Преминаването към по-интелигентна безопасност на машините

Производителите на машини са под все по-голям натиск да доставят производствено оборудване по-бързо, като същевременно поддържат строги изисквания за функционална безопасност. Независимо дали приложението включва сглобяване на полупроводници, опаковъчни системи или прецизно управление на флуиди, операторите трябва да останат защитени, без да се жертва гъвкавостта на машината.

Това предизвикателство води до подновен интерес към IO-Link Safety — технология, предназначена да съчетае простотата на полевото ниво със сертифицирана безопасна комуникация. Вместо да разчитат изцяло на хардуерно свързани защитни вериги, производителите вече могат да интегрират безопасни устройства директно в разпределени архитектури за автоматизация.

С продължаващото разширяване на използването на индустриален Ethernet IO-Link Safety се превръща във важен мост между конвенционалното окабеляване на машините и високомодулните производствени системи.

Защо IO-Link стана привлекателен за производителите на машини

Традиционните индустриални I/O системи често изискват отделни стандарти за окабеляване на сензори, изпълнителни механизми, аналогови устройства и защитен хардуер. IO-Link промени този модел, като въведе стандартизиран метод за комуникация от точка до точка с помощта на стандартни M12 кабели.

Архитектурата обикновено се състои от IO-Link мастер, свързан към множество интелигентни полеви устройства. Тези устройства могат да включват сензори, острови от клапани, пускатели на двигатели, разпределени I/O модули и уреди за мониторинг на състоянието.

Фигура 1. Съвременните IO-Link мастери обединяват комуникацията с полевите устройства, като същевременно намаляват сложността на окабеляването в таблата.

За разлика от конвенционалното дискретно окабеляване, IO-Link устройствата предоставят технологични данни, диагностика, параметризиране и информация за състоянието на устройството през един комуникационен канал. Тази възможност значително съкращава времето за въвеждане в експлоатация и улеснява поддръжката.

За производителите, внедряващи разпределени архитектури, технологиите, достъпни чрез платформи като системите за индустриална комуникация и мрежи, все повече се превръщат в основа за мащабируемостта на машините.

Системите за безопасност вече не могат да разчитат единствено на конвенционално окабеляване

Съвременните системи за безопасност изискват детерминирано поведение на комуникацията. Устройствата за аварийно спиране, блокировките на защитните врати и светлинните завеси трябва да реагират в строго контролирани времеви интервали. Само стандартният трафик по индустриален Ethernet не може да гарантира това поведение при условия на високо натоварване на мрежата.

Това ограничение обяснява защо са разработени протоколи като ProfiSafe, CIP Safety и FailSafe over EtherCAT. Тези технологии въвеждат проверки за излишност, времеви маркери, валидиране на последователността и отказобезопасни механизми, за да гарантират безопасното предаване на сигналите.

Системите с клас на безопасност разчитат силно и на проверка по два канала. Ако един сигнален път се повреди или се държи неочаквано, системата трябва незабавно да премине в безопасно състояние.

Фигура 2. Разпределените отказобезопасни I/O платформи се превръщат в основен елемент на децентрализираните архитектури за безопасност на машините.

Как IO-Link Safety променя уравнението

IO-Link Safety разширява стандартната комуникация по IO-Link, като поддържа сертифицирани устройства за безопасност чрез съвместима рамка за безопасна комуникация. Безопасният IO-Link мастер може едновременно да управлява стандартни и устройства с клас на безопасност чрез една инфраструктура.

Това води до съществена промяна във философията на проектиране на машините. Вместо да прокарват множество защитни кабели обратно до централизирани шкафове, производителите могат да разполагат безопасни I/O модули директно на полевото ниво, в близост до оборудването.

Устройства като светлинни завеси за безопасност, станции за аварийно спиране и блокиращи превключватели могат да се свързват директно към безопасни IO-Link хъбове. Конфигурирането и диагностиката се управляват от софтуер, а не от окабеляване.

Фигура 3. Безопасните IO-Link мастери обединяват стандартния трафик за автоматизация със сертифицирана безопасна комуникация.

Намаляване на грешките при окабеляване по време на въвеждане в експлоатация

Едно от най-големите предимства на IO-Link Safety се проявява по време на стартирането и интегрирането на машината. Традиционните входове за безопасност често изискват внимателно окабеляване и валидиране на тестовите импулси. Неправилното задаване на каналите може да доведе до трудни за диагностициране неизправности.

IO-Link Safety значително опростява този процес. След свързването устройствата могат да бъдат идентифицирани автоматично, да се параметризират дистанционно и да се наблюдават непрекъснато на ниво контролер.

Този подход е особено привлекателен за производителите на оригинално оборудване, които изграждат стандартизирани машинни платформи с множество конфигурируеми опции.

Как модулната автоматизация се възползва от Safe IO-Link

Производителите на машини все повече предпочитат модулни производствени клетки пред фиксирани монолитни системи. Производителите от автомобилната, фармацевтичната и електронната промишленост вече изискват оборудване, което може бързо да се преконфигурира според променящите се производствени нужди.

IO-Link Safety естествено се вписва в тази тенденция, тъй като минимизира зависимостите от хардуерно свързване между отделните секции на машината.

Фигура 4. Модулните архитектури за автоматизация разчитат в голяма степен на гъвкави разпределени комуникационни системи.

Вместо да препроектират цели електрически шкафове, интеграторите могат да разширяват функционалността на машината просто чрез добавяне на допълнителни безопасни полеви модули. Това намалява инженерната работа и съкращава сроковете за внедряване.

Разпределените платформи за управление, включително системите за разпределени I/O и децентрализираните архитектури за безопасност, се превръщат в стандартна проектантска практика в производствените предприятия с висока производителност.

По-широкото въздействие върху индустриалната автоматизация

IO-Link Safety се появява в момент, когато производителите балансират между недостига на работна сила, по-високите очаквания за време на безотказна работа и нарастващите опасения за киберсигурността. Опростените полеви архитектури спомагат за намаляване на труда по инсталиране, като същевременно подобряват видимостта върху диагностиката.

Същевременно производителите на машини са под натиск да стандартизират глобалните проекти за различни клиентски региони. Технологиите, които намаляват вариациите в окабеляването и опростяват процедурите за валидиране, предлагат ясни оперативни предимства.

Наблюдава се и все по-тясно съответствие между IO-Link Safety и стратегиите за прогнозна поддръжка. Интелигентните устройства за безопасност вече могат да предоставят диагностична обратна връзка, преди повредата да доведе до престой.

Защо тази технология ще бъде важна и занапред

IO-Link Safety не е просто поредният вариант на полева шина. Той представлява по-широк преход към машинна инфраструктура, дефинирана от софтуер, в която конфигурирането, диагностиката и безопасността съществуват върху унифицирани комуникационни слоеве.

От инженерна гледна точка най-голямото предимство не е само намаленото количество кабели. Истинската стойност идва от гъвкавостта. Производителите могат да преработват производствените конфигурации, да разширяват функционалността на машините и да заменят полеви устройства с много по-малко прекъсвания, отколкото позволяваха традиционните архитектури.

С продължаващото движение на индустриалната автоматизация към децентрализирана интелигентност технологии като IO-Link Safety вероятно ще се превърнат в стандартно изискване, а не в премиум функция.

Автор: Даниел Мърсър | Старши репортер по системи за автоматизация

Даниел Мърсър има 14 години опит в отразяването на индустриалната автоматизация, безопасността на машините и технологиите за разпределено управление. Професионалният му опит включва проекти за полева интеграция със системи за безопасност Siemens, архитектури Beckhoff EtherCAT, платформи за автоматизация Rockwell и внедрявания на системи за безопасност на машините Schneider Electric в опаковъчната и преработвателната промишленост.