Ethernet przemysłowy staje się coraz łatwiejszy do stosowania w aplikacjach bezpieczeństwa przemysłowego. Normy, trendy i technologie wspomagają przemysłowe systemy bezpieczeństwa oparte na Ethernecie.
Wdrożenie przemysłowej sieci bezpieczeństwa oparte na Ethernecie może być prostsze przy zastosowaniu standardowych narzędzi konfiguracyjnych, które są łatwiejsze w programowaniu i późniejszym użytkowaniu, co pozwala zmniejszyć koszty oraz ograniczyć złożoność aplikacji.
Normy dla protokołów bezpieczeństwa
Większość norm dotyczących protokołów bezpieczeństwa w zakresie transmisji danych przez Ethernet obowiązuje od ponad 15 lat. Podstawowe specyfikacje określające wymagania nowoczesnych cyfrowych systemów bezpieczeństwa zostały ujęte w następujących normach: Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) 61508 Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych/elektronicznych/programowalnych systemów bezpieczeństwa oraz IEC 61784-3 Przemysłowe sieci komunikacyjne – Profile – Część 3: Funkcjonalne magistrale bezpieczeństwa Fieldbus – Zasady ogólne i definicje profili (Bezpieczeństwo protokołu EtherCAT określane jest jako funkcjonalny bezpieczny profil komunikacji [FSCP 12] w specyfikacji IEC 61784-3). Pierwsze cyfrowe systemy bezpieczeństwa dotyczyły sterowników z odrębnymi, własnymi magistralami komunikacji. Był to krok naprzód we wdrażaniu bezpieczeństwa, jednak wymagał on dodatkowego sprzętu, oprogramowania, licencji oraz dodatkowej magistrali Fieldbus dla projektanta maszyny i użytkowników końcowych.
Dostępność szybkich i wydajnych systemów Ethernetu przemysłowego, takich jak EtherCAT, pozwoliła na zastosowanie koncepcji „black channel”, rekomendowanej przez IEC 61784-3. Towarzyszyło temu jednak ważne zalecenie, aby poziom bezpieczeństwa kanału danych nie przekraczał 1% maksymalnego prawdopodobieństwa awarii dla wybranego poziomu bezpieczeństwa (SIL), dla którego projektowany był profil bezpieczeństwa. Pozwala to na „stunelowanie” izolowanego protokołu bezpieczeństwa w systemie Fieldbus, co znacznie upraszcza zastosowanie sprzętu i oprogramowania. Większość urządzeń dla bezpieczeństwa funkcjonalnego EtherCAT dla EtherCAT (FSoE) ma poziom SIL3.
Trendy dla FSoE
Trendy dla FSoE (Fail Safe over EtherCat) zakładają możliwość użycia sterowników bezpieczeństwa oraz urządzeń wejściowych/wyjściowych (I/O) od różnych dostawców. 27 firm produkuje urządzenia mogące współpracować z systemem FSoE. Jest to zgodne z ogólnym założeniem dopuszczającym udział wielu dostawców w zakresie EtherCAT, który obejmuje 200 dostawców sterowników głównych, 105 dostawców urządzeń I/O i 160 dostawców napędów.
Ponadto dostępność serwonapędów z bezpiecznymi funkcjami ruchu zoptymalizowała strukturę automatyki dla dostawców i użytkowników produktów z zakresu sterowania ruchem. Sterowniki ruchu mogą wydawać polecenia z zakresu funkcji bezpieczeństwa bezpośrednio do napędów dla bezpiecznego zatrzymania, bezpiecznego momentu obrotowego i bezpiecznej pozycji (ramka). Nie występuje już także konieczność odłączania zasilania od napędów elektrycznych, co zawsze stanowiło temat dyskusji o tym, czy np. wirujące swobodne koło zamachowe rzeczywiście jest najbezpieczniejszym stanem po wyzwoleniu przycisku awaryjnego.
Polecenia funkcji bezpieczeństwa dla napędów
Bezpieczny moment obrotowy wyłączony (STO): odłącza zasilanie silnika bez odłączania zasilania napędu. STO używane jest w sytuacjach zatrzymania awaryjnego oraz w celu zapobiegania niespodziewanym ruchom silnika.
Bezpieczne zatrzymanie: realizuje kontrolowane zwolnienie prędkości obrotowej silnika do bezpiecznego zatrzymania, a następnie aktywuje funkcję STO.
Bezpieczna pozycja: ta funkcja przenosi rzeczywiste parametry położenia elementu regulowanego do sterownika wyższego poziomu. Funkcja ta może służyć do realizacji ruchu pozycyjnego dla określonych osi. Jeśli bezpieczna pozycja znajduje się poza zakresem, ruch osi zostanie zatrzymany przez funkcję STO.
Korzyści z zaawansowanych technologii
Narzędzia konfiguracji dla FSoE wraz z upływem czasu stały się bardziej znormalizowane. Użytkownik nie musi już posługiwać się dedykowanymi narzędziami programowania dla systemów bezpieczeństwa ani licencjami dla produktów różnych dostawców. Narzędzia konfiguracji i programowania są dostępne bezpłatnie u różnych dostawców sprzętu i oprogramowania EtherCAT i za ich pomocą można skonfigurować urządzenia FSoE dowolnego dostawcy, co eliminuje konieczność zastosowania dodatkowych narzędzi programowania, szkoleń w zakresie różnych platform programowych i języków programowania oraz konieczność zakupu dodatkowych licencji. W ten sposób użytkownik FSoE może z łatwością wdrożyć systemy bezpieczeństwa na poziomie SIL3 przy jednoczesnym zmniejszeniu kosztów i złożoności aplikacji. Dzięki takim oszczędnościom użytkownik, oprócz korzyści finansowych, może także wdrożyć więcej technologii bezpieczeństwa w różnych lokalizacjach.
Joey Stubbs jest przedstawicielem Ameryki Północnej w EtherCAT Technology Group.
