Groepsafschakeling met standaard PLC en veiligheidscomponent

Wanneer veel gevaarlijke bewegingen zoals een motor van een zaag of een hydraulische perscilinder geschakeld moeten worden is de verleiding groot om een uitgangskaart van een standaard PLC met bijvoorbeeld een veiligheidsrelais af te schakelen. Dit is mogelijk, echter is deze methode aan een aantal voorwaarden gebonden.

Het afschakelen van een component door middel van een besturing verloopt altijd volgens een standaard blokschema (figuur 1) bestaande uit:

• Sensor;
• Logische verwerking;
• Actuator.

Figuur 1: Blokschema

Wanneer het vereist wordt uit de risicoanalyse dat een beweging beveiligd dient te worden zal dit gedaan moeten met een veiligheidssysteem. Dit veiligheidssysteem (bijvoorbeeld een veiligheidsrelais of veiligheids-PLC) zal de betreffende actuator zodanig aansturen dat deze alleen in een veilige situatie kan worden bekrachtigd. Het principe schema is hiervan weergegeven in figuur 2.


Figuur 2: Principe veiligheidssysteem in blokschema - separaat

Figuur 2 gaat er vanuit dat elke aandrijving zijn eigen veiligheidssysteem heeft en dat hierbij deze separaat van elkaar bewaakt kunnen worden. Dit is de meest ideale oplossing. Op deze manier kan elke aandrijving separaat worden geschakeld en worden bewaakt.

Groepsafschakeling
Echter vanuit praktisch oogpunt gezien kan het voorkomen dat er besloten wordt om het veiligheidsysteem aan de voorgaande zijde te schakelen voor de uitgangskaart van een standaard-PLC.
Hiermee kan dan een groep (groepsafschakeling) van diverse uitgangen (figuur 3) worden bereikt. Zodoende kan met één veiligheidsysteem meerdere actuatoren worden afgeschakeld (doordat deze gekoppeld zijn aan één uitgangskaart op een standaard-PLC).


Figuur 3: Principe veiligheidssysteem in blokschema - groepsafschakeling

De groepsafschakeling is mogelijk, echter zijn hier wel een aantal beperkingen aan verbonden.

• Type PLC uitgangskaart
• Voeding van de uitgangskaart
• Terugmelding van de contactoren naar het veiligheidssysteem
• Maximaal te claimen categorie (EN 954-1, ISO 13849-1)

PLC Uitgangskaart
De beperking ligt in het type uitgangskaart dat gebruikt wordt. Garantie dat uitgangen niet bekrachtigd worden is het meest te geven met een halfgeleider-uitgangskaart (NPN of PNP). De scheiding bij dit type component wordt gewaarborgd door een opto-coupler. Hiertussen volgt een volledige scheiding tussen intern circuit van de PLC en uitgangscircuit dat bij het alsnog aansturen van de uitgang de opto-coupler zal zorgen voor het niet doorgeven van het signaal. De kans dat er een sluiting optreedt, is op dit spanningsniveau (TTL, 5 Volt) zeer klein.

Wordt er gebruik gemaakt van een uitgangskaart met relais dan zal er geen directe scheiding zijn tussen intern circuit en uitgangscircuit. Wanneer hier de uitgang wordt afgeschakeld en er intern een aansturing plaats vindt van de spoel, zal de uitgang gemaakt worden en kan een gevaarlijke situatie ontstaan.


Figuur 4: Principe standaard PLC uitgangskaart (halfgeleider, links), (relais, rechts)

Voeding
Het afschakelende contact van het veiligheidssysteem dient aan de voedende kant van de kaart te worden geschakeld. Hierdoor wordt de hele kaart spanningsloos gemaakt en is het niet mogelijk een spanning die tot schakelen kan leiden op het systeem te plaatsen.

Terugmelding
De terugmelding van de actuatoren (die achter de relaisuitgangen) geschakeld zitten moeten worden teruggemeld aan het veiligheidssysteem. Deze actuatoren (schakelen immers in de hoofdstroom van de betreffende gevaarlijke beweging), dienen gecontroleerd te worden of deze daadwerkelijk schakelen. Immers maakt nu een deel van de PLC en het afgeschakelde relais deel uit van de veiligheidsketen.

Categorie (EN 954-1, ISO 13849-1)
De maximaal te behalen categorie onder de EN 954-1 is categorie 2 (enkele afschakelweg). Onder de ISO 13849-1 is de maximaal te behalen categorie een categorie 1. Technisch gezien is categorie 2 haalbaar, echter door de frequentie van testen (op elke aanvraag, 100 keer) is dit met een elektromechanisch relais niet haalbaar. Daardoor is deze begrensd op categorie 1.


Figuur 5: Schakeling veiligheidscontacten voor uitgangskaart van standaard PLC

Conclusie:
Het schakelen van een groep contactoren is mogelijk door een veiligheidscomponent voor de uitgangskaart te plaatsen, echter dient van tevoren goed nagedacht te worden of het het waard is om met een standaard PLC een groepsafschakeling te creëren. Met name door de komst van de norm ISO 13849-1 wordt de categorie zeer beperkt. Daarnaast is de manier van zonering met een groepsafschakeling slechter mogelijk. Door de komst van de huidige veiligheids-PLC’s met standaard functionaliteit dient de ontwerper vooraf goed te overwegen of het waard is om op deze manier te ontwerpen. Gebruik van een veiligheids-PLC biedt een hogere mate van betrouwbaarheid (tot en met categorie 4, Performance Level e) en tevens een hogere mate van diagnose bij storingzoeken.