Sikkerhed - Risici med vertikale akser
Overvågning og styring er en del af funktionel sikkerhedsteknologi
Mennesker og maskiners sikkerhed er en konstant udfordring. Dette gælder især for applikationer, der involverer belastninger, som transporteres og placeres lodret.
Der er udfordrende problemer som opstår fra design til konstruktion. Især når målet er at skabe sikkerhed for lodrette akser med høje belastninger ved hjælp af den holdebremse, der er installeret i drivmotoren.
I mange tilfælde kan en person ikke længere garanteres beskyttelse, idet risikoen øges, hvis belastninger kan glide igennem og der opstår uforudsete hændelser, som man skal tage højde for ved sin risikovurdering.
Vertikale risikable akser findes på mange maskiner.
Motorbremsen og standarden IEC/EN ISO 13849
Den traditionelle løsning til sikker bremsestyring viser sig at være problematisk på grund af nye sikkerhedsstandarder. Motorbremsen skal testes med jævne mellemrum for at sikre, at den fungerer korrekt. Dette ledsages af det faktum, at indlejring af testfunktionen i standardkontrollerne er i konflikt med kravene i sikkerhedsstandarden IEC/EN ISO 13849-1.
Kollmorgen’s løsning bygger på drev-baseret sikkerhedsteknologi - specifikt i form af sikkerhedsfunktionen Safe Brake Control med integreret bremsetest.
Standarden IEC/EN ISO 13849-1
Denne del af ISO 13849 indeholder sikkerhedskrav og giver vejledning om principperne for konstruktion og integrering af sikkerhedsrelaterede dele af styresystemer (SRP/CS), herunder konstruktion af software. For disse dele af SRP/CS specificeres egenskaber, som omfatter det PL-niveau, der kræves for at udføre sikkerhedsfunktioner.
Standarden gælder for SRP/CS til høj fordring eller vedvarende driftsform, uanset den anvendte type teknologi og energi (elektrisk, hydraulisk, pneumatisk, mekanisk osv.) i alle slags maskiner.
AKD2G servo drev
To gange strømtætheden!
AKD2G-serien af servodrev fra Kollmorgen er et godt eksempel på, hvordan man opnår yderligere fordele inden for maskiner og systemkonstruktion med øget sikkerhed. Produktet vil give vigtige sikkerhedsfunk-tioner på controllersiden med Safe Brake Control (SBC) og Safe Brake Test (SBT).
Udfordring med enkeltkanals struktur - Ingen redundans og kompleks beregning af sikkerhedsniveauet i overensstemmelse med IEC/EN ISO 13849.
Den innovative funktion ved implementering af sikkerhedsfunktioner med holdebremsen integreret i motoren gælder især for områder, hvor overflødige dobbeltkanals sikkerhedsbremser er for komplicerede eller for dyre.
Disse anvendelsesområder vil også blive mere og mere hyppige, ikke mindst som et resultat af samarbejdsproduktion.
Brugerne bevæger sig i stigende grad mod anlægsautomation, hvad enten det drejer sig om opsætning, montering eller vedligeholdelse. Disse typer aktiviteter med en tæt
forbindelse mellem menneske og maskine er kun mulige, hvis det relevante samarbejde er sikkert.
AKD2G-funktioner inkluderer dobbeltakse, udvidelig I/O (uden at forøge størrelsen), aftagelig hukommelse, dual-channel STO og det første drev med farvegrafisk display.
AKD2G er optimeret til enkeltstik AKM2G og AKM (m/u bremse) ledningsreduktion med enkelt hybridkabeltek-nologi. AKD2G tilbyder også en mulighed for sekundær feedback til understøttelse af gamle feedback.
Sikker bremseovervågning
Det generelle princip er at drevmotorens installerede holdebremse skal være udformet på en sådan måde, at den er i stand til at holde belastningen lodret på en akse. Der er to effekter, som følger heraf med hensyn til implementering: Tilstrækkelig størrelse for holdebremsen med et momentoverskud på 30 % til den maksimale belastning og sikker identifikation af fejl eller fejl, der resulterer i at det konstaterede bremsemoment ikke opnås.
I det andet tilfælde kan en person ikke længere garanteres beskyttelse. Idet risikoen øges og belastninger kan glide igennem.
Med Safe Brake Test (SBT) har Kollmorgen lanceret en effektiv sikkerhedsfunktion for servodrev i S700-serien og AKD2G-serien så eventuelle fejl eller fejl kan identificeres sikkert.
Safe Brake Test sikkerhedsfunktionen er ansvarlig for at udføre regelmæssige test på fjederpåførte bremser installeret i Kollmorgen’s AKM og AKM2G servomotorer.
Det krævede bremsemoment, der stammer fra applikationen bliver automatisk gennemgået af sikkerhedsteknologien i drevstyringen med regelmæssige intervaller. Dette sikrer en sikker funktionalitet.
Der kan være flere årsager til tab af det nominelle bremsemoment for en fjederpåført bremse. Typiske årsager er glaserede eller slidte friktionspuder, olierester samt brudte fjedre. Den fjederpåførte bremse kan ikke længere opnå sit fulde bremsemoment, hvis fjedrene går i stykker som følge af materialets træthed.
Da det kan antages, at ikke alle bremser går i stykker på samme tid vil faldet i bremsemomentet forekomme gradvist - En proces, der kan overvåges ved hjælp af SBT. Disse test udføres mindst en gang pr. skift afhængig af risikovurderingen for en given applikation.
Test rutiner i drevet
Da det er nødvendigt at anvende drejningsmomenter til SBT, er integrering af denne sikkerheds testfunktion i drevstyringen den eneste mulighed, da controllerne er nødt til at producere dette drejningsmoment.
Lignende testfunktioner, der tidligere blev udført af PLC systemer, er problematiske under hensyn til de gældende standarder. IEC/EN ISO 13849 er især relevant i denne forbindelse og bestemmer, at parametrene til bremsetesten skal konfigureres sikkert.
Da en ekstern sikkerheds PLC imidlertid ikke er i stand til at anvende drejningsmoment, er integration af SBT i Kollmorgen servo-drev en passende mulighed med det formål at opnå ydeevne-niveauer i forbindelse med Safe Brake Control (SBC).
Slankt design til sikkerhedsteknologi
Sikker FSOE-kommunikation til aktivering af Safe Motion funktioner med den nye AKD2G-generation af servo-drev sparer betydelig ledningsarbejde.
Tilgængeligheden øges også, idet man ved at komponenter og kabler forbedrer den generelle systemsikkerhed.
Kollmorgen giver en yderligere sikkerhedsfunktion til drevet under løbende drift med Safe Brake Control. Dette kan nemt konfigureres via Kollmorgen Workbenchs grafiske brugergræn-seflade
uden at kræve yderligere applikationssoftware til sikkerhedsteknologien. Da sikker motion vejledning også logisk kræver sikker kommunikation, bruger den nye AKD2G-serie sikkerhedsprotokollen til Ethercat FSoE.
Som resultat integreres kommunikationen i realtid for sikkerhedsteknologien i maskinens eksisterende kommunikation. Dette betyder, at der ikke kræves yderligere ledninger sammen med I/O-moduler for at kontrollere Safe Motion-funktionerne.
Fordelene:
Pladsbesparelser på omkring 15 procent i kontrolkabinettet med omkostninger til sikkerhedsteknologien reduceret med op til 20 procent på samme tid. Tilgængeligheden øges også, da man ved, at nogle komponenter og kabler forbedrer den generelle systems pålidelighed.
Kollmorgen supplerer denne tilgang til implementering af drevbaserede sikkerhedsløsninger for lodrette belastninger med sikker effektreduktion for motorbremsen. Baggrunden for dette er at en magnetisk spole bruges til at hæve en fjederpåført bremse.
Det er værd at reducere strømmen i overensstem-melse hermed, da der kræves et højere kraftniveau til at hæve end det der kræves for at opretholde en hævet tilstand.
Der er to fordele ved dette:
Energiforbruget reduceres under maskindrift, og mængden af varme, der er spredt inde i motoren, er mindre, mens motoreffekten øges. Den originale opgave for fjederpåførte bremser i servomotorer involverer at belastninger holdes eller holdes direkte under et nødstop.
Disse komponenter er ikke sikkerhedskomponenter efter design og har derfor ikke deres egne PL- eller PFH-værdier (Probability of Failure per Hour/ Probability of Failure on Demand).
Disse fjederanbragte bremser er ikke sikkerhedskomponenter efter design og har derfor ikke deres egne PL- eller PFH-værdier. Disse skal i stedet beregnes via pålidelighedsparameteren B10d.
At sikre, at drevstyringerne er i stand til at styre fjederpåførte bremser sikkert og overvåge disse sikkert, betyder, at sikkerhedsniveau SIL2 / PLd kan opnås enkelt og omkostningslønsomt. Med en anden redundant bremse vil det være muligt at opnå et sikkerhedsniveau op til SIL3 / PLe.
B10d:
Det antal koblinger, som komponenten kan foretage før 10 % af komponenterne har svigtet i en farlig tilstand. For elektromekaniske og pneumatiske komponenter.
MTTFd værdi:
Mean time to dangerous failure – Forventet middeltid (antal år) til et farligt svigt. Tiden fra idriftsættelse til første, farlige fejl. Fremkommer når man arbejder med IEC/EN ISO 13849-1.
Performance level – Diskret niveau, der anvendes til at specificere evnen ved styresystemets sikkerheds relaterede dele til at udføre en sikkerhedsfunktion under forudseelige betingelser. Angiver sandsynligheden for, at der sker farlige fejl i et sikkerhedssystem. PL-niveauer: a, b, c, d, e.
For at gøre det lettere for konstruktøren at vurdere hvilket PL-niveau, der er opnået, benyttes standarden IEC/ENISO13849. Den beskriver en metodik, der er baseret på at kategorisere konstruktioner efter specifikke konstruktionskriterier og specificerede virkemåder under fejltilstande. Disse sikkerheds kategorier er opdelt i fem niveauer og betegnes: B, 1, 2, 3 og 4.
Styresystemers sikkerhedsrelaterede dele’s evne til at udføre en sikkerhedsfunktion under for-udseelige betingelser indplaceres på et af fem niveauer. Disse kaldes PL-Niveauer: a, b, c, d og e. Disse PL-niveauer defineres som sandsynligheden for farligt svigt pr. time.
PL-niveauer og kategorier kan gælde for sikkerhedsrelaterede dele af styresystemer som: Tohåndsbetjeninger, tvangskoblingsudstyr, berøringsløst beskyttelsesudstyr som footelektriske afspærringer, trykfølsomt udstyr, styreenheder (en logisk enhed til styrefunktioner, databehand-ling, overvågning osv.) Effektregulerende dele som relæer, ventiler osv.
Styresystemer kan udføre sikkerhedsfunktioner i alle slags maskiner; fra enkle maskiner til produktionsanlæg som pakkemaskiner, trykkerimaskiner, presser mv.
SIL - Safety integrity level:
Diskret niveau (et af fire mulige) til fastlæggelse af kravene til sikkerheden af de sikkerhedsfunktioner, som tildeles det sikkerheds relaterede E/E/PE-system, hvor SIL-niveau 4 er det højeste og SIL-niveau 1 er det laveste.
SIL-niveau gælder for større procesanlæg.
Læs CE-mærkningsproceduren om risikovurdering, acceptabelt risikoniveau og hvordan man sikrer sin maskine eller anlæg i henhold til maskindirektivets mindstekrav.