تشخیص حسگرهای ایمنی جداشده در سیستمهای کنترل PLC
حسگرهای ایمنی قطعشده را در سیستمهای PLC با استفاده از حسگرهای NC، ماژولهای ورودی تشخیصی مانند Allen-Bradley 1756-IA8D یا پیکربندیهای حسگر با کنتاکت دوگان...
در بسیاری از ماشینهای گسسته، یک کانال مجاورت یا پرده نوری منفرد بهعنوان اینترلاک ایمنی یا کیفیت در نظر گرفته میشود، هرچند ورودی در عمل یک نقطه گسسته معمولی است. هنگامی که آن کانال از یک حسگر نرمال باز (N.O.) استفاده میکند، کنترلر نمیتواند بین میدان آزاد و جدا شدن کانکتور تفاوتی قائل شود. هر دو وضعیت برای منطق نردبانی مقدار FALSE ایجاد میکنند. اپراتوری که این میانبُر را کشف کند میتواند حفاظ را باز نگه دارد، حسگر ابزار را از برق جدا کند یا کنترل حضور را بدون ایجاد آلارم دور بزند. ماشین نیز با این فرض نادرست که فرایند سالم است، به کار خود ادامه میدهد.
حسگرهای حضور و ابزار در یک سلول ماشین باید هنگام جدا شدن کابل نیز از نظر الکتریکی قابل تشخیص باقی بمانند، نه فقط زمانی که هدف وجود ندارد.
این مقاله توضیح میدهد چرا حسگرهای N.O. خطاهای سیم باز را پنهان میکنند، چگونه تجهیزات نرمال بسته (N.C.) و دوکنتاکته این قابلیت تشخیص را بازمیگردانند، و ماژولهای ورودی تشخیصی Allen-Bradley مانند 1756-IA8D و 1756-IB16D چه جایگاهی در معماری ControlLogix دارند. همچنین مرز روشنی میان تشخیصهای PLC و معماریهای ایمنی تأییدشدهای ترسیم میکند که برای عملکردهای SIL 2 / PLd به رلههای ایمنی یا PLCهای ایمنی متکی هستند. نشریه 1756-TD002 همچنان مرجع اصلی مشخصات الکتریکی ورودی/خروجی دیجیتال ControlLogix است.
چرا حسگرهای نرمال باز کابلهای جداشده را پنهان میکنند
یک ورودی گسسته که انتظار حسگر سورسکننده یا سینککننده را دارد، جریان عبوری از کانال را ارزیابی میکند. در یک تجهیز N.O.، جریان فقط هنگام تشخیص هدف برقرار میشود. وقتی هدف وجود ندارد، کانال باز است و بیت ورودی FALSE میشود. هنگام جدا شدن کابل نیز کانال باز است و بیت ورودی دوباره FALSE میشود. بنابراین برنامه PLC هیچ وضعیت مستقلی ندارد که معنای «حسگر مفقود است» را برساند. منطق کیفیتی که پیشروی چرخه را صرفاً تا زمان TRUE شدن ورودی متوقف میکند، هر دو وضعیت را «مجاز برای ادامه» تلقی خواهد کرد؛ و این دقیقاً نتیجهای نادرست برای کاربردهای حفاظتی و تشخیص حضور است.
| وضعیت | حسگر N.O. | حسگر N.C. |
|---|---|---|
| متصل، هدف غایب | FALSE | TRUE |
| متصل، هدف حاضر | TRUE | FALSE |
| کابل جداشده / سیم باز | FALSE | FALSE |
در حسگر N.C.، وضعیت سکون سالم TRUE است. تشخیص هدف، کنتاکت را باز میکند و بیت را به FALSE میرساند. کابل جداشده نیز بیت را FALSE میکند، اما این وضعیت فقط زمانی ظاهر میشود که نسبت به وضعیت سکون مورد انتظارِ TRUE، مشکلی وجود داشته باشد. بنابراین منطق برنامه میتواند پیش از فعالسازی حرکت، TRUE بودن ورودی را الزامی کند و FALSE مداوم را بدون وجود دلیل فرایندی متناظر، خطا تلقی کند. این تفاوت صرفاً معنایی نیست؛ تفاوت میان یک دورزدن خاموش و توقف اجباری است.
حسگرهای دوکنتاکته و معماریهای ترکیبی
بسیاری از حسگرهای مجاورت صنعتی و کلیدهای حفاظتی، بستههای دوکنتاکته ارائه میکنند: یک مسیر N.O. برای منطق ماشین و یک مسیر N.C. برای پایش یا مشارکت در زنجیره ایمنی. یک الگوی عملی این است که کنتاکت N.O. به ورودی استاندارد PLC متصل شود تا در تصمیمهای توالی یا کیفیت استفاده شود، در حالی که کنتاکت N.C. به رله ایمنی یا کانال ورودی/خروجی ایمنی متصل شود؛ کانالی که برای فعال شدن ماشین باید بسته بماند. اگر کانکتور جدا شود، مسیر N.C. باز میشود و رله ایمنی، مستقل از تصور PLC، آزاد میکند. اگر هدف صرفاً حاضر باشد، مسیر N.O. تغییر میکند، در حالی که مسیر پایش N.C. همچنان میتواند پیوستگی کابل و بدنه تجهیز را تأیید کند.
اگر سختافزار دوکنتاکته در دسترس نباشد، سیمکشی سری یک حلقه N.C. با عنوان «تجهیز حاضر» از طریق یک ورودی پایش اختصاصی همچنان مفید است، مشروط بر اینکه نصاب بداند هر قطعی سیم در هر نقطه از حلقه مانند مفقود بودن تجهیز دیده خواهد شد. برچسبگذاری، مستندسازی جعبههای اتصال و آزمونهای دورهای عملکرد همچنان الزامی هستند. برای خطرات مربوط به کارکنان، هرگز به یک بیت ورودی منفرد PLC بهعنوان تنها لایه حفاظتی تکیه نکنید.
ماژولهای تشخیصی: 1756-IA8D و 1756-IB16D
ماژولهای دیجیتال تشخیصی ControlLogix قابلیت تشخیص سیم باز و اتصال کوتاه را اضافه میکنند؛ قابلیتی که در ماژولهای استاندارد وجود ندارد. ماژول ورودی AC تشخیصی 1756-IA8D میتواند زمانی که مدار فیلد با وجود تحریک، کمتر از تقریباً 2 mA جریان میکشد، وضعیت سیم باز را اعلام کند. ماژول ورودی DC تشخیصی 1756-IB16D وضعیت سیم باز را در جریانهای کمتر از حدود 0.5 mA علامتگذاری میکند. این آستانهها اهمیت دارند، زیرا برخی حسگرها و تجهیزات قدیمی فیلد، آنقدر جریان نشتی دارند که یک ماژول فاقد قابلیت تشخیص را در وضعیت «سالم» نگه میدارند، در حالی که مدار همچنان در نزدیکی یک سیم باز واقعی قرار دارد. نشریه Rockwell با شماره 1756-TD002 حدود الکتریکی و رفتار تشخیصی را جدولبندی میکند؛ همیشه طراحی را بر اساس ارقام منتشرشده برای شماره کاتالوگ و سری مشخص انجام دهید.
ماژولهای ورودی تشخیصی ControlLogix وضعیت سیم باز را گزارش میکنند؛ وضعیتی که کارتهای گسسته استاندارد نمیتوانند از خاموشی مجاز تمایز دهند.
سیستمهای قدیمی Genius I/O اغلب در بحثهای نوسازی مطرح میشوند، زیرا رفتار نشتی آنها در حوالی 2 mA بر نحوه طراحی مدارهای AC قدیمی اثر گذاشته است. هنگام انتقال نقاط Genius به ControlLogix، فرض نکنید همان سیمکشی حسگر بهطور خودکار وضعیت تشخیصی مناسبی را روی 1756-IA8D ایجاد میکند. جریان سکون را اندازهگیری کنید، نشتی حالت خاموش حسگر را تأیید کنید و در صورت نوسان یا هرگز فعال نشدن بیت تشخیصی، شبکههای بالاکش یا تحریک را تنظیم کنید. بیتهای وضعیت تشخیصی باید در منطق آلارم و مهار نگاشت شوند، نه اینکه بهعنوان وضعیت اختیاری نادیده گرفته شوند.
روش اجرا
- تمام حسگرهایی را که بهعنوان اینترلاک حفاظتی، حضور یا ابزار استفاده میشوند، فهرست کنید. قطبیت (N.O. یا N.C.) و همچنین قابل دسترس بودن کانکتور برای اپراتورها را مشخص کنید.
- برای هر کانالی که باید یکپارچگی کابل را اثبات کند، تجهیزات N.C. یا دوکنتاکته را ترجیح دهید. نقشههای الکتریکی و تگهای PLC را با وضعیت سکون جدید هماهنگ کنید.
- در کانالهای حالتجامد، ماژولهای تشخیصی تعیین کنید (1756-IB16D برای DC و 1756-IA8D برای AC) و آزمونهای سیم باز را با جدا کردن هر کانال در شرایط کنترلشده راهاندازی و تأیید کنید.
- بیتهای خطای تشخیصی را به آلارم اولوقوع و منطق مجوز مهار نگاشت کنید. پس از رخداد سیم باز، بازنشانی تأییدشده را الزامی کنید.
- برای عملکردهای SIL 2 / PLd، عملکرد ایمنی را در رلههای ایمنی یا معماری PLC ایمنی اجرا کنید. هرگز برنامه یک PLC استاندارد را بهتنهایی معیار یکپارچگی ایمنی معرفی نکنید.
تشخیص سیم باز را در هر کانال اثبات کنید
راستیآزمایی ساده است و باید در چکلیست راهاندازی ثبت شود. در حالی که برق وصل و ماشین مهار شده است، هر حسگر حیاتی را جدا کنید و تأیید کنید که آلارم مورد انتظار یا قطع ایمنی در زمان پاسخ طراحیشده رخ میدهد. سپس آن را دوباره متصل کنید و تأیید کنید که وضعیت سکون N.C. پیش از پاک کردن خطا به TRUE بازمیگردد. از خطاهای رایج میتوان به باقی گذاشتن حسگرهای N.O. روی تگهای «ایمنی» از روی عادت، استفاده از ماژولهای تشخیصی بدون سیمکشی صحیح تحریک، و فرض معتبر بودن بودجه نشتی دوران Genius پس از تغییر پلتفرم اشاره کرد. خطای رایج دیگر، برخورد با بیت تشخیصی سیم باز بهعنوان یک هشدار نرم است، در حالی که ماشین همچنان به چرخه خود ادامه میدهد.
در نهایت به یاد داشته باشید که I/O گسسته تشخیصی، نگهداشتپذیری را بهبود میدهد و دورزدنهای خاموش را کاهش میدهد، اما بهتنهایی یک عملکرد ایمنی تأییدشده ایجاد نمیکند. تشخیصهای PLC را با محصولات سختافزاری ایمنی متناسب با ارزیابی ریسک ترکیب کنید و ماژولهای PLC و I/O یدکی را مطابق همان استانداردهای پلتفرم ControlLogix که در سایر بخشهای سلول استفاده شدهاند، نگه دارید.
درباره نویسنده
مارک تاونسند | مهندس ارشد اتوماسیون – سیستمهای Allen-Bradley
مارک تاونسند مهندس ارشد اتوماسیون است و بیش از ۱۸ سال روی پلتفرمهای Allen-Bradley، از جمله ControlLogix، CompactLogix و SLC-500 قدیمی، فعالیت کرده است. کار روزمره او شامل پیادهسازی منطق RSLogix / Studio 5000 و راهاندازی HMI در FactoryTalk View برای ناوگانهای قدیمی و ترکیبی است.
