Geïntegreerde veiligheid in aandrijvingen is een trend

Geïntegreerde veiligheid in aandrijvingen is een trend in de automatisering. Zo wordt de ergonomie, beschikbaarheid en productiviteit van machines verhoogd. Veilige aandrijftechniek is gebaseerd op een combinatie van standaardaandrijvings- en veiligheidscomponenten. Volgens de huidige stand der techniek wordt de beweging steeds uitgevoerd door een niet-veilige component. De veilige component garandeert dat tijdens het instelbedrijf geen gevaarlijke bewegingen ontstaan.

Veiligheidklassen
Veilige aandrijffuncties kunnen worden verdeeld in drie klassen: veilige stopfuncties, functies voor het veilig bewaken van bewegingen en overige veiligheidsfuncties. De integratie van veiligheid in de aandrijving opent nieuwe perspectieven voor de samenwerking tussen mens en machine. Zo kunnen machines bij een veilig gereduceerde snelheid en geopende hekken comfortabel worden ingesteld.
De realisatie van veiligheidsfuncties met externe componenten heeft vaste voet gekregen op de markt en zal ook in de toekomst nog nuttig zijn. De basisfunctie van veilige aandrijffuncties is de veilige uitschakeling van de energietoevoer. De nadelen van externe oplossingen zijn voldoende bekend: extra bedrading, trage reactietijd, extra netschakelaars en het ontladen van de tussenkring. Met de geïntegreerde, veilige pulsblokkering is een categorie -3-uitschakeling conform NEN EN 954-1 of SIL 2 conform NEN EN 61508 mogelijk.

Voor de functies van de veilige bewaking van bewegingen bestaan eveneens externe en geïntegreerde oplossingen. Om vast te stellen of een beweging voldoet aan de voorgeschreven grenswaarden zijn signalen noodzakelijk die een duidelijke indicatie van de beweging van de actuator geven. Om de bewaking van bewegingen veilig uit te voeren is het belangrijk dat de sensorsignalen worden gecontroleerd op plausibiliteit.

Een voorbeeld hiervan is het multifunctionele veiligheidssysteem PNOZmulti, waarmee functies als 'veilig gereduceerde snelheid' en 'veilige draairichting' kunnen worden gerealiseerd. De implementatie is uiterst eenvoudig, aangezien voor de bewaking het feedbacksignaal van de aandrijving parallel wordt verwerkt. Bij de detectie van een storing wordt de aandrijving via de tegenwoordig gangbare impulsblokkering in de versterker uitgeschakeld. Met de parallelle verwerking van sensorsignalen middels een veiligheidscomponent is de realisatie van de veilige bewaking van bewegingen als externe oplossing mogelijk. Er dient echter wel rekening te worden gehouden met hogere bedradingskosten. Het voordeel van deze oplossing is de eenvoudige ombouw van bestaande installaties. De markt biedt op het gebied van de besturingstechniek tegenwoordig twee topologieën: een krachtige besturing, bijvoorbeeld IPC met soft-PLC, is via een snel bussysteem direct met veldapparatuur verbonden en bestuurt zo centraal een complete installatie.

Centrale veiligheid
Ook kan een installatie zijn georganiseerd in cellen die elk met een eigen besturing onafhankelijk kunnen functioneren. Deze decentrale besturingen zijn via een veldbus-systeem met elkaar of met een hogere besturing verbonden.

Een centraal programma kan vrijwel willekeurig over verschillende besturingen worden verdeeld. Er bestaat dan een centraal overzicht van de installatie, terwijl de HW-configuratie verschillend kan zijn.

Wat voor standaardbesturingen geldt, kan ook worden toegepast op de veiligheidstechniek. Snelle Ethernet-gebaseerde, veilige bussystemen staan centrale, decentrale en verdeelde topologieën toe. Deze maken een veilige verwerking van asgegevens - en daarmee de bewaking - op een centrale plaats mogelijk. Voor het veilige Ethernet-systeem SafetyNET p van Pilz zijn twee communicatieprincipes beschikbaar om ook tegemoet te komen aan bijzonder tijdkritische toepassingen. Terwijl de variant Real time frame network (RTFN) volledig compatibel is met het uit de kantoorautomatisering bekende standaard-Ethernet en een systeem-cyclustijd van ongeveer 1 milliseconde mogelijk maakt, kan met de variant Real time frame line (RTFL) een systeem-cyclustijd tot 62,5 microseconden worden gerealiseerd. Door deze optimalisatie van de cyclustijden is het systeem ook geschikt voor aandrijvingsbesturingen.

Machineveiligheid
Van belang is de vraag welke risicobeperkende maatregelen voor een toepassing noodzakelijk zijn. Zo zijn contactloos werkende beveiligingsinrichtingen zoals lichtschermen of plaatsgebonden beveiligingsinrichtingen zoals tweehandenbedieningsrelais op een veiligheidsrelevante verwerking aangesloten. Via de uitgangen van de verwerkingseenheid zoals een veiligheidsbesturing worden nu veilige aandrijffuncties geactiveerd. Bij eenvoudige toepassingen is het raadzaam de veiligheidsrelevante verwerking in de aandrijving te integreren en sensoren direct op de servoversterker aan te sluiten. Vanwege de beperkte externe poorten zal bij grotere toepassingen een aparte configureerbare of programmeerbare veilige verwerkingseenheid worden gebruikt.

Safe Motion
De ontwikkeling van Safe-Motion-oplossingen gaat nu pas echt van start. Nieuwe complexe veilige sensorsystemen zoals camera's of encoders in combinatie met Ethernet-gebaseerde veilige bussystemen openen geheel nieuwe dimensies voor de veilige bewaking van bewegingen. Aandrijvingsgeïntegreerde en externe veiligheidscomponenten zullen ook in de toekomst nuttig zijn. Bij externe oplossingen worden de tegenwoordig graag aangevoerde nadelen zoals hoge bedradingskosten en langere reactietijden door een snelle en veilige buscommunicatie en krachtiger veilige besturingen opgeheven.