Systemy bezpieczeństwa w sieci Profinet

Technika bezpieczeństwa coraz częściej staje się integralną częścią składową rozwiązań systemu automatyki. Gdy stosowane są bezpieczne systemy magistrali, z zastosowaniem równoległego okablowania sygnalizacyjnego, zaczynają być widoczne zalety tradycyjnych sieci – poza zmniejszeniem kosztów jest to przede wszystkim wyższa dyspozycyjność aplikacji.

Do dyspozycji bezpiecznego systemu magistrali obiektowej (fieldbus) Interbus-Safety mamy komponenty sprzętowe i programowe, które mają certyfikat zgodności z normami IEC 61508 [IEC 61508- (0 – 7) Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych / elektronicznych / programowalnych elektronicznych systemów wiążących się z bezpieczeństwem]. Interbus-Safety jest obecnie z powodzeniem stosowany w maszynach i urządzeniach w różnych sektorach przemysłu. Równolegle do dalszego rozwijania bezpiecznego systemu magistrali obiektowej (fieldbus) rozpoczęły się prace nad przeniesieniem koncepcji bezpieczeństwa na standard Ethernet w sieci Profinet.

Interbus-Safety oferuje liczne korzyści

Technologię Interbus-Safety można łatwo dołączyć do istniejącej techniki sterowania. Nie ma to wpływu na istniejącą aplikację. Podstawą systemu, spełniającego warunki dla kategorii bezpieczeństwa 4 wg DIN EN 954- 1.1997-03 [Bezpieczeństwo maszyn – Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem – Część 1.: Ogólne zasady projektowania] i SIL 3 wg IEC 61508, jest moduł przyłączeniowy sieci Interbus z wbudowanym bezpiecznym sterownikiem. Bezpieczne komponenty wejść i wyjść tworzą interfejs dla podłączonych urządzeń peryferyjnych. Wymiana danych z bezpiecznym modułem przyłączeniowym następuje za pośrednictwem transparentnego protokołu bezpieczeństwa przeniesionego do standardowego protokołu sieci Interbus. Dlatego do kabli sieciowych miedzianych bądź światłowodowych mogą być przyłączane zarówno komponenty bezpieczne, jak i niegwarantujące bezpieczeństwa. Poza rozwiązaniem jednoprzewodowym możliwe jest przy tym również rozwiązanie dwuprzewodowe (rys. 1.). 

Rys. 1. Budowa systemu Interbus-Safety

Wbudowany „bezpieczny” sterownik przetwarza wejścia istotne dla bezpieczeństwa. Uzgadnia ze sterownikiem standardowym ustawienie wyjścia lub resetuje wyjście. Przez rozdzielenie techniki bezpieczeństwa od sterownika standardowego zapewniony jest brak reakcji zwrotnej. Zmiany w sterowniku standardowym, jak np. zmiana klasy mocy lub rozszerzenie sprzętowe albo programowe, są możliwe bez dodatkowych kosztów na badania bezpieczeństwa (rys. 2.). 

Rys. 2. Czas odłączania w systemie Interbus-Safety 

Poza tymInterbus-Safety ma następujące właściwości:

  • krótkie i deterministyczne czasy reakcji, stałe czasy odłączania, monitorowane na całym obwodzie zabezpieczającym, od zacisku na wejściu, poprzez sterownik bezpieczeństwa, po zacisk na wyjściu – tak aby odpowiednie wyjście w przypadku przekroczenia wartości dopuszczalnych mogło być odłączone;
  • proste programowanie bezpiecznych aplikacji użytkowych za pomocą oprogramowania SafetyProg zgodnego z IEC 61131-3 [IEC 61131-3: 2003-01 Sterowniki programowalne – Część 3.: Języki programowania], oferowane są także oparte na standardzie PLCopen moduły funkcji dla bezpiecznych aplikacji standardowych;
  • sterownik dysponuje zintegrowaną, obszerną diagnostyką w postaci przejrzystego wyświetlacza tekstowego, podającego automatycznie miejsce i przyczynę zakłócenia oraz czytelne wskazówki dotyczące jego usunięcia.

Korzyści przenoszą się na rozwiązania sieci Profinet

Zalety bezpiecznego systemu magistrali obiektowej (fieldbus) powinny być przeniesione do rozwiązania Profinet-Safety. Dlatego specjaliści z firmy Phoenix Contact współpracują w odpowiednich zespołach roboczych organizacji PNO (Profibus Nutzerorganisation – Organizacja Użytkowników Sieci Profibus) nad możliwością wykorzystania specjalnych funkcji systemu Interbus-Safety również w systemach opartych na Ethernecie, jak np. Profinet.

W przypadku aplikacji niewymagających zapewnienia bezpieczeństwa stosuje się natomiast systemy sterowania ze sterownikiem do sieci Profinet – np. sterownik z serii Inline z oprogramowaniem PC Worx. Bezpieczne i standardowe komponenty wejść i wyjść są łączone w sieć poprzez proxy Profinet z bezpiecznym sterownikiem oraz podporządkowanym systemem Interbus-Safety. Moduł Safety proxy Profinet opiera się przy tym na specyfikacji proxy, która została opracowana przez Interbus Club i PNO. Zapewnia ona łatwe włączenie rozwiązań bezpieczeństwa do wszystkich standardowych sieci Profinet. Rozdzielenie pomiędzy sterownikiem standardowym i sterownikiem bezpieczeństwa powoduje, że unika się reakcji zwrotnych systemów. Poza tym użytkownik ma możliwość stosowania sterowników różnych producentów na jednym urządzeniu peryferyjnym. Wyżej wymienione właściwości systemu Interbus- -Safety oraz kolejne zalety, takie jak: stałe i dające się parametryzować czasy odłączania, proste stosowanie oraz rezygnacja z ustawiania adresu, można przenosić do świata sieci Profinet za pomocą modułu proxy.

W przypadku sterowania, które nie gwarantuje bezpieczeństwa, proxy stawia do dyspozycji sygnały ze wszystkich czujników i urządzeń wykonawczych. Dalsze informacje procesów bezpiecznych przenoszone są w postaci danych procesowych, diagnostycznych lub komunikacyjnych. Moduły wyjść otrzymują odpowiednie dane wyjściowe bezpośrednio ze sterownika standardowego. Sterownik bezpieczeństwa ma wpływ tylko na wyjścia istotne dla bezpieczeństwa, ponieważ musi dla nich obsługiwać zezwolenia pracy. Poza tym zintegrowany sterownik bezpieczeństwa, po uruchomieniu systemu, przekazuje automatycznie dane parametrów do bezpiecznych abonentów. W przypadku awarii urządzenia nie jest potrzebna żadna specjalistyczna wiedza; trzeba tylko wymienić dany komponent.

Funkcjonalność urządzenia proxy otwiera dalsze możliwości w budowie sieci. Na przykład łatwiejsze jest podzielenie całej aplikacji na poszczególne komórki lub zespoły funkcyjne. Nadrzędne sterowniki liniowe mogą w prosty sposób współpracować z procedurami bezpieczeństwa. Wyraźnie upraszcza się również uruchamianie poszczególnych obszarów i rozbudowa istniejących aplikacji.

Szerokie spektrum możliwości

Produkty i rozwiązania dotyczące bezpieczeństwa są zorientowane na różnorakie wymagania aplikacji. Poszczególne funkcje bezpieczeństwa, takie jak wyłącznik awaryjny lub monitorowanie liczby obrotów dają się zautomatyzować za pośrednictwem przekaźnika bezpieczeństwa (PSR) w niewielu złożonych zastosowaniach. W przypadku obszernych rozwiązań dotyczących bezpieczeństwa w sieci Profinet do dyspozycji stoją łatwe w obsłudze koncepcje z bezpiecznym systemem magistrali obiektowej Interbus-Safety i zintegrowaną techniką bezpieczeństwa poprzez proxy.

Mgr inż. Johannes Kalhoff studiował Elektrotechnikę w Wyższej Szkole Zawodowej w Bielefeld. Od 1990 roku w firmie Phoenix Contact zajmuje się marketingiem systemowym w dziale Business Unit Automation Systems i odpowiada m.in. za „techniki bezpieczeństwa”.
E-mail:
jkalhoff@phoenixcontact.com