Enkodery Safety

Wprowadzenie do enkoderów bezpieczeństwa

Maszyny są tylko tak bezpieczne jak użyte do ich produkcji komponenty. Bezpieczeństwo maszyn odgrywa kluczową rolę we współczesnym świecie. Urządzenia współpracujące z ludźmi lub działające w ich bezpośrednim otoczeniu muszą być odpowiednio zabezpieczone. Kontrola ich prędkości i pozycji powinna być realizowana z najwyższą niezawodnością, aby zapewnić ochronę i bezpieczeństwo zarówno maszynom, jak i operatorom.

Dlatego też w naszej ofercie znajduję się redundantne enkodery absolutne i enkodery inkrementalne produkcji TWK Elektronik, zapewniające bezpieczeństwo funkcjonalne.

Enkodery safety jako szczególny rodzaj enkoderów

TWK Elektronik wyznaczając standardy rozwoju technologicznego, oferuje szeroki wachlarz produktów z kategorii enkodery safety. Różnorodność dotyczy zarówno konstrukcji mechanicznej, która umożliwia montaż w dowolnej aplikacji, ale także funkcji, które odpowiadają konkretnym zastosowaniom.

Enkodery safety to szczególny rodzaj enkoderów, ponieważ oprócz precyzyjnego pomiaru prędkości, pozycji lub kąta, często oferują redundantne układy pomiarowe, które monitorują siebie nawzajem. W przypadku wykrycia nieprawidłowości, system jest automatycznie informowany o możliwym błędzie, co pozwala na szybkie reagowanie i zapobieganie awariom. Ponadto, dzięki interfejsom bezpieczeństwa, takim jak CANopen Safety, Failsafe over EtherCAT czy PROFIsafe, enkodery mogą bezpiecznie przesyłać dane do systemów sterowania, minimalizując ryzyko błędów transmisji.

Enkodery redundantne są niezastąpione w aplikacjach, gdzie precyzja i bezpieczeństwo są priorytetem, takich jak zautomatyzowane linie produkcyjne, systemy magazynowe czy pojazdy autonomiczne, gdzie błąd w odczycie pozycji lub prędkości może mieć poważne konsekwencje

Certyfikowane enkodery dla bezpieczeństwa funkcjonalnego

Certyfikowane enkodery bezpieczeństwa to zaawansowane urządzenia pomiarowe, które zostały zaprojektowane i przetestowane zgodnie z rygorystycznymi normami bezpieczeństwa, aby zapewnić niezawodne i precyzyjne działanie w krytycznych aplikacjach. Tego rodzaju enkodery są kluczowe w systemach, gdzie bezpieczeństwo ludzi, maszyn i środowiska jest priorytetem.

W przeciwieństwie do standardowych enkoderów, certyfikowane enkodery bezpieczeństwa muszą spełniać wymagania określone przez normy, takie jak:

• SIL (Safety Integrity Level) – poziom nienaruszalności bezpieczeństwa według normy IEC 61508, gdzie enkodery mogą być certyfikowane do poziomów SIL2, SIL3 lub wyższych.
• PL (Performance Level) – poziom wydajności według normy ISO 13849-1, przy czym typowe poziomy dla enkoderów bezpieczeństwa to PLd lub PLe.
• ASIL (Automotive Safety Integrity Level) – poziom bezpieczeństwa dla przemysłu motoryzacyjnego, który ma zastosowanie również w zaawansowanych systemach autonomicznych i mobilnych.

Certyfikacja enkodera jest procesem, który zapewnia, że enkoder działa zgodnie z określonymi normami i standardami.

Poziom nienaruszalności bezpieczeństwa

Poziom nienaruszalności bezpieczeństwa (ang. Safety Integrity Level, w skrócie SIL) to międzynarodowy standard oceny ryzyka i niezawodności systemów zabezpieczeń, który definiuje wymagania dotyczące bezpieczeństwa funkcjonalnego. Poziomy SIL określają, jak niezawodnie system zabezpieczeń musi działać, aby minimalizować ryzyko awarii i zapewnić ochronę ludzi, maszyn oraz środowiska.

Normy związane z SIL są opisane w standardzie IEC 61508, który definiuje cztery poziomy nienaruszalności bezpieczeństwa, od SIL1 do SIL4. Każdy z poziomów odpowiada różnemu stopniowi redukcji ryzyka:

• SIL1 – najniższy poziom, wymaga podstawowego stopnia ochrony i jest stosowany tam, gdzie ryzyko jest stosunkowo niskie.
• SIL2 – wyższy poziom, wymagany w systemach o średnim ryzyku, często stosowany w automatyce przemysłowej i robotyce.
• SIL3 – bardzo wysoki poziom niezawodności, stosowany w systemach o krytycznym znaczeniu dla bezpieczeństwa, np. w przemyśle chemicznym, energetyce czy systemach transportu publicznego.
• SIL4 – najwyższy poziom nienaruszalności bezpieczeństwa, wymagany w sytuacjach, gdzie ryzyko jest ekstremalnie wysokie, np. w systemach ochrony reaktorów jądrowych.

Poziom SIL zależy od dwóch kluczowych czynników:

• Prawdopodobieństwo awarii (PFD – Probability of Failure on Demand) – określa, jak często system może zawieść w momencie, gdy będzie potrzebny.
• Redukcja ryzyka – mierzy, w jakim stopniu system bezpieczeństwa zmniejsza ryzyko w danym środowisku pracy.

SIL2 i SIL3 są najczęściej spotykane w przemyśle. Certyfikowane urządzenia, w tym enkodery bezpieczeństwa, muszą spełniać odpowiednie poziomy SIL, aby zapewnić właściwą redukcję ryzyka.

Poziomy SIL pomagają projektować i weryfikować systemy zabezpieczeń, tak aby działały niezawodnie i skutecznie w krytycznych sytuacjach.

Komunikacja i technologia

Bezpieczna komunikacja jest istotnym elementem enkoderów wykorzystywanych w systemach bezpieczeństwa funkcjonalnego. Obejmuje ona zarówno sposób przesyłania danych, jak i kontrolę integralności tych danych. Oto technologie komunikacyjne wspierające bezpieczeństwo:

• Protokół PROFIsafe: To rozszerzenie popularnego protokołu PROFINET zapewnia bezpieczne przesyłanie danych z enkoderów do kontrolerów w systemach automatyki. Dodaje on funkcje wykrywania błędów w komunikacji, kontrolę ciągłości oraz zapewnia mechanizmy umożliwiające bezpieczne zatrzymanie systemu w razie awarii.
• Fail Safe over EtherCAT: Jest to protokół komunikacyjny oparty na EtherCAT, który pozwala na realizację bezpiecznej transmisji danych w aplikacjach o wysokim poziomie bezpieczeństwa. FSoE zapewnia przesyłanie informacji między enkoderem a kontrolerem w sposób odporny na awarie.
• CANopen Safety: W aplikacjach wymagających wysokiej niezawodności, stosuje się wersję protokołu CANopen Safety, która dodaje warstwy kontroli i redundancji do standardowego protokołu CANopen. Enkodery korzystające z CANopen Safety są używane w aplikacjach takich jak sterowanie pojazdami autonomicznymi czy windy.

Wybór enkoderów bezpieczeństwa

Wybór enkodera z funkcjami bezpieczeństwa to kluczowy krok w zapewnieniu niezawodnego i bezpiecznego działania systemu automatyki. Proces ten powinien uwzględniać różne aspekty techniczne, funkcjonalne oraz regulacyjne, które odpowiadają na specyficzne potrzeby aplikacji.

W pierwszej kolejności należy dokonać oceny ryzyka zgodnie z normami bezpieczeństwa, takimi jak ISO 13849 lub IEC 61508. Kluczowe pytania to:

• Jakie zagrożenia mogą wyniknąć z niewłaściwego działania enkodera?
• Jakie są potencjalne konsekwencje (np. uszkodzenia sprzętu, zagrożenie dla zdrowia)?
• Jakie funkcje bezpieczeństwa są potrzebne w systemie (np. bezpieczne zatrzymanie, kontrola prędkości)?

Wymagany poziom SIL/PL: Na podstawie analizy ryzyka należy ustalić poziom niezawodności, który enkoder musi spełniać, czyli:

• SIL (Safety Integrity Level) według IEC 61508 lub IEC 62061.
• PL (Performance Level) według normy ISO 13849. Jeżeli Twoja aplikacja wymaga wyższego poziomu bezpieczeństwa, np. SIL3 lub PLe, wybierz enkoder, który ma certyfikat zgodny z tymi poziomami.

Poza typowym dla enkoderów safety doborem wymaganego poziomu bezpieczeństwa, należy wziąć pod uwagę inne kryteria, typowe dla wszystkich rodzajów enkoderów, takie jak: kompatybilność z systemem sterowania, warunki środowiskowe, w których pracować będzie enkoder, właściwości mechaniczne i elektryczne enkodera czy też całkowity koszt posiadania.