Biztonság és összekapcsoltság: hogyan formálja át az IO-Link Safety a moduláris gépautomatizálást

Az intelligensebb gépbiztonság felé vezető út

A gépgyártókra egyre nagyobb nyomás nehezedik, hogy gyorsabban szállítsanak gyártóberendezéseket, miközben továbbra is szigorú funkcionális biztonsági követelményeknek kell megfelelniük. Legyen szó félvezető-összeszerelésről, csomagolórendszerekről vagy precíziós folyadékkezelésről, a kezelők védelmét a gép rugalmasságának feláldozása nélkül kell biztosítani.

Ez a kihívás újra az IO-Link Safety felé fordítja a figyelmet, amelyet úgy terveztek, hogy egyesítse a terepszintű egyszerűséget a tanúsított biztonságos kommunikációval. A gyártók ahelyett, hogy teljes mértékben hagyományos, vezetékes biztonsági áramkörökre támaszkodnának, immár közvetlenül integrálhatják a biztonságos eszközöket az elosztott automatizálási architektúrákba.

Az ipari Ethernet elterjedésének folytatódásával az IO-Link Safety egyre fontosabb hidat képez a hagyományos gépvezetékezés és a nagymértékben moduláris gyártórendszerek között.

Miért vált vonzóvá az IO-Link a gépgyártók számára?

A hagyományos ipari I/O-rendszerek gyakran különböző vezetékezési szabványokat igényelnek az érzékelők, a működtetők, az analóg eszközök és a biztonsági hardverek számára. Az IO-Link ezt a modellt változtatta meg egy szabványosított, pont-pont közötti kommunikációs módszer bevezetésével, amely általános M12-es kábelezést használ.

Az architektúra jellemzően egy IO-Link-masterből áll, amely több intelligens terepi eszközhöz csatlakozik. Ezek az eszközök lehetnek érzékelők, szelepszigetek, motorindítók, elosztott I/O-blokkok és állapotfelügyeleti műszerek.

1. ábra. A modern IO-Link-masterek összevonják a terepi eszközök kommunikációját, miközben csökkentik a kapcsolószekrények vezetékezésének összetettségét.

A hagyományos, diszkrét vezetékezéssel ellentétben az IO-Link-eszközök egyetlen kommunikációs csatornán keresztül biztosítanak folyamatadatokat, diagnosztikai információkat, paraméterezést és az eszköz állapotára vonatkozó adatokat. Ez a képesség jelentősen csökkenti az üzembe helyezéshez szükséges időt és egyszerűsíti a karbantartást.

Az elosztott architektúrákat alkalmazó gyártók számára az olyan platformokon elérhető technológiák, mint az ipari kommunikációs és hálózatépítési rendszerek, egyre inkább a gépek skálázhatóságának alapvető elemeivé válnak.

A biztonsági rendszerek már nem támaszkodhatnak kizárólag a hagyományos vezetékezésre

A modern biztonsági rendszerek determinisztikus kommunikációs működést igényelnek. A vészleállító eszközöknek, a biztonsági ajtóreteszeknek és a fénysorompóknak szigorúan szabályozott időablakokon belül kell reagálniuk. A szabványos ipari Ethernet-forgalom önmagában nem képes garantálni ezt a működést nagy hálózati terhelés mellett.

Ez a korlát magyarázza, hogy miért fejlesztették ki az olyan protokollokat, mint a ProfiSafe, a CIP Safety és a FailSafe over EtherCAT. Ezek a technológiák redundancia-ellenőrzést, időbélyegeket, sorrendiség-ellenőrzést és hibabiztos mechanizmusokat alkalmaznak a biztonságos jelátvitel biztosítása érdekében.

A biztonsági minősítésű rendszerek nagymértékben támaszkodnak a kétcsatornás ellenőrzésre is. Ha az egyik jelút meghibásodik vagy váratlanul működik, a rendszernek azonnal biztonságos állapotba kell lépnie.

2. ábra. Az elosztott hibabiztos I/O-platformok egyre fontosabb szerepet töltenek be a decentralizált gépbiztonsági architektúrákban.

Hogyan változtatja meg az IO-Link Safety a helyzetet?

Az IO-Link Safety a tanúsított biztonsági eszközök támogatásával, egy kompatibilis biztonságos kommunikációs keretrendszeren keresztül bővíti a szabványos IO-Link-kommunikációt. A biztonságos IO-Link-master egyetlen infrastruktúrán keresztül egyidejűleg képes kezelni a szabványos és a biztonsági minősítésű eszközöket.

Ez jelentős változást hoz a géptervezés szemléletében. Ahelyett, hogy több biztonsági kábelt vezetnének vissza a központi kapcsolószekrényekhez, a gépgyártók a biztonságos I/O-t közvetlenül a terepen, a berendezés közelében helyezhetik el.

Az olyan eszközök, mint a biztonsági fénysorompók, a vészleállító állomások és a reteszelőkapcsolók, közvetlenül csatlakoztathatók biztonságos IO-Link-hubokhoz. A konfiguráció és a diagnosztika így a vezetékezés helyett szoftveralapúvá válik.

3. ábra. A biztonságos IO-Link-masterek egyesítik a szabványos automatizálási forgalmat és a tanúsított biztonsági kommunikációt.

A vezetékezési hibák csökkentése az üzembe helyezés során

Az IO-Link Safety egyik legnagyobb előnye a gép indításakor és integrációjakor mutatkozik meg. A hagyományos biztonsági bemenetek gyakran gondos tesztimpulzus-vezetékezést és ellenőrzést igényelnek. A csatornák helytelen hozzárendelése nehezen diagnosztizálható hibákat okozhat.

Az IO-Link Safety jelentősen leegyszerűsíti ezt a folyamatot. A csatlakoztatást követően az eszközök automatikusan azonosíthatók, távolról paraméterezhetők, és folyamatosan felügyelhetők a vezérlő szintjéről.

Ez a megközelítés különösen vonzó az olyan OEM-gyártók számára, amelyek több konfigurálható opcióval rendelkező, ismételhető gépplatformokat építenek.

Hogyan profitál a moduláris automatizálás a biztonságos IO-Linkből?

A gépgyártók egyre inkább a rögzített, monolitikus rendszerek helyett a moduláris gyártócellákat részesítik előnyben. Az autóipari, gyógyszeripari és elektronikai gyártók ma már olyan berendezéseket igényelnek, amelyek gyorsan átkonfigurálhatók a változó gyártási követelményekhez.

Az IO-Link Safety természetes módon illeszkedik ehhez a trendhez, mivel minimálisra csökkenti a gépszakaszok közötti, vezetékes függőségeket.

4. ábra. A moduláris automatizálási architektúrák nagymértékben támaszkodnak a rugalmas, elosztott kommunikációs rendszerekre.

A teljes elektromos kapcsolószekrények újratervezése helyett az integrátorok egyszerűen további biztonságos terepi modulok hozzáadásával bővíthetik a gép funkcionalitását. Ez csökkenti a tervezési ráfordítást és lerövidíti a bevezetési határidőket.

Az elosztott vezérlési platformok, köztük az elosztott I/O-rendszerek és a decentralizált biztonsági architektúrák, egyre inkább szabványos tervezési gyakorlattá válnak a nagy átbocsátású gyártóüzemekben.

Az ipari automatizálásra gyakorolt szélesebb körű hatás

Az IO-Link Safety olyan időszakban jelenik meg, amikor a gyártóknak a munkaerőhiánnyal, a magasabb rendelkezésreállási elvárásokkal és a növekvő kiberbiztonsági aggályokkal egyaránt meg kell küzdeniük. Az egyszerűsített terepi architektúrák csökkentik a telepítési munkaerőigényét, miközben javítják a diagnosztikai átláthatóságot.

A gépgyártókra ugyanakkor egyre nagyobb nyomás nehezedik, hogy globális terveiket a különböző ügyfélrégiókban is szabványosítsák. Azok a technológiák, amelyek csökkentik a vezetékezés változatosságát és egyszerűsítik a validálási eljárásokat, egyértelmű működési előnyöket kínálnak.

Az IO-Link Safety és a prediktív karbantartási stratégiák között is egyre szorosabb az összhang. Az intelligens biztonsági eszközök már képesek diagnosztikai visszajelzést küldeni, még mielőtt egy meghibásodás állásidőt okozna.

Miért fontos ez a technológia a jövőben?

Az IO-Link Safety nem egyszerűen egy újabb terepi buszváltozat. Egy szélesebb átmenetet képvisel a szoftveresen definiált gépi infrastruktúra felé, amelyben a konfiguráció, a diagnosztika és a biztonság egységes kommunikációs rétegeken belül működik együtt.

Mérnöki szempontból a legnagyobb előny nem pusztán a csökkentett kábelezés. A valódi értéket a rugalmasság jelenti. A gyártók a hagyományos architektúrákhoz képest sokkal kisebb fennakadással alakíthatják át a gyártási elrendezéseket, bővíthetik a gépek funkcionalitását és cserélhetik le a terepi eszközöket.

Ahogy az ipari automatizálás tovább halad a decentralizált intelligencia felé, az olyan technológiák, mint az IO-Link Safety, várhatóan inkább alapvető elvárássá, mint prémiumfunkcióvá válnak.

Szerző: Daniel Mercer | Vezető automatizálási rendszerekkel foglalkozó tudósító

Daniel Mercer 14 éve foglalkozik ipari automatizálással, gépbiztonsággal és elosztott vezérlési technológiákkal. Tapasztalatai között szerepelnek a csomagoló- és folyamatszerelő iparágakban megvalósított terepi integrációs projektek, amelyek Siemens hibabiztos rendszereit, Beckhoff EtherCAT-architektúrákat, Rockwell automatizálási platformokat és Schneider Electric gépbiztonsági megoldásokat alkalmaztak.