Устройства сигнализации и защиты - чрезвычайно важные компоненты автоматизированного промышленного оборудования. Они являются компонентами систем, отвечающих за безопасность использования.
Оповещение и сообщение об опасных ситуациях имеют решающее значение для быстрого реагирования на их возникновение и в диагностических целях. Благодаря тревожным сигналам гораздо проще указать причину простоя или выхода из строя, а значит, риск их повторения в будущем намного ниже.
Устройства безопасности позволяют эффективно обнаруживать аварийные, опасные и нежелательные ситуации, тем самым обеспечивая максимально быструю реакцию системы, соответствующую данному типу ситуации.
Светосигнальные колонны и башни (промышленные световые индикаторы)
Современные машины, устройства и технологические линии часто оснащены сигнальными столбиками или колоннами (Signal Light Column). Благодаря этим компонентам автоматизации можно постоянно оценивать состояние того или иного технологического процесса.
Преимущество использования сигнальных колонн в промышленности заключается в возможности очень быстрой передачи четких сообщений о процессе оператору.
Одна из ключевых функций сигнальных колонн - информирование о возникновении аварийного состояния или ситуации, требующей вмешательства оператора данной системы автоматизации. Благодаря таким сигналам намного проще определить место, где требуется вмешательство, а время между возникновением аварийной ситуации и подтверждением этого факта персоналом может быть максимально сокращено.
Чаще всего сигнальные столбики имеют модульную структуру, поэтому их можно использовать для любого приложения.
Базовыми строительными блоками описанных компонентов автоматизации являются световые модули.
Они доступны в пяти основных цветах: красный - информирующий о возникновении аварийной ситуации или прямой угрозе сотруднику, требующей остановки процесса, желтый - идентичный предупреждению о состоянии данной машины или устройства с одновременным указанием необходимость сервисного вмешательства, зеленый - информирует о правильной работе машины, синий и белый - указывает на необходимость сервисного вмешательства, не связанного с неисправностью или ситуацией предупреждения. Примером может служить необходимость доставить или собрать сырье.
Некоторые производители предлагают разные оттенки желтого, следовательно, количество доступных цветов в их предложении немного больше.
В зависимости от модели световые модули могут излучать непрерывный, мигающий, вращающийся или стробирующий сигнал. Чаще всего они управляются цифровыми устройствами автоматики.
Дополнительно звуковой модуль можно использовать для оповещения об опасных ситуациях или сбоях. Обычно его добавляют в столбики над световыми модулями. Благодаря ему можно транслировать звуковой сигнал тревоги, который еще быстрее привлекает внимание оператора данной системы автоматизации и помогает определить место сбоя.
Звуковой модуль издает звуки громкостью 90–100 дБ. Большинство доступных на рынке модулей позволяют выбирать тембры звуков, например, с помощью переключателя.
К аварийным ситуациям, требующим использования красного светового индикатора или звукового сигнала, относятся:
- несанкционированное вторжение в защищенную зону во время производственного цикла,
- аварийный останов с использованием специальных кнопок безопасности,
- возникновение ошибок на приводных устройствах, например, появление значительной ошибки, появление аварийного сигнала на устройствах, которые являются неотъемлемой частью всей системы, без которой не может продолжаться весь производственный цикл.
Примером фактора, запускающего красный сигнал, может быть неконтролируемое повышение температуры.
На рынке автоматики есть сигнальные колонны с питанием от постоянного или переменного напряжения разного уровня - чаще всего это напряжение 24 В постоянного тока и 230 В переменного тока.
Модули колонн изготавливаются из устойчивых к повреждениям материалов, например поликарбоната. Степень их защиты может быть самой разной, поэтому при выборе конкретного компонента обращайте внимание на условия окружающей среды, в которых он будет использоваться.
Большинство производителей сигнальных столбов предоставляют возможность их установки в любой выбранной ориентации. Каждый из них предлагает монтажные элементы, благодаря которым отдельные модули можно комбинировать друг с другом, а затем монтировать целиком непосредственно на машине или корпусе устройства, на специальной стойке или в непосредственной близости от них.
Сетевые анализаторы
Другими устройствами, которые могут выполнять функции сигнализации, являются анализаторы цепей (Network Analyzers, сетевые анализаторы). Благодаря их наличию можно легко определить состояние сетевых параметров. Если такая функция существует, анализаторы, помимо выполнения измерений, записывают формы сигналов и анализируют их или используют их как исторические входные данные.
В зависимости от модели анализатор может иметь несколько светодиодных дисплеев для представления переменных, установленных производителем, или ЖК-дисплей, позволяющий отображать больше данных, тип которых может быть настроен пользователем устройства.
Каждый из имеющихся на рынке анализаторов позволяет контролировать мгновенные значения основных параметров электрической сети, то есть тока, мощности или напряжения, которые измеряются в строго определенное время, определяется интегратором - от десятков миллисекунд до нескольких секунд.
Более сложные устройства рассматриваемого типа могут собирать информацию о мгновенных данных, сохранять ее и обрабатывать для анализа.
В зависимости от модели анализаторы цепей могут анализировать активную и реактивную мощность, гармоники, асимметрию или баланс энергии.
Такие устройства обладают полезной функциональностью в виде счетчика рабочего времени и позволяют контролировать затраты на электроэнергию на основе изучения текущего состояния сети.
Для записи данных необходимо сохранить их в памяти устройства. В более сложных анализаторах данные сохраняются во внешнем хранилище - обычно для этого используется SD-карта.
На рынке есть анализаторы, адаптированные для монтажа на DIN-рейку и на плату. Кроме того, есть портативные анализаторы, но в силу своей специфики они не могут выполнять функцию сигнализации. Их основная задача - специальная диагностика, они также используются в случае сомнений, связанных с правильным протеканием технологического цикла машиной или устройством.
Удаленное управление процессом
На рынке автоматизации есть устройства, задача которых - удаленно оповещать и сообщать о текущем состоянии технологического процесса. Одним из примеров устройств этого типа является компактная система сигнализации TC Mobile I/O X200, предлагаемая Phoenix Contact (Compact Alarm System).
Принцип работы основан на оповещении и оповещении по сотовой сети. Оповещения, связанные с текущим статусом приложения, отправляются с помощью текстовых SMS-сообщений, электронной почты и GPRS.
Благодаря такому решению время реакции оператора системы после выявления тревожной ситуации намного короче. Устройства рассматриваемой серии позволяют осуществлять удаленную диагностику и переключение релейных выходов.
Интересное решение - промышленная платформа IXON Cloud. Это облачная платформа, которая позволяет удаленно обслуживать различные типы промышленных устройств и получать доступ к их технологическим данным.
Благодаря использованию такого решения в промышленном применении можно быстро предупреждать и сообщать о чрезвычайных ситуациях. Это значительно сокращает время реакции на возникновение нежелательного явления. Несомненно, такое решение можно рассматривать как часть идеи Индустрии 4.0.
Защита от несанкционированного доступа
Одна из основных функций безопасности - защита от несанкционированного доступа. Устройства, используемые для этой цели в автоматизированных системах автоматизации, контролируют определенные зоны на машинах и устройствах или строго определенные зоны, связанные с ними.
В группу компонентов автоматики, подходящих для защиты от незапланированного доступа персонала или третьих лиц, входят: световые барьеры и завесы, сканеры и специальные защитные коврики, бамперы, тросовые переключатели, кнопки безопасности, электромагнитные замки.
Они дополняют системы ограждений воротами, которые используются в промышленности для защиты относительно больших охраняемых территорий от несанкционированного доступа.
Световые барьеры и световые завесы - устройства с аналогичным принципом действия. Барьеры (Safety Light Barriers) чаще всего защищают зоны вокруг машин и устройств, а световые завесы (Light Curtain) защищают зоны, непосредственно связанные с ними.
Эти компоненты различаются количеством испускаемых лучей. И барьеры, и завесы работают попарно - в конфигурации передатчик-приемник.
Световые лучи, испускаемые одним устройством, принимаются другим устройством. Отсутствие регистрации набора лучей приемником указывает на нарушение передачи лучей, что на практике означает появление нежелательного объекта в области между передатчиком и приемником.
Часто может возникнуть необходимость в использовании функции отключения звука, то есть запланированного временного разрешения на пересечение границ, защищенных барьерами и завесами. Это может быть полезно, например, при доставке сырья или сборе готовых деталей.
Барьеры и завесы могут быть разной высоты и излучать разное количество лучей. Комбинации этих параметров определяются разрешением. Чем выше разрешение, тем меньше максимальный размер объекта, который может незаметно пройти между передатчиком и приемником.
Сканеры безопасности (Security Scanners) часто можно встретить в современных системах автоматизации. Это современные устройства, защищающие определенные зоны от несанкционированного доступа.
Их можно использовать для определения двух типов зон - предупреждающих и тревожных. Первый из них намного шире, но при этом не заставляет систему немедленно реагировать в виде остановки технологических процессов. Один из ключевых параметров сканеров безопасности - это максимальный угол обзора.
Сканеры позволяют определять защищенное поле, которое может принимать различные, даже сложные формы. Доступ к полю контролируется в зависимости от времени, необходимого для возвращения отраженного лазерного сигнала.
Благодаря своей сложности они представляют собой гораздо более компактную альтернативу барьерным и занавесным системам. Преимуществом сканеров является возможность вертикального монтажа, благодаря чему появляется возможность защитить участки, которые сложно защитить барьерами или завесами.
Еще один вид предохранительных устройств - это защитные коврики (Pressure-Sensitive Safety Mats, чувствительные к давлению маты, как предохранительные устройства в опасных зонах). Появление на их поверхности объекта синонимично возникновению события, классифицируемого как опасное.
Чувствительные к давлению защитные коврики помогают производителям обеспечить дополнительную защиту оператора.
Одним из параметров, определяющих данный коврик, являются его размеры. В большинстве случаев можно объединить несколько ковриков в одну большую площадь. Однако при выборе подходящей модели следует обращать внимание на максимально допустимое количество матов, которые можно напрямую соединить между собой.
Еще одним параметром, характеризующим коврики безопасности, является их максимально допустимое давление на удельную поверхность, которая чаще всего определяется как круг диаметром 80 мм. Другой - минимальное давление, необходимое для обнаружения датчиками на поверхности мата.
Как и другие устройства, защищающие от несанкционированного доступа, было бы хорошо, если бы защитные коврики также можно было временно отключить на время планового и повторяющегося технического обслуживания. В случае матов чаще всего речь идет о разрешении проезда вилочного погрузчика, доставляющего сырье или собирающего готовую продукцию.
Выбирая конкретный защитный коврик, стоит обратить внимание на его отделку, форму кромок и их защиту, что влияет на эргономичность использования и их долговечность.
Другой тип предохранительных устройств для машин и устройств - это предохранительные выключатели с тросовым приводом (Safety Rope Switches).
Как следует из названия, переключатели соединяются попарно тросом, помещенным в рым-болты или направляющие ролики.
Другое решение - приложить пружину с одной стороны. Затягивание троса генерирует сигнал, информирующий о возникновении опасной ситуации. Трос может тянуться за движущийся объект или сознательно тянуться человеком, что делает его инструментом, в принципе похожим на кнопку безопасности.
Отличие состоит в том, что существенно расширяется область, в которой системный оператор или третье лицо может немедленно остановить тот или иной технологический процесс.
На рынке автоматизации доступны различные тягово-проволочные переключатели. Одним из определяющих параметров является максимальная длина шнура, который можно к ним прикрепить.
Стоит подчеркнуть, что линия должна быть правильно размечена, например, флажками для лучшей видимости в пространстве, особенно когда она не слишком сильно выделяется из окружающей среды. Это позволяет оперативно вмешиваться оператору или третьим лицам в случае обнаружения опасной ситуации.
Все вышеперечисленные элементы безопасности изготовлены из прочных и устойчивых к механическим повреждениям материалов - полимеров или алюминия.
Сердце безопасности
Вторжение в охраняемую зону и разрыв цепи безопасности вызывает немедленную остановку выполняемого в данный момент технологического процесса. Это возможно благодаря использованию специальных контроллеров безопасности (Security Controllers). Они составляют высший элемент, благодаря которому можно реализовать предполагаемый алгоритм безопасности приложения. Они отличаются от обычных ПЛК своей архитектурой и дизайном.
Контроллеры безопасности имеют два пути для анализа входных и выходных сигналов, которые контролируют друг друга. Они обеспечивают максимально быстрое реагирование систем управления приборами и автоматикой на опасную ситуацию.
Все исполнительные механизмы, угрожающие персоналу или третьим лицам, оказавшимся в охраняемой зоне, останавливаются. Кроме того, должны быть остановлены все связанные процессы - в том числе те, которые напрямую не угрожают указанным людям, но их продолжение не оправдано из-за остановки выбранных участков процесса.
Примером может служить конвейер, который подает полуфабрикаты к устройству аварийной остановки. Основная задача, выполняемая контроллерами безопасности, - это сбор текущей информации со специальных датчиков и соответствующая реакция на возникновение тревожной ситуации.
Другими словами, контроллер безопасности должен обеспечивать перевод защищаемой системы в безопасное состояние в случае возникновения опасной ситуации.
Реакция обычно заключается в безопасном управлении ключевыми устройствами, отвечающими за движение исполнительных механизмов.
Например, нарушение зоны безопасности, обнаруженное оптическими преградами, вызывает безопасную остановку двигателей и перевод приводов и преобразователей частоты в аварийное состояние, предотвращающее дальнейшую работу до тех пор, пока нарушение зоны безопасности не прекратится.
Процесс программирования контроллеров безопасности основан на объединении готовых блоков, имеющихся в готовых библиотеках, что сводит к минимуму риск неправильной настройки контроллера.
Программируемые версии контроллеров являются гибкими и позволяют выполнять более сложные задачи, чем их более простые аналоги, конфигурируемые с помощью кнопок и дисплея на корпусе устройства.
Примеры контроллеров безопасности можно найти в предложениях многих компаний, работающих в сфере автоматизации. Одна из них - компания Sick, которая предлагает семейство программируемых устройств из серии Flexi Soft.
Специальное программное обеспечение Flexi Soft Designer позволяет настраивать эти устройства, которые отличаются своей модульной структурой. Благодаря такому подходу решения с использованием рассматриваемого контроллера безопасности масштабируются и адаптируются к текущим потребностям приложения.
Другой пример семейства программируемых контроллеров безопасности - серия MELSEC-QS/WS из портфолио Mitsubishi Electric. Их настройка выполняется с помощью специального программного обеспечения, оснащенного соответствующими функциональными блоками. Как и в случае с предыдущим семейством, устройства имеют модульную структуру, что делает систему масштабируемой.
Контроллер включает в себя: модуль центрального процессора, объединительную плату, специальный модуль питания, модули ввода и вывода и, при необходимости, модули связи. Специальная программа GX Developer позволяет отслеживать работу устройства и выполнять простую диагностику ошибок и сбоев благодаря регистрации событий - фиксируя время их возникновения, место и обстоятельства.
Еще один пример программируемого контроллера безопасности - модель SC26-2 из предложения Turck. Специальное программное обеспечение значительно упрощает настройку устройства, поскольку оно обеспечивает предварительно сконфигурированные функции безопасности. Дополнительный ЖК-дисплей может быть полезен, поскольку он обеспечивает быструю диагностику входов и выходов, облегчая процесс настройки и обслуживания систем безопасности.
Защита электроустановки
Другой формой защиты автоматических машин и устройств являются компоненты, отвечающие за защиту электрических установок от воздействия нежелательных, непредвиденных и незапланированных явлений, таких как короткое замыкание, перегрузка или перенапряжение, которые могут привести к поражению электрическим током персонала или посторонних лиц, а также к пожару.
Основными устройствами, используемыми для защиты установки от последствий коротких замыканий и перегрузок, являются автоматические выключатели.
В промышленности следует также учитывать возможное возникновение нежелательного явления перенапряжения. Последствиями его возникновения могут быть поражение электрическим током и ожоги, кроме того, упомянутое явление приводит к огромным материальным потерям.
Установка, оснащенная устройствами защиты от перенапряжения, защищена от воздействия пиков и скачков напряжения, возникающими, например, при запуске или остановке двигателей.
Еще одной возможной причиной перенапряжений могут быть удары молнии.
Примером устройства защиты от перенапряжения является семейство модульных ограничителей VALVETRAB MS, предлагаемых Phoenix Contact.
Заключение
На основании представленного обзора промышленных устройств сигнализации и защиты можно сделать вывод, что богатство и множество решений, доступных на рынке автоматизации, позволяют удовлетворить потребности каждого технологического процесса в области безопасности.
Оповещение об аварийных ситуациях, неисправностях или возникновении нежелательных явлений имеет ключевое значение для скорости и эффективности начала ремонтных работ.
Сигнализация о проблемах, возникающих на производственных линиях, сокращает время реакции и помогает быстро диагностировать проблему. В свою очередь, устройства защиты обеспечивают реализацию соответствующих последовательностей событий, которые сводят к минимуму последствия нежелательных и незапланированных событий. Благодаря их наличию потери, связанные с людьми и имуществом, сводятся к абсолютному минимуму.
Хорошо спланированная система безопасности делает автоматические машины и устройства безопасными в использовании, благодаря чему удобство эксплуатации несравнимо больше, чем без нее. Кроме того, компоненты безопасности позволяют соответствовать стандартам, требуемым законом.