Bezpieczeństwo w systemach sterowania ruchem

Czasy, w których systemy zabezpieczeń oparte były na połączeniach przewodami montowanymi na stałe, wydaje się, że już dawno minęły. Konstruktorzy maszyn odkrywają obecnie nową generację technologii zabezpieczeń techniki sterowania ruchem zintegrowanych w systemach sterowania maszyn, wymieniających informację z innymi urządzeniami poprzez standardowe interfejsy / protokoły komunikacji.

Analogowe systemy bezpieczeństwa nazywane układami punkt-do-punktu mogą sprawić, że niejako „za karę” doczekamy się kłębowiska przewodów, co wcale nie pomaga przy np. bezpiecznym wyłączeniu grupy napędów (patrz czerwone przewody na rysunku)

Przemysł związany z techniką sterowania ruchem spodziewać się może w najbliższych dniach zalewu nowych technologii. Nadchodzi czas promowania świeżych, innowacyjnych rozwiązań, dzięki którym zapewnione zostaną niemalże wszystkie funkcje bezpieczeństwa działania systemów sterowania ruchem – twierdzi dyrektor Działu Rozwoju i Standardów Przemysłowych w firmie Siemens Energy & Automation. Prawdą jest, że to właśnie teraz się wszystko rozpoczyna.

Bezpieczeństwo rozumiane jest obecnie przez związanych z tymi systemami projektantów na dwa sposoby:

A. Spojrzenie stare – systemy bezpieczeństwa montowane jako uzupełnienie już istniejących systemów automatyki. Takie podejście nigdy nie ma szans na to, by być optymalnym, jest skłonne do usterek, a przede wszystkim jest drogie w utrzymaniu.

B. Nowe podejście – sieci bezpieczeństwa oparte na standardach sieci przemysłowych, zintegrowane w ramach jednego systemu sterowania maszyny; rozwiązanie takie jest znacznie bardziej wydajne, mniej narażone na uszkodzenia pochodzące od warunków zewnętrznych. 

Dzięki temu nie dochodzi do sytuacji takich, jak ta, opisana poniżej…

Dr X zamierzał zaprezentować swoje nowe urządzenie – akcelerator protonów. Nie miał wcale zamiaru włączać zasilania wysokoenergetycznego promienia. Chciał jedynie zaprezentować swój nowy wynalazek.

Proszę zauważyć, że 150 mA przy 60 KeV daje w rezultacie wiązkę o energii 9 000 W – wystarczająco dużo, aby stalowe ścianki rury prowadzącej promień rozgrzały się do czerwoności w przypadku braku chłodzenia wodą.

Dr X wyjaśnia podczas uruchamiania poszczególnych systemów: – Oczywiście zainstalowaliśmy odpowiednie zabezpieczenia, dzięki którym żaden z operatorów nie może uruchomić promienia energetycznego dopóki nie zostanie uruchomiony system chłodzenia wodą.

Na nieszczęście, podczas ostatniego uruchomienia przed prezentacją inżynierowie wyłączyli wszystkie blokady. Po chwili, gdy to do niego dotarło, co się stało, westchnął, a grupa widzów w tym samym momencie została zaskoczona wydobywającym się z urządzenia dźwiękiem sześciu 12-calowych zaworów próżniowych, aktywowanych tuż po wykryciu, że uszczelnienia zaczynają się topić wskutek wysokiej temperatury. Wszystko to stało się wskutek tego, że woda, służąca do chłodzenia systemu, nie popłynęła.

Współczesne zautomatyzowane instalacje są znacznie bardziej złożone od systemów sterowanych w połowie ręcznie. Zamiast korzystać z dziesiątek czujników bezpieczeństwa, współczesne linie produkcyjne mają ich setki. Proste wyłączniki, podłączone na sztywno do wejść cyfrowych w sterownikach w takich przypadkach już niewystarczą.

Tego typu blokady / wyłączniki być może nadają się do prostych operacji, w nieskomplikowanych systemach automatyki, zupełnie nie sprawdzając się w systemach dużych i złożonych.

Potrzeba zmian

– Ludzie pewnego razu uwierzyli, że aby być w pełni bezpiecznym, należy poprowadzić ciężki kawał miedzi z jednego miejsca do drugiego, w odpornym na wszystkie czynniki zewnętrzne rurarzu, który po mocnym skręceniu zostanie dodatkowo umieszczony tak, aby nikt na niego przypadkiem nie nadepnął – mówi Edmund Nabrotzky, dyrektor zarządzający firmy Woodhead (Woodhead Industries Inc. projektuje, wytwarza i wprowadza do sprzedaży, przemysłowe urządzenia komunikacyjne). – Musimy korzystać z usług specjalnie do tego celu przeszkolonych elektryków do realizacji tego typu zadania. Jednak za każdym razem, kiedy chcemy dodać kolejny przycisk stopu awaryjnego czy kolejną barierę bezpieczeństwa, okazuje się, że potrzebny jest kolejny miedziany przewód, który należy poprowadzić od panelu do miejsca zamontowania nowego komponentu systemu bezpieczeństwa. 

Sieciowe systemy bezpieczeństwa korzystają z istniejących szybkich sieci komunikacyjnych, które przesyłają informacje związane z funkcjami bezpieczeństwa identycznie jak informacje na temat
sygnałów pomiarowych / sterujących. Inteligentne czujniki poza informacją o uszkodzeniach / awariach mogą przesyłać informacje statusu urządzeń

Takie rozwiązanie przez dłuższy czas traktowane było jako jedyne możliwe do realizacji. Rzeczywistość jednak pokazuje, że w miarę rozbudowy (w taki sposób) systemów bezpieczeństwa stają się one coraz bardziej podatne na zagrożenia.

– Zauważamy, że nowo tworzone instalacje są coraz wrażliwsze na wpływy otoczenia – zauważa Nebrotzky. – Ich mechaniczny charakter sprawia, że mogą ulec uszkodzeniom oraz że szybko ich projekt ulega przedawnieniu – po prostu ulega częstym zmianom wskutek rozbudowy. Nie są to rozwiązania elastyczne. Styki w miarę używania stają się coraz mniej niezawodne, a niektóre komponenty systemów bezpieczeństwa wskutek ich częstego aktywowania po prostu psują się.

– Widzimy również, że działanie klasycznych systemów bezpieczeństwa staje się coraz bardziej irytujące. Wskutek ograniczeń w projektowaniu klasycznych systemów bezpieczeństwa często nie wiadomo, w którym punkcie systemu doszło do wystąpienia uszkodzenia / awarii. Cała linia produkcyjna może zatrzymać się i przez dłuższy czas nie wiadomo, co się wydarzyło: czy awaria jest jedną z krytycznych dla działania system, czy też nie. Zwykle jest tak, że linia jest zatrzymana aż do chwili, gdy ktoś znajdzie dokładne źródło zatrzymania, a następnie pojawi się ktoś, kto będzie na tyle uprawnionym użytkownikiem, że będzie w stanie uruchomić maszynę ponownie.

– Współczesne elementy maszyn poruszają się coraz szybciej – mówi Karl Rapp, dyrektor branżowy automatyki i narzędzi maszynowych w firmie Bosch Rexroth, w dziale Napędów i Sterowania.

– Niestety reakcje ludzi pozostają bez zmian. Oczywistym jest zatem, że dokładanie kolejnych zapór bezpieczeństwa i przycisków stopów awaryjnych nie ma najmniejszego sensu – po prostu nie sprawdzi się w przypadku dużego systemu.

W latach 80. typowe przyspieszenia narzędzi maszyn wynosiły od 0,2 do 0,4 G (przyspieszenia ziemskiego). Współcześnie narzędzia maszyn przyspieszają nawet do 1-2 G. Dodatkowo, systemy są coraz bardziej złożone, a narzędzia coraz droższe. Zatrzymanie ruchu kiedykolwiek ktokolwiek otworzy zaporę lub naciśnie przycisk stopu awaryjnego może spowodować uszkodzenie wyposażenia maszyny, w tym narzędzi. Poza tym, jeżeli jedynie odetniemy zasilanie, okaże się, że silniki mogą zwalniać w nieprzewidziany sposób – nie można do takiej sytuacji dopuszczać.

– Inżynierowie stosują zatem przekaźniki opóźniające, działające w taki sposób, że po naciśnięciu przycisku stopu awaryjnego silniki zwalniają w skoordynowany sposób; sterownik może zatrzymać maszynę w bezpieczny sposób – kontynuuje Rapp.

Jednakże sytuacje awaryjne muszą być jasno określone, system musi zostać uruchomiony, a inżynier-programista musi sprawdzić koordynację systemów zabezpieczeń w poszczególnych osiach ruchu. Może nawet dojść do sytuacji, w której przesunięcie wybranych elementów spoza bramy bezpieczeństwa może być niemożliwe.

Prowadzi to w rezultacie do żmudnej, iteracyjnej procedury ustawiania zabezpieczeń, zamykania bramy bezpieczeństwa, kasowania sterownika bezpieczeństwa, zasilania systemu, wyzwalania impulsu awarii, wyłączania zasilania, otwierania bramy bezpieczeństwa – w celu sprawdzenia zadziałania zabezpieczenia, a następnie do powtórzenia procedury w celu optymalizacji sposobu jego aktywacji. Nawet w najlepszym przypadku, gdy uda się ustawić system zabezpieczeń za drugim, trzecim razem, to już i tak jest uciążliwe do przeprowadzenia. W najgorszym przypadku, gdy nie uda się ustawić systemu, obsługa najzwyczajniej w świecie dany fragment systemu wyłącza – lepiej bowiem, aby jakiegoś zabezpieczenia nie było, aniżeli ma działać w błędny, nieprzewidywalny sposób.

Nowe standardy

Współcześnie przyjęło się dwa podejścia do zagadnień bezpieczeństwa w układach budowy maszyn. Trendy te wypłynęły z Europy i obecnie umacniają się na całym świecie:

Safety network – sieci bezpieczeństwa: są to zabezpieczone, standardowe, przemysłowe sieci komunikacyjne, takie jak np. CANbus, których protokoły wyposażone są w dodatkowe elementy, dzięki którym sieci takie zdolne są do realizacji funkcji bezpieczeństwa.

Integrated safety – zintegrowane bezpieczeństwo: jest to koncepcja wbudowywania funkcji bezpieczeństwa wprost w urządzeniach, których dotyczą. Przykładem może być możliwość samoczynnego zatrzymania (bezpiecznego) silnika poprzez wykorzystanie np. technologii typu Safety-on- -board lub innych rozwiązań tego typu. Polega to na tym, że w serwonapędzie umiejscowiony jest dodatkowy mikroprocesor (ministerownik), który te funkcje obsługuje / wykonuje.

– W połowie lat 90. większość użytkowników zaczęła rozglądać się za bezpiecznymi rozwiązaniami w technice serwonapędowej. – dodaje Rapp. – Tym samym konfiguracja systemów napędowych, jak i ich późniejsze modyfikacje stały się również bezpieczniejsze. Opracowaliśmy strategię dwukanałową, w której sterownik jest obsługiwany przez jeden kanał, natomiast napęd przez drugi kanał. Interfejs wymiany danych z napędem staje się jednocześnie cyfrowy, a wejścia / wyjścia ze sterownika stają się kanałem bezpieczeństwa

Należy tutaj zauważyć, że interfejs wejść / wyjść przechodzi obecnie ewolucję od połączeń kablowych punkt-do-punktu sygnałów analogowych do połączeń cyfrowych przypominających transmisję danych w sieciach komunikacyjnych. Drastycznie zmniejszona została liczba połączeń.

W minimalnej wersji każdy sygnał zawiera w sobie dwie informacje dla każdego z czujników: identyfikator czujnika oraz wartość wyjściową z czujnika. W przypadku analogowych połączeń systemów bezpieczeństwa poziom sygnału napięcia lub prądu oznacza wartość pomiaru z czujnika, jednakże identyfikacja czujnika następuje jedynie w chwili przesyłania sygnału. W przypadku komunikacji szeregowej zarówno informacja o wartości sygnału, jak i identyfikator czujnika przesyłane są w ramach jednej paczki danych cyfrowych. Złożoność systemu analogowego rośnie wraz z liczbą czujników. W przypadku połączenia sieciowego złożoność ta pozostaje bez zmian. Przykładowo w sieci CANbus dwa przewody odpowiadają za transmisję danych, niezależnie od tego, czy czujników jest dwa czy dwadzieścia.

– Wielu europejskich dostawców systemów sterowania opracowało standardy cyfrowej komunikacji po szynie danych, dzięki czemu układy sterowania ruchem doprowadzają do bezpiecznego zatrzymania silników w sytuacjach awaryjnych, bez konieczności odcięcia zasilania – stwierdza Rapp. – W Niemczech w latach 80. kiedy to jeszcze nie było opracowanych standardów bezpieczeństwa maszyn, inżynierowie już opracowywali swoje autorskie rozwiązania tego typu systemów dla maszyn sterowanych numerycznie.

Europejskie firmy OEM doprowadziły do rozpowszechnienia tejże technologii w Stanach Zjednoczonych, gdzie podejście to nie od razu spotkało się z przyjaznym przyjęciem. Gdy część użytkowników końcowych zaczęła stosować systemy bezpieczeństwa, pozostali przyglądali się tylko z boku, oczekując klęski koncepcji.

Przez ostatnie kilka lat sytuacja zaczęła się diametralnie zmieniać. Wysiłki prowadzące do unormowania wymogów pomiędzy Unią Europejską a Stanami Zjednoczonymi zmotywowały przemysł amerykański do ponownego wzięcia pod uwagę możliwości powszechnego stosowania standardów bezpieczeństwa.

Organizacja IEC (International Electrotechnical Committee – Międzynarodowy Komitet Elektrotechniki) jest liderem w podejmowaniu działań na rzecz unormowania wymogów bezpieczeństwa w maszynach sterowanych numerycznie. Dużą część swoich działań organizacja ta ukierunkowała na rozwijanie standardu IEC 61508. Norma ta powstała „na styl” europejskich systemów bezpieczeństwa. Norma nie będzie uwzględniać systemów, w których punkty czujników są na sztywno przywiązane do wybranego wejścia sterownika. Stany Zjednoczone jako jeden z członków IEC zobowiązały się wprowadzić nowe standardy. Zakończenie prac nad roboczą wersją części 1 do 7 tejże normy przewiduje się na styczeń 2008 roku, natomiast w maju 2008 opublikowana ma zostać ostateczna wersja standardu.

Więcej aniżeli tylko wygoda

– Praca urządzeń w sieci to nie tylko oszczędność pieniędzy i przewodów na okablowanie. – podkreśla Nabrotzky z firmy Woodhead. – To również szerokie możliwości prowadzenia zaawansowanej diagnostyki oraz funkcje, których nigdy nie dałoby się zrealizować z użyciem jedynie logiki dwustanowej. Gdy jakieś urządzenie wykazuje tendencję do uszkodzenia; gdy soczewki układów wizyjnych ulegną zabrudzeniu; gdy przepływ w jakimś punkcie instalacji zostaje zaburzony przez zatkany zawór – wtedy informacje diagnostyczne na temat sytuacji awaryjnych mogą być przesyłane w postaci złożonych pakietów danych. To sprawia, że praca w takiej sieci jest bardzo wydajna.

Przyzwyczailiśmy się już do używania sterowników bezpieczeństwa oraz sterowników ruchu, wykorzystujących: bramy bezpieczeństwa, zapory, wyłączniki, maty bezpieczeństwa, kurtyny świetlne oraz przyciski.

– Nowo opracowywane standardy pozwolą na stosowanie wszystkich tych rozwiązań jednocześnie – mówi Nabrotzky. – Nadchodzi rychły koniec stosowania dwóch rozdzielnych systemów: sterowania i bezpieczeństwa. Oczywistym jest, że to oszczędza pieniądze i czas – kupujemy bowiem jedynie połowę wyposażenia, które musielibyśmy zakupić w przypadku stosowania systemów klasycznych.

J.B. Titus, dyrektor Działu Rozwoju i Standardów Przemysłowych w firmie Siemens Energy & Automation mówi: – Bezpieczne sterowniki PLC zapewniają zgodność z normą IEC 61508, np. dzięki zastosowaniu kart wejść / wyjść działających szybciej aniżeli podstawowy cykl pracy sterownika, dzięki czemu wszelkiego rodzaju sytuacje awaryjne obsługiwane są jako te najważniejsze.

– Maszyny i ludzie mogą znacznie ściślej współpracować aniżeli do tej pory – mówi Nabrotzky. – Przykładowo, w przypadku zastosowania analogowych systemów bezpieczeństwa robot ma strefę bezpieczną, której przekroczenie powoduje załączenie odpowiednich elementów bezpieczeństwa. Gdy tylko człowiek naruszy tę strefę (wejdzie w obszar bezpiecznej pracy robota), cały system zostaje zatrzymany. Jednakże integracja systemów sterowania i bezpieczeństwa daje tę przewagę, że możliwe jest określenie aktualnej pozycji robota oraz tego, co robot w danej chwili robi. Jeżeli robot robi coś po lewej stronie swej strefy bezpieczeństwa, a człowiek wkroczy w tę strefę po prawej stronie, wtedy być może nie ma konieczności wyłączania całego robota – być może lepiej jest go wyłączyć dopiero, gdy zbliży się do miejsca, w które zaingerował swoją obecnością człowiek. Sensowne jest działanie urządzenia do momentu, gdy nie wystąpi rzeczywiste niebezpieczeństwo. Jedną z realnych zalet takiego podejścia jest wydatne zmniejszenie przestrzeni, wymaganej do działania urządzeń zautomatyzowanych i zrobotyzowanych, a tym samym do zmniejszenia obszaru nowo projektowanych linii produkcyjnych.

Dzięki zastosowaniu bezpiecznych sieci możliwe jest oszczędzanie pieniędzy co najmniej na kilka sposobów:

  • projektanci systemów automatyki nie muszą dodawać nowych połączeń kablowych wraz z rozrastaniem się systemu zabezpieczeń;
  • za pomocą odpowiednich komponentów sieci możemy wpiąć się do już istniejącej zwykłej sieci komunikacyjnej;
  • możliwa stała się implementacja innowacyjnych rozwiązań systemów bezpieczeństwa;
  • systemy sterowania i zabezpieczeń mogą być znacznie bardziej inteligentne;
  • inteligentniejsze systemy sterowania / zabezpieczeń będą siłą rzeczy działać bardziej niezawodnie, lepiej – przy mniejszej liczbie niepotrzebnych, błędnych załączeń.

Z pewnością kurtyny świetlne i strefy czujników ciągle będą funkcjonować, jednakże ze sterownikami połączone będą raczej jako element sieci komunikacyjnej, aniżeli poprzez bezpośrednie połączenia kablowe. Sieci oszczędzają pieniądze, chociażby z uwagi na mniejszą ilość przewodów. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu złożonych sieci komunikacyjnych możliwe jest stosowanie bardziej wyszukanych elementów wizualizacji sytuacji awaryjnych. Tym samy przykładowo sygnał z kurtyny świetlnej może być czymś więcej niż informacją, że jest włączona czy wyłączona, czy naruszono barierę bezpieczeństwa, czy nie naruszono. Sygnał z kurtyny świetlnej może nieść np. informację na temat poziomu zabrudzenia elementów optycznych tejże kurtyny bądź niestabilnej pracy układu zasilania.

Sposoby na zabezpieczenia

Przeszukiwanie dokumentacji opisujących właściwości dostępnych obecnie na rynku sieci komunikacyjnych pod względem realizacji funkcji bezpieczeństwa może być bardzo żmudne i trudne do opanowania. Dwie rzeczy jednak pozostają na dzień dzisiejszy pewne:

  • praktycznie większość sieci sterujących w maszynach mają tryby bezpiecznego działania,
  • większość najważniejszych producentów systemów automatyki posiada w swojej ofercie urządzenia z wbudowanymi funkcjami bezpieczeństwa bądź też dostępnymi jako opcje rozszerzeń.

W celu uproszczenia wyboru systemu zapewniającego obsługę funkcji bezpieczeństwa w technice sterowania ruchem należy skupić się na wyborze dostawcy standardowych funkcji komunikacyjnych w sieci urządzeń, opierając się na innych aniżeli bezpieczeństwo kryteriach. Następnie dopiero należy przejść do analizy, na ile wybrany przez nas system pozwala na realizację funkcji bezpieczeństwa i jak te funkcje są integrowane w wybranym przez nas systemie. Należy upewnić się, czy dane produkty zapewniają zgodność z normą IEC 61508 i na ile zapewniają zgodność z wymaganiami naszej aplikacji pod względem zapewnienia funkcji bezpieczeństwa.

Podczas wyboru systemu sterowania zapewniającego obsługę funkcji bezpieczeństwa należy przeanalizować, czy jest to układ realizujący bezpieczeństwo sieciowe (safety networking), czy też jest to typ urządzeń wykazujących zintegrowane bezpieczeństwo (integrated safety). Wydaje się, że współcześnie powinniśmy się już do tych sformułowań przyzwyczaić jako inżynierowie.

– Świat, w którym przyszło nam żyć, pełen jest jeszcze wszelkiego rodzaju połączeń: kablowych, rurowych, z szafami sterowniczymi pełnymi przekaźników i wyłączników, jak również dodatkowo montowanych sterowników, uzupełniających funkcje sterujące systemu o funkcje zapewniające bezpieczeństwo – podsumowuje Nabrotzky. – W przyszłym świecie (nie tak znowu odległej przyszłości) całe te tony połączeń zostaną usunięte z naszego otoczenia… Bezpieczeństwo i sterowanie realizowane są w sposób zintegrowany – w ten sposób oszczędzimy pieniądze i zapewnimy nieprzerwaną pracę naszych urządzeń.

ce


Artykuł pod redakcją
dr. inż. Krzysztofa Pietrusewicza
z Politechniki Szczecińskiej


6 sposobów na powiązanie aspektów ekonomicznych w rozwiązaniach sieci przemysłowych 

Przewody i kable – metalowe i światłowody – przesyłają informacje w niezliczonych przemysłowych systemach komunikacyjnych. Współczesne technologie w okablowaniu obejmujące nowe materiały i projekty zapewniają, że sygnały nimi przesyłane są wystarczająco zabezpieczone lub nawet dodatkowo przystosowane do zastosowania w dołączonych urządzeniach.

Inne trendy obejmują między innymi:

Nowe rozwiązania w projektowaniu

Frank Koditek, menedżer w firmie Belden (w ofercie firmy znajduje się ponad 3 000 specjalistycznych przewodów i kabli elektronicznych) uważa, że od współczesnego połączenia Ethernet nie wymaga się już jedynie transmisji prostych pakietów danych. Przewody często prowadzone są przez obszary o agresywnym środowisku, znacznie odbiegającym od warunków biurowych. Projektanci okablowania muszą brać pod uwagę takie kwestie, jak:

  • ciągłe zginanie przewodów, np. w układach zrobotyzowanych, gdzie ruch kabli wraz z korpusem robota jest rzeczą naturalną;
  • zmieniające się warunki temperaturowe od temperatur poniżej zera, przy których większość koszulek pęka lub rozpada się, do temperatur bardzo wysokich, przy których materiał osłonki przewodu może się nawet stopić;
  • zgniatanie, ścieranie, przechodzenie przez obszary niebezpieczne, mogące spowodować uszkodzenie przewodów, a tym samym zaprzestanie działania sieci;
  • oddziaływanie olejów i rozpuszczalników, mogących natychmiastowo bądź w dłuższym czasie spowodować degradację powierzchni osłony przewodów;
  • narażenie przewodów na warunki zewnętrzne, jak deszcz, słońce czy też zanurzenie w jakiejś cieczy – wszystko to może prowadzić do uszkodzenia przewodów, a z pewnością do obniżenia jakości jego funkcjonowania w systemie bezpieczeństwa.

Nowe materiały sprawiają, że kable stają się bardziej wytrzymałe, jak udowadnia firma Belden. Oddział Belden CDT Electronics rozszerzył ofertę okablowania do przesyłu danych w serii Data Tuff, dodając kable kategorii „5e”. Kable składają się z jednej pary podwójnej oraz trzech poczwórnych. Seria kabli do przemysłowych sieci Ethernet zawiera Data Tuff kategorii 5e oraz 
6 – kable zawierające skrętkę przewodów miedzianych oraz
światłowody z serii TrayOptic. Kable te umożliwiają bezpieczne połączenia nawet w środowiskach przemysłowych o wysokim poziomie zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) oraz zakłóceń w pasmach częstotliwości radiowych (RFI). Są wytrzymałe i odporne na trudne warunki przemysłowe i środowiskowe, włącznie z olejami, światłem słonecznym (UV), na szeroki zakres temperatur, ścieranie, uszkodzenia mechaniczne, dodatkowo zapobiegając błędom w transmisji danych.
 

Odległości, izolacje i odporność materiału

– Ethernet jest aktualnie najgorętszym obszarem zainteresowania projektantów okablowania dla przemysłu. Stosowane są przewody miedziane, para przewodów skręcanych (popularnie skrętka) lub też połączenia światłowodowe – mówi George Tomas, dyrektor firmy Contemporary Controls (dostawca przemysłowych urządzeń dla sieci Ethernet).

– Spośród trzech wymienionych światłowody oferują największe odległości przesyłania sygnału, izolację galwaniczną, jak również odporność na zakłócenia od pól elektromagnetycznych.

Zalety stosowanych materiałów

Firma Turck, mająca w swojej ofercie wiele modeli przewodów na potrzeby realizacji przemysłowych sieci komunikacyjnych, zauważa, że współczesny rozwój technologii materiałowych wywiera olbrzymi wpływ na to, jak postrzegane są problemy realizacji przemysłowych sieci komunikacyjnych. Współcześnie firmy branży OEM mogą sobie pozwolić na projekty, w których okablowanie maszyny jest znacznie lepiej dopasowane do warunków zewnętrznych, w jakich ta maszyna będzie później funkcjonować. Materiał PCW jest obecnie typowym, stosowanym jako osłony przewodów w sieciach komunikacyjnych. Jednakże coraz częściej zdarza się, że sieci komunikacyjne projektowane są do użytku w środowisku, do którego materiał, jakim jest PCW, po prostu się nie nadaje.

Aby to osiągnąć, producenci wykorzystują obecnie takie materiały, jak termoplastyczne elastomery (TPE) czy poliuretany (PUR) do konstrukcji koszulek ochronnych przewodów. Elastomery są bardziej odporne na iskry padające na przewody, np. podczas spawania (stąd ich zastosowanie w branży motoryzacyjnej). Poliuretany są z kolei znacznie bardziej odporne na ścieranie aniżeli materiały takie jak PCW. Możliwe jest zatem prowadzenie przewodów w takich osłonach przez obszary produkcji, w których jest wiele elementów ocierających się o siebie. Dodatkowo, osłony przewodów niezawierające chloru mają zastosowanie wszędzie tam, gdzie istnieje ryzyko wybuchu.

Wyjątkowa elastyczność

Niektóre przewody są odporne na oleje oraz możliwe jest ich wykorzystywanie zarówno do zasilania, jak i do zastosowania w przesyłaniu sygnałów sterujących. Kable takie są wyjątkowo odporne na uszkodzenia – dodatkowo spełniają wyjątkowo rygorystyczne normy Unii Europejskiej, uwzględniające między innymi odporność na promieniowanie UV.

Przewody miedziane, czy światłowody?

Zdaniem firmy Rockwell Automation obecnie dramatycznie wzrasta ilość informacji przesyłanych za pomocą przewodów miedzianych – informacji pochodzących z układów wejść / wyjść procesowych. Sprostać temu może np. protokół EtherNet/IP, wykorzystujący jako medium zarówno przewody miedziane, jak i światłowody.

Krótsze odcinki prowadzenia przewodów

Inżynierowie z firmy Opto22 zauważyli, że ogólne oszczędności na zastosowaniu okablowania znacznie wzrosły. Unika się stosowania koncentratorów sieciowych i przełączników. Sieci Ethernet realizowane są dodatkowo raczej w formie połączeń łańcuchowych aniżeli w układzie gwiazdy. 

www.belden.com

www.ccontrols.com

www.lapppolska.pl

www.opto22.com

www.rockwellautomation.pl

www.turck.pl