W wielu maszynach dyskretnych pojedynczy kanał czujnika zbliżeniowego lub kurtyny świetlnej jest traktowany jako blokada bezpieczeństwa lub jakości, mimo że wejście jest konwencjonalnym punktem dyskretnym. Gdy taki kanał wykorzystuje czujnik normalnie otwarty (N.O.), sterownik nie potrafi odróżnić wolnego pola od odłączonego złącza. W obu przypadkach do programu drabinkowego trafia wartość FALSE. Operator, który odkryje tę lukę, może pozostawić otwartą osłonę, odłączyć czujnik oprzyrządowania lub ominąć kontrolę obecności bez wywołania alarmu. Maszyna nadal pracuje, błędnie zakładając, że proces przebiega prawidłowo.

W tym artykule wyjaśniono, dlaczego czujniki N.O. ukrywają usterki przerwanego przewodu, jak urządzenia normalnie zamknięte (N.C.) i urządzenia z podwójnymi stykami przywracają możliwość wykrywania takich usterek oraz jakie miejsce w architekturze ControlLogix zajmują diagnostyczne moduły wejść Allen-Bradley, takie jak 1756-IA8D i 1756-IB16D. Wyraźnie rozgraniczono również diagnostykę PLC od certyfikowanych architektur bezpieczeństwa, które w funkcjach SIL 2 / PLd wykorzystują przekaźniki bezpieczeństwa lub sterowniki PLC bezpieczeństwa. Publikacja 1756-TD002 pozostaje podstawowym źródłem informacji o charakterystykach elektrycznych cyfrowych modułów I/O ControlLogix.

Dlaczego czujniki normalnie otwarte ukrywają odłączone przewody

Wejście dyskretne oczekujące na czujnik źródłowy lub ujściowy ocenia prąd płynący przez kanał. W przypadku urządzenia N.O. prąd płynie tylko wtedy, gdy wykryty zostanie obiekt docelowy. Gdy obiektu nie ma, kanał jest otwarty, a bit wejściowy ma wartość FALSE. Po odłączeniu przewodu kanał również jest otwarty, więc bit wejściowy ponownie przyjmuje wartość FALSE. Aplikacja PLC nie ma zatem niezależnego stanu oznaczającego „brak czujnika”. Logika jakości, która po prostu czeka na wartość TRUE przed przejściem do kolejnego etapu cyklu, potraktuje oba przypadki jako „można kontynuować”, co jest dokładnie niewłaściwym rezultatem w zastosowaniach związanych z osłonami i kontrolą obecności.

W przypadku czujnika N.C. prawidłowy stan spoczynkowy to TRUE. Wykrycie obiektu docelowego otwiera styk i powoduje ustawienie bitu na FALSE. Odłączony przewód również powoduje ustawienie bitu na FALSE, ale taki stan pojawia się tylko wtedy, gdy wystąpi problem w odniesieniu do oczekiwanego stanu spoczynkowego TRUE. Logika aplikacji może więc wymagać wartości TRUE przed zezwoleniem na ruch, a utrzymującą się wartość FALSE bez odpowiadającej jej przyczyny procesowej traktować jako usterkę. Nie jest to różnica semantyczna, lecz różnica między cichym obejściem a wymuszonym zatrzymaniem.

Czujniki z podwójnymi stykami i architektury hybrydowe

Wiele przemysłowych czujników zbliżeniowych i wyłączników osłonowych oferuje układy z podwójnymi stykami: jedną ścieżkę N.O. do logiki maszyny oraz jedną ścieżkę N.C. do monitorowania lub włączenia w obwód bezpieczeństwa. Praktyczny układ kieruje styk N.O. do standardowego wejścia PLC wykorzystywanego do decyzji sekwencyjnych lub jakościowych, natomiast styk N.C. prowadzi do przekaźnika bezpieczeństwa albo kanału I/O bezpieczeństwa, który musi pozostać zamknięty, aby umożliwić pracę maszyny. Po odłączeniu złącza ścieżka N.C. otwiera się, a przekaźnik bezpieczeństwa odpada niezależnie od tego, co sądzi PLC. Jeśli obiekt docelowy jest po prostu obecny, ścieżka N.O. zmienia stan, podczas gdy ścieżka monitorująca N.C. może nadal potwierdzać ciągłość przewodu i korpusu urządzenia.

Jeżeli sprzęt z podwójnymi stykami nie jest dostępny, szeregowe włączenie pętli N.C. „urządzenie obecne” przez dedykowane wejście monitorujące nadal pomaga, pod warunkiem że instalator rozumie, iż pojedyncze przerwanie przewodu w dowolnym miejscu pętli będzie wyglądać jak brak urządzenia. Oznaczenia, dokumentacja skrzynek połączeniowych i okresowe testy działania pozostają obowiązkowe. Nie należy polegać na pojedynczym bicie wejściowym PLC jako jedynej warstwie ochrony przed zagrożeniami dla personelu.

Moduły diagnostyczne: 1756-IA8D i 1756-IB16D

Diagnostyczne cyfrowe moduły wejściowe ControlLogix wykrywają przerwy w przewodach i zwarcia, czego nie potrafią standardowe moduły. Diagnostyczny moduł wejść AC 1756-IA8D może wskazywać przerwę w przewodzie, gdy prąd obwodu obiektowego przy obecnym wzbudzeniu wynosi mniej niż około 2 mA. Diagnostyczny moduł wejść DC 1756-IB16D sygnalizuje przerwę w przewodzie poniżej około 0,5 mA. Wartości progowe mają znaczenie, ponieważ niektóre czujniki i starsze urządzenia obiektowe upływają prąd na tyle duży, aby standardowy, niediagnostyczny moduł nadal „uznawał” obwód za prawidłowy, mimo że znajduje się on blisko rzeczywistej przerwy. Publikacja Rockwell 1756-TD002 zawiera zestawienie limitów elektrycznych i działania diagnostycznego; zawsze należy projektować układ zgodnie z opublikowanymi wartościami dla konkretnego numeru katalogowego i serii.

Systemy Genius I/O są często przywoływane w dyskusjach dotyczących modernizacji, ponieważ ich charakterystyka upływu prądu w okolicy 2 mA wpłynęła na sposób projektowania starszych obwodów AC. Podczas migracji punktów Genius do ControlLogix nie należy zakładać, że to samo okablowanie czujników automatycznie zapewni prawidłowy stan diagnostyczny na module 1756-IA8D. Należy zmierzyć prąd spoczynkowy, potwierdzić prąd upływu czujnika w stanie wyłączenia oraz w razie potrzeby dostosować sieci podciągające lub wzbudzające, jeśli bit diagnostyczny zmienia stan lub nigdy się nie uaktywnia. Bity stanu diagnostycznego powinny być uwzględnione w logice alarmów i blokad, a nie ignorowane jako opcjonalny status.

Procedura wdrożenia

1. Utwórz wykaz wszystkich czujników wykorzystywanych jako blokady osłon, obecności lub oprzyrządowania. Oznacz ich polaryzację (N.O. lub N.C.) oraz określ, czy operatorzy mogą dosięgnąć złącza.
2. W przypadku każdego kanału, który musi potwierdzać ciągłość przewodu, preferuj urządzenia N.C. lub z podwójnymi stykami. Zaktualizuj schematy elektryczne i tagi PLC, aby odpowiadały nowemu stanowi spoczynkowemu.
3. Jeśli pozostają kanały półprzewodnikowe, zastosuj moduły diagnostyczne (1756-IB16D dla DC, 1756-IA8D dla AC) i uruchom testy przerwania przewodu, odłączając każdy kanał w kontrolowanych warunkach.
4. Przypisz bity usterek diagnostycznych do alarmów pierwszej przyczyny oraz logiki zezwoleń blokujących. Po zdarzeniu przerwania przewodu wymagaj potwierdzonego resetu.
5. W przypadku funkcji SIL 2 / PLd zaimplementuj funkcję bezpieczeństwa w przekaźnikach bezpieczeństwa lub architekturze ze sterownikiem PLC bezpieczeństwa. Nigdy nie uznawaj samego programu standardowego PLC za środek zapewniający poziom nienaruszalności bezpieczeństwa.

Potwierdź wykrywanie przerw w przewodach na każdym kanale

Weryfikacja jest prosta i powinna zostać zapisana na liście kontrolnej uruchomienia. Przy włączonym zasilaniu i zablokowanej maszynie odłącz każdy krytyczny czujnik i potwierdź, że oczekiwany alarm lub odpadnięcie obwodu bezpieczeństwa następuje w zaprojektowanym czasie reakcji. Podłącz czujnik ponownie i potwierdź, że stan spoczynkowy N.C. powraca do wartości TRUE przed skasowaniem usterki. Do typowych problemów należy pozostawienie czujników N.O. na tagach „bezpieczeństwa” z przyzwyczajenia, użycie modułów diagnostycznych bez prawidłowego podłączenia wzbudzenia oraz założenie, że budżet prądu upływu z czasów Genius nadal obowiązuje po zmianie platformy. Innym częstym błędem jest traktowanie diagnostycznego bitu przerwania przewodu jako ostrzeżenia miękkiego, podczas gdy maszyna nadal wykonuje cykle.

Na koniec pamiętaj, że diagnostyczne wejścia/wyjścia dyskretne poprawiają łatwość utrzymania i ograniczają ciche obejścia, ale same w sobie nie tworzą certyfikowanej funkcji bezpieczeństwa. Połącz diagnostykę PLC ze sprzętowymi produktami bezpieczeństwa dobranymi do oceny ryzyka i utrzymuj zapasowe moduły PLC i I/O zgodne z tymi samymi standardami platformy ControlLogix, które stosuje się w pozostałej części gniazda.