale e dei relativi standard ha anche (quasi) liberato i costruttori di macchine dal compito di progettare la sicurezza, nonché dalla necessità di acquistare, installare e collegare banchi di hardware, come contattori di sicurezza, relè, interruttori, IO e dispositivi di controllo dei freni, nonché l'estenuante processo di valutazione della sicurezza delle macchine e processi di approvazione.
In precedenza, il funzionamento sicuro delle macchine veniva ottenuto utilizzando relè che interrompevano l'alimentazione se veniva violata una condizione di sicurezza, ad esempio un operatore che entrava in un recinto o rompeva una barriera fotoelettrica. La sicurezza funzionale ha sostituito l’hardware e il costoso processo di approvazione con il software. Il risultato non è solo una vera sicurezza “funzionale”, ma anche un aumento dei tempi di attività, una migliore produttività e una riduzione degli scarti per gli utenti finali.
A differenza dei tradizionali sistemi di sicurezza basati su hardware, la sicurezza funzionale si basa su componenti classificati di sicurezza. La differenza principale è che invece di utilizzare molti componenti di sicurezza, gran parte di essi può essere integrata, ad esempio, in un servoazionamento. L'obiettivo finale è sostituire la maggior parte dell'hardware di sicurezza con software come Failsafe over EtherCat (FSoE). Sono ancora necessari alcuni componenti hardware, come freni di sicurezza, IO ed encoder, per controllare i parametri operativi dell'apparecchiatura.
Invece di interrompere istantaneamente l’alimentazione a un asse se un parametro di sicurezza viene violato, i sistemi di sicurezza funzionale limitano il movimento dell’asse. Ciò consente al sistema di gestire un guasto mantenendo un livello di sicurezza predefinito e informando l'utente tramite autodiagnosi e avvisi automatizzati.
Monitorare e rispondere
Le funzioni di sicurezza basate sull'azionamento coprono un'ampia gamma di attività, dall'arresto sicuro dell'azionamento al monitoraggio dei parametri di movimento come velocità, posizione o coppia. Le funzioni di sicurezza integrate in alcuni servoazionamenti includono:
Coppia di sicurezza disattivata (STO). Ciò rimuove l'alimentazione al motore. L'albero continua a ruotare liberamente senza applicare alcuna coppia finché l'energia cinetica non si esaurisce. L'azionamento rimane energizzato per un riavvio più rapido. STO può essere attivato da due segnali hardware o dalla comunicazione FSoE.
Arresto di sicurezza 1 (SS1). La frenatura attiva porta l'albero ad un arresto rapido e controllato in modo che l'asse smetta di girare. A questo punto viene invocata la STO. SS1 viene utilizzato laddove il movimento di un asse potrebbe mettere in pericolo persone o apparecchiature.
Arresto operativo sicuro (SOS). L'azionamento mantiene il motore a velocità zero senza rimuovere la coppia. L'apparecchiatura può riavviarsi immediatamente senza ripristino.
I servoazionamenti Platinum di Elmo incorporano funzioni di sicurezza complete riducendo al contempo il numero di componenti di sicurezza necessari, nonché il consumo energetico, la complessità e i costi della macchina.
Sosta sicura 2 (SS2). La frenata controllata porta le apparecchiature ad alta energia cinetica a un arresto controllato, a quel punto viene invocato l'SOS. Viene utilizzato quando un movimento aggiuntivo potrebbe essere pericoloso per persone, prodotti o apparecchiature.
Controllo sicuro della frenata (SBC). Ciò fornisce il controllo sicuro di un freno di spegnimento esterno e viene generalmente utilizzato su assi verticali. Se un sistema di frenatura ridondante si guasta, l'unità in genere invoca SOS.
Velocità limitata in sicurezza (SLS). Questo imposta una velocità massima. Se un errore fa sì che il sistema superi un valore di soglia, l'azionamento porta l'asse in uno stato sicuro.
Coppia limitata in sicurezza (SLT). Ciò limita la coppia del motore limitando la corrente fornita dal convertitore.
Posizione Sicura Limitata (SLP). Ciò limita l'inviluppo entro il quale un carico può muoversi monitorandone la posizione tramite il feedback dell'encoder. Se segnala che il carico si è spostato oltre l'involucro consentito, viene arrestato utilizzando SS1/STO o SS2/SOS. La risposta rapida di queste funzioni riduce al minimo il margine di sicurezza attorno all'apparecchiatura.
Ingresso/uscita sicuri. Per i servoazionamenti con I/O sicuri (come la serie Platinum di Elmo), sono supportati due tipi di ingressi digitali sicuri: ingresso digitale con uscita di impulsi di prova per la diagnostica e ingresso digitale con OSSD (dispositivo di commutazione del segnale di uscita) per barriere fotoelettriche, tende e così via. L'uscita del freno sicura è conforme a SIL3. La logica dell'ingresso sicuro è simile al controllo FSoE e la logica dell'uscita sicura è simile allo stato FSoE.