Дарио Даллефрате, менеджер по продуктам безопасности в Control Techniques, дает обзор рынка безопасности машин и тенденции к расширению технологий безопасности для производителей оригинального оборудования.
Закон о фабриках 1844 года стал вехой в области промышленной безопасности для британских фабричных рабочих. Растущая промышленность и усилившаяся рыночная конкуренция не способствовали достаточному саморегулированию безопасности со стороны фабричных магнатов. Растущие жертвы требовали действий, и закон 1844 года, который распространялся на все текстильные фабрики, запрещал чистку машин в движении и требовал надежного ограждения вокруг значительного движущегося оборудования.
С 1844 года по сегодняшний день законодательство в области охраны труда и техники безопасности в большинстве промышленно развитых стран мира по праву защищает работников, а оборудование декларируется как отвечающее соответствующим стандартам и уровням безопасности, из которых Уровень целостности безопасности (SIL) и уровень производительности (PL) являются наиболее высоко оцененными. Как SIL, так и PL нацелены на оценку вероятности опасного отказа, обычно измеряемой в вероятности опасного отказа в час (FPH).
Стандарт 61508 Международной электротехнической комиссии (МЭК) определяет четыре уровня целостности безопасности – относительные уровни снижения риска, обеспечиваемые конкретной системой, – при этом SIL 4 является наиболее надежным, а SIL 1 — наименее. Между тем, Международная организация по стандартизации (ISO) и ее стандарт 13849 ссылаются на уровни производительности (PL), что важно для их цитирования в Директиве Европейского союза по машиностроению и замены ими предыдущих описаний уровня безопасности EN 954.
Хотя уровни SIL и PL во многом схожи, используя слегка отличающиеся алгоритмы для выполнения своих расчетов, разница заключается в том, что SIL специально используется для классификации электрических, электронных и программируемых устройств безопасности, таких как электроприводы, тогда как PL обычно ассоциируется с более широким спектром типов технологий, включая гидравлику, пневматику и электрические технологии
Сообщается, что рынок безопасности машин, который в настоящее время оценивается в 2,4 миллиарда долларов, растет на 10% в год. Она в основном сосредоточена на автоматизации машиностроения, а также металлургической, автомобильной промышленности и производстве продуктов питания и напитков. В то время как законодательство в области безопасности ужесточилось, рынок также вырос в результате спроса на новые технологии безопасности, которые сокращают время простоя оборудования и, следовательно, повышают общую производительность.
В общих чертах, повышение производительности достигается за счет защитных устройств, которые обычно замедляют или останавливают машину при необходимости, например, во время технического обслуживания или для устранения препятствий, в отличие от полного отключения питания. Отключение электроэнергии не только замедляет производственный процесс, тем самым снижая производительность, но и может потребовать технического обслуживания для создания новой производственной установки. Кроме того, отключение питания может привести к повреждению изделия, не говоря уже о возможности повреждения самой машины в результате внезапного отключения питания.
Еще одним фактором, обеспечивающим соответствие безопасности и производительности, является скорость настройки. Производители оборудования все чаще создают более гибкие машины с функциями безопасности, которые позволяют ускорить настройку и, следовательно, повысить производительность. Быстрая настройка становится все более важной, если типы производимых продуктов регулярно меняются на данном станке.
Давайте теперь взглянем на технологии безопасности, которые обычно применяются сегодня, вместе с их преимуществами и недостатками.
Предохранительные реле действуют как простые переключатели включения/ выключения и, следовательно, выполняют только одну функцию в системе безопасности, например, отключают исполнительный механизм, который отвечает за перемещение или управление механизмом или частью системы.
Реле по-прежнему являются наиболее распространенным продуктом безопасности на рынке. Преимущество реле заключается в том, что они недороги по отдельности, а также имеют прочное наследие и широко распространены в промышленности, что означает, что их относительно легко поставлять и заменять. Реле также могут быть наиболее экономичным решением; они хорошо подходят для управления ограниченным числом устройств безопасности, где использование контроллера безопасности для некоторых применений может не соответствовать требованиям.
Основным недостатком релейной безопасности является ее проводная система. Это решение снижает гибкость при обновлении или замене компонентов в результате большей зависимости от проводных соединений, что означает увеличение времени и сложности необходимых изменений.
Основные преимущества решений на базе привода — контроллеров безопасности, интегрированных в привод с регулируемой скоростью, – двояки: они уменьшают количество компонентов и проводов по сравнению с реле безопасности и обеспечивают меньшую площадь машины, особенно по сравнению с централизованными системами / системами на базе ПЛК. Что касается последнего, то приводы обычно расположены в непосредственной близости от двигателей – основного источника опасности, поэтому они могут реагировать быстрее, чем системы на базе ПЛК. Поскольку время реакции увеличивается, защитные барьеры или другие датчики могут быть установлены ближе к опасным зонам, что позволяет уменьшить габариты машины в целом. Обеспечение более тесного безопасного доступа к опасным зонам также означает, что оператору потенциально требуется меньше перемещений к машине и от нее, что может привести к ускорению процесса и, следовательно, увеличению пропускной способности.
Интеллектуальные возможности, которые теперь доступны в системах безопасности на базе привода, также означают, что устройства безопасности, такие как световые завесы, могут быть подключены непосредственно к приводу. Ранее требовалось бы несколько предохранительных реле и устройств контроля, особенно для приложений, основанных на сервоприводах /движении. Преимущества системы на основе привода и последующего сокращения количества компонентов и проводки многочисленны: снижение стоимости, снижение сложности конструкции машины и уменьшение занимаемой площади.
В дополнение к упрощенной конструкции машины также может быть сэкономлено время ввода машины в эксплуатацию; функции безопасности на основе привода могут быть предварительно протестированы вместо того, чтобы полагаться на физические тесты с реле, которые потребовались бы на реальной машине. Аналогичным образом, безопасность, основанная на приводе, также ускоряет и упрощает выполнение некоторых операций машины, поскольку эти режимы могут быть запрограммированы программным обеспечением, а не жестко запрограммированы.
Уменьшенное количество компонентов также означает меньшие требования к техническому обслуживанию. Кроме того, в некоторых сложных системах безопасности могут потребоваться компоненты более высокого уровня безопасности целостности, чтобы компенсировать вероятность отказа большого количества реле и мониторов, которые составляют сложную систему безопасности. Система на базе привода может устранить эту необходимость, тем самым потенциально еще больше снизив затраты.
Скорость и простота обслуживания также повышаются с помощью системы безопасности на базе привода благодаря возможности сбора данных и управления ими. Если используется компонент безопасности, например, для снижения производительности машины, система может записывать эти данные, чтобы обеспечить быстрое техническое обслуживание и потенциальную минимизацию проблемы в будущем.
Централизованные контроллеры, включая ПЛК безопасности, обладают многими из тех же преимуществ, что и системы безопасности на базе привода. Однако контроллеры безопасности имеют большую ‘видимость’ всей машины и, следовательно, могут быть более гибкими в своих действиях и конфигурации, в то время как привод обычно имеет видимость над определенной областью или компонентами машины. С помощью ПЛК появляется больше возможностей для добавления дополнительных функциональных компонентов безопасности, а поскольку все компоненты системы безопасности, скорее всего, будут использовать одну и ту же платформу программирования, расширение или реконфигурация системы могут быть более быстрыми, простыми и экономичными.
К недостаткам можно отнести более крупную конструкцию машины, поскольку добавление контроллера машины увеличивает ее площадь, а также дополнительные расходы на контроллер безопасности или ПЛК. ПЛК также, как правило, не может достичь непосредственной близости к двигателю, где более локализованная система на основе привода обеспечивает преимущества в безопасности и производительности, как описано ранее.
Рыночная тенденция все больше смещается в сторону ‘умных’ устройств – приводов и контроллеров – а не релейных технологий безопасности. Устройства безопасности с приводом и централизованным контроллером занимают примерно равную долю рынка, но управление на основе привода растет более быстрыми темпами. Рост рынка в направлении безопасности высоких технологий также поддерживается восприятием связи между высококачественными машинами и высокими стандартами безопасности. Это служит ключевым отличием для производителей оборудования, которые внедрили технологию безопасности для достижения достаточно высокого уровня SIL или PL, и потенциальным барьером на рынке для тех, кто этого не делает.
