Ich habe viel in der Industriesteuerung gearbeitet. Es muss nicht in einer ruhmreichen Branche wie der Luft- und Raumfahrt sein. Fast jede Industriemaschine verfügt über genügend Energie, um schwere oder tödliche Verletzungen zu verursachen. Ich war in der Nähe, als Menschen verletzt wurden. Wenn Sie die meiste Zeit an einem Schreibtisch in einem Büro verbringen, werden Sie wahrscheinlich überrascht sein, wie gefährlich die meisten Fabrikjobs sein können (und waren es sicherlich bis vor kurzem). Jetzt haben wir bessere Methoden zur Maschinensicherung. So funktioniert es in der Praxis (obwohl es von Gerichtsbarkeit zu Gerichtsbarkeit unterschiedlich ist):
In den USA gibt es OSHA-Standards und in der EU ähnliche (normalerweise strengere) Richtlinien. Diese beginnen in der Regel damit, dass Sie eine Risikoanalyse durchführen müssen. Dies bedeutet, dass Sie eine Liste aller Gefahren erstellen und diese Gefahren dann kategorisieren, wobei Sie berücksichtigen, wie oft eine Person dem Risiko ausgesetzt wäre, wie einfach es ist, das Risiko zu vermeiden (abhängig von der Geschwindigkeit usw.) und was ist die Schwere des Ergebnisses (Schnitt, Amputation, Tod usw.).
Ein Großteil der Analyse hat mit der Gefahrenabwehr zu tun. Wenn Sie einen großen Käfig um Ihre Maschine legen und festschrauben, gilt Ihre Maschine als sicher, wenn die Komponenten der Maschine die Schutzvorrichtung nicht durchbrechen können. Wenn Sie zum Einsteigen ein Werkzeug benötigen, wird dies als Wartungsaufgabe betrachtet, und Wartungspersonal muss geschult werden, wie man sicher an einer Maschine arbeitet. In der Realität müssen die meisten Maschinen jedoch regelmäßig mit den Bedienern in Kontakt treten, sodass wir Zugangstüren in die Schutzvorrichtung oder Lichtvorhänge usw. einbauen müssen. Diese Türen und Lichtvorhänge müssen überwacht werden und die Gefährdungskraft, der der Bediener ausgesetzt ist muss "steuersicher" abgeschaltet werden.
Basierend auf dieser Analyse werden die Risiken in verschiedene Kategorien eingeteilt. Eine übliche Klassifizierungsskala ist Kategorie 1 bis Kategorie 4 (basierend auf der Norm EN 954-1). Aufgrund dieser Kategorien sind Sie gesetzlich verpflichtet, ein bestimmtes Maß an Maschinenschutz und Sicherheit zu gewährleisten.
Für Kategorie 4 ist beispielsweise Folgendes erforderlich:
Ein einzelner Fehler in jedem dieser Teile führt nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion.
Der einzelne Fehler wird mit oder vor der nächsten Anforderung an die Sicherheitsfunktion erkannt, oder wenn dies nicht möglich ist, kann eine Anhäufung von Fehlern nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion führen.
Dies kann in der Praxis schwierig zu erreichen sein, wird jedoch durch die Verfügbarkeit von Standardkomponenten, die nach Kategorie 4 zertifiziert sind, vereinfacht. Eine der häufigsten Komponenten in diesen Systemen ist beispielsweise ein Sicherheitsrelais. Dies sind mehr als nur mechanische Relais:
- Sie dienen zur Überwachung von zwei redundanten Eingangskanälen. Wenn Sie also einen Sensor haben, der einen Fehlerzustand erkennt (z. B. eine geöffnete Schutztür), verfügt dieser normalerweise über zwei Kontakte mit redundanten Schaltkreisen. Das Relais überwacht beide Kanäle, und wenn einer der beiden Kanäle öffnet, fällt die Stromversorgung Ihrer Stellantriebe ab. Wenn beide nicht gleichzeitig ausfallen, tritt ein Fehler auf und die Maschine kann erst nach einer Reparatur wieder gestartet werden .
- Das Relais verwendet auch elektrische Impulse auf diesen Leitungen und diese Signale zur Überwachung auf gekreuzte oder kurzgeschlossene Drähte, um einen Verdrahtungsfehler zu erkennen.
- Auf der Ausgangsseite werden zwei Schaltkreise zum Ansteuern der Ausgangsspulen verwendet. Wenn also einer in den Zustand "Ein" wechselt, sollte der andere verhindern, dass der Ausgang erregt wird. Zusätzlich werden diese überwacht und wenn ein Fehler erkannt wird, wird der Betrieb verhindert. Die Spulen selbst sind doppelt zwangsgeführte Relais, was bedeutet, dass redundante physische Relais am Ausgang vorhanden sind. Außerdem ist gewährleistet, dass die Kontakte jedes einzelnen Relais physisch miteinander verbunden sind, so dass ein Kontakt von z. B. 4 nicht von alleine geklebt werden kann. Diese werden ebenfalls überwacht.
- Es enthält auch einen Eingang zur Überwachung eines normalerweise geschlossenen Hilfskontakts von der zu steuernden Last. Wenn der Ausgang ausgeschaltet wird, muss der normalerweise geschlossene Kontakt aktiviert sein, was bedeutet, dass bestätigt wird, dass der Motorschütz oder was auch immer ausgeschaltet wurde, bevor er wieder eingeschaltet werden darf.
Wie Sie sehen, handelt es sich um komplizierte Geräte. Typische Kosten liegen zwischen 200 und 600 USD für jedes Sicherheitsrelais. Offensichtlich gibt es Software in diesen Geräten. Um Ihr Sicherheitsrelais zertifizieren zu lassen, müssen Sie normalerweise folgendermaßen vorgehen:
- Zwei redundante Prozessoren, die in der Regel von verschiedenen Anbietern stammen und auf unterschiedlichen Designs basieren.
- Der auf jedem Prozessor ausgeführte Code muss von zwei Teams entwickelt werden, die unter isolierten Bedingungen arbeiten. Dies verhindert, dass ein einzelner Softwarefehler zu einem einzelnen Fehlerpunkt wird.
- Der Ausgang beider Prozessoren muss übereinstimmen oder die Sicherheitsrelais sind defekt.
Sobald Sie Ihr Sicherheitssystem für Ihre Maschine unter Verwendung von sicherheitsrelevanten Komponenten entworfen haben, müssen Sie das Design von einem professionellen Ingenieur überprüfen und stempeln lassen. Dann baust du die Maschine. Dann wird der P.Eng. wird die Konstruktion der Maschine überprüfen, um sicherzustellen, dass sie nach dem Entwurf gebaut wurde. Sie werden es dokumentieren und einige Tests durchführen, um sicherzustellen, dass es wie erwartet funktioniert. Dies wird als Pre-Start-Review (PSR) bezeichnet und wird nicht in allen Ländern durchgeführt. Nach dem PSR darf ein Bediener die Maschine bedienen.
In den letzten Jahren gab es einige Revolutionen bei Sicherheitssystemen. Eine Zeit lang vertraute niemand der Übertragung von Sicherheitsdaten über ein Netzwerk, weshalb die so genannten "verteilten E / A-Systeme" wie DeviceNET und EtherCAT im Sicherheitsteil des Systems nicht zulässig waren. Neuere Protokolle ermöglichen es jedoch jetzt, dass Sicherheitsgeräte über diese industriellen Netzwerke laufen. Die Protokolle verwenden zeitgestempelte Nachrichten und doppelte redundante Verarbeitung an beiden Enden der Verbindung.
Sicherheitsrelais gehen langsam den Weg des Dodo Birds und werden durch kompliziertere Sicherheits-SPS ersetzt, mit denen die Sicherheitslogik in einer Funktionsblockdiagrammsprache aufgebaut werden kann. Auch diese Sicherheits-SPS verwenden alles redundant. Wenn das Programm genehmigt ist, muss vor der Inbetriebnahme der Maschine die P.Eng. stempelt das Programm und das Programm / die SPS wird mit einem Passwort gesperrt. Es braucht auch einen Hash des Programms und dieser Hash ist in der Dokumentation vermerkt (das ist es, was das P.Eng. Wirklich stempelt).
Sobald Sie Ihr Sicherheitssystem entworfen haben, kann die Logik, die Sie zur Steuerung der Maschine selbst schreiben, ein Kinderspiel sein. Programmierer stürzen häufig Maschinen ab, die Tausende von Dollar an Schaden verursachen, aber zumindest wird niemand verletzt.