Модули безопасности Pilz PNOZmulti: архитектура и применение в промышленности

Эволюция релейной логики в программируемую безопасность

В сфере промышленной автоматизации требования к функциональной безопасности постоянно возрастают. Современное оборудование должно не только эффективно выполнять производственные задачи, но и гарантировать высочайший уровень защиты персонала, минимизировать риски незапланированных остановов и обеспечивать полное соответствие международным стандартам. В этом контексте модульные системы безопасности Pilz PNOZmulti знаменуют собой переход от традиционных релейных схем к гибким, программируемым и масштабируемым решениям. Эти системы становятся центральным элементом в архитектуре безопасности современного промышленного предприятия, предлагая комплексный подход к организации защитных функций.

Архитектура PNOZmulti представляет собой экосистему входных и выходных устройств, которые в сочетании с базовыми модулями формируют законченное решение для обеспечения безопасности. Гибкость архитектуры позволяет создавать распределенные системы, способные адаптироваться к уникальным требованиям любого применения — от отдельных машин до сложных роботизированных комплексов и полностью автоматизированных производственных линий.

Архитектура системы и принцип работы

Модули PNOZmulti функционируют как модули расширения, подключаемые к базовому модулю, который выполняет роль центрального процессора для логической обработки сигналов безопасности. Базовая конфигурация системы поддерживает подключение до восьми модулей расширения, что существенно увеличивает количество подключаемых датчиков и исполнительных устройств без потери производительности и скорости отклика системы.

Ключевые аспекты архитектуры:

• Единая шина питания: Модули расширения получают питание 24 В постоянного тока непосредственно от базового модуля через внутреннюю шину, что значительно упрощает монтаж и снижает количество точек подключения внешних источников питания.
• Гибкая топология: Модули устанавливаются с правой стороны базового модуля с помощью специальной соединительной колодки на тыльной стороне, образуя компактную сборку на стандартной DIN-рейке. Такая компоновка экономит пространство в распределительных шкафах.
• Децентрализованная конфигурация: С появлением модулей типа PDP Link система поддерживает распределенную архитектуру, позволяя размещать модули ввода-вывода непосредственно вблизи датчиков и исполнительных механизмов. Это решение сокращает длину кабельных трасс, снижает электромагнитные помехи и повышает общую надежность системы.

Классификация и типы модулей

Система PNOZmulti предлагает широкий ассортимент модулей, каждый из которых предназначен для решения конкретных задач безопасности в различных промышленных условиях.

Модули ввода (Input Modules)

• PNOZ mi1p: Модуль с 8 безопасными входами. Предназначен для подключения датчиков безопасности, таких как кнопки аварийной остановки, защитные блокировочные выключатели и световые завесы. Поддерживает диагностику обрыва и короткого замыкания.
• PNOZ mi2p: Модуль с 8 стандартными входами. Используется для подключения небезопасных сигналов, которые участвуют в логике безопасности, например, сигналов от переключателей режимов работы.
• PNOZ m EF 16DI: Модуль расширения с 16 безопасными цифровыми входами, обеспечивающий высокую плотность подключения для применений с большим количеством датчиков безопасности.
• PNOZ m EF 4AI: Модуль с 4 безопасными аналоговыми входами (диапазон 4…20 мА), предназначенный для подключения аналоговых датчиков, например, датчиков давления, положения или усилия.

Модули вывода (Output Modules)

• PNOZ mo1p: Модуль с 4 безопасными полупроводниковыми выходами. Полупроводниковая технология обеспечивает высокую частоту переключения и длительный срок службы, что делает его идеальным для применений с частыми циклами включения/выключения.
• PNOZ mo2p: Модуль с 2 безопасными релейными выходами. Релейные выходы обеспечивают гальваническую развязку и совместимость с широким спектром нагрузок, включая цепи переменного тока.
• PNOZ mo3p: Модуль с 2 безопасными полупроводниковыми двухконтактными выходами. Конструкция позволяет осуществлять расширенную диагностику подключенных устройств, включая контроль обрыва и короткого замыкания в нагрузке.
• PNOZ mo4p: Модуль с 4 безопасными релейными выходами. Оптимальное решение для управления несколькими нагрузками одновременно при сохранении гальванической развязки цепей.
• PNOZ mo5p: Специализированный модуль с 4 релейными выходами для мониторинга систем управления печами, разработанный для применения в энергетике и промышленных нагревательных установках.

Специализированные и гибридные модули

• PNOZ m EF 8DI4DO: Гибридный модуль с 8 безопасными входами и 4 безопасными выходами. Идеальное решение для создания компактных станций безопасности с минимальным занимаемым пространством.
• PNOZ m EF 1MM/2MM: Модули безопасного мониторинга движения (на 1 или 2 оси). Предназначены для контроля скорости, направления вращения и положения валов, что критично для применений с приводными системами, роботами и позиционными механизмами.
• PNOZ m EF Multi Link / PDP Link: Коммуникационные модули для организации безопасного взаимодействия между несколькими базовыми модулями или для подключения децентрализованных периферийных модулей в распределенных системах.

Децентрализованные модули

• PDP67 F Series: Модули ввода-вывода с классом защиты IP67. Предназначены для установки непосредственно вблизи технологического оборудования в условиях повышенной запыленности, влажности и воздействия химических веществ. Подключаются к центральной системе через модуль PDP Link. Доступны исполнения с обычными разъемами и из нержавеющей стали для особо агрессивных сред.

Применение в промышленности: от прессов до роботов

Модули PNOZmulti находят применение в разнообразных отраслях промышленности, обеспечивая безопасность критически важных процессов и оборудования.

Пример 1: Модернизация прессовой линии

При модернизации системы безопасности линии прессования металла используется базовый модуль PNOZmulti 2 в сочетании со специализированными модулями расширения для безопасного управления прессом, мониторинга скорости и контроля положения. Результатом такой модернизации становится не только соответствие стандартам EN ISO 13849-1, но и увеличение производительности за счет оптимизации времени цикла и улучшенной диагностики.

Пример 2: Роботизированные комплексы

В робототехнике, где рабочие зоны часто пересекаются с зонами обслуживания, применяются модули безопасного мониторинга движения (PNOZ m EF 1MM/2MM). Они позволяют реализовать безопасное ограничение скорости, остановку и контроль безопасного положения роботизированных манипуляторов в соответствии с требованиями стандартов EN ISO 10218-1 и EN ISO 10218-2.

Пример 3: Системы контроля доступа

Для управления безопасным доступом в опасные зоны через защитные ограждения используются модули с безопасными входами (PNOZ mi1p) для подключения блокировочных выключателей с замком, и релейными выходами (PNOZ mo2p) для управления исполнительными механизмами разблокировки.

Пример 4: Подъемное оборудование

В кранах и подъемниках модули PNOZmulti обеспечивают безопасное ограничение грузоподъемности, контроль крайних положений и аварийную остановку. Аналоговые модули используются для подключения датчиков нагрузки и положения.

Практические аспекты для инженеров: монтаж, конфигурация и диагностика

Конфигурирование и программирование

Для настройки логики работы системы используется программное обеспечение PNOZmulti Configurator. Оно позволяет конфигурировать систему без традиционного программирования, с помощью графических элементов и стандартизированных функциональных блоков, таких как аварийный останов, двухрукое управление, контроль скорости и мониторинг безопасного положения. Это значительно ускоряет разработку и снижает вероятность ошибок, характерных для ручного программирования.

Монтаж и эксплуатация

• Температурный режим: Модули рассчитаны на работу в диапазоне температур от 0 до 60 °C. Важно избегать конденсации влаги внутри модулей, для чего следует обеспечивать соответствующие условия эксплуатации.
• Монтажное положение: Монтаж рекомендуется осуществлять на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм, предпочтительно в горизонтальном положении для обеспечения оптимального теплоотвода.
• Подключение: Доступны версии модулей с пружинными клеммами для ускорения процесса монтажа или с винтовыми клеммами для повышенной надежности соединения в условиях вибрации.
• Высота над уровнем моря: Эксплуатация допускается на высотах до 2000 метров над уровнем моря без снижения рабочих характеристик.

Диагностика и обслуживание

Расширенные диагностические возможности являются ключевым преимуществом системы. Программное обеспечение PNOZmulti Configurator и визуализационные инструменты позволяют детально отслеживать статус каждого входа и выхода, идентифицировать неисправности и значительно сокращать время простоев оборудования за счет быстрой локализации проблем.

Стратегия выбора и интеграции

Выбор конкретного модуля зависит от множества факторов, которые необходимо учитывать при проектировании системы безопасности:

1. Определение типов и количества сигналов: Необходимо провести тщательный анализ того, сколько и каких датчиков безопасности и исполнительных устройств требуется для реализации функций безопасности в соответствии с оценкой рисков.
2. Выбор архитектуры: Централизованный подход (модули расположены в одном распределительном шкафу) или децентрализованный подход (модули распределены по машине с подключением через PDP Link) в зависимости от размеров оборудования и требований к помехозащищенности.
3. Учет среды эксплуатации: Для сложных условий эксплуатации с повышенной запыленностью, влажностью или агрессивными средами необходимо выбирать модули в защищенном исполнении или децентрализованные модули с высокой степенью защиты IP67.
4. Планирование расширения: Важно закладывать резерв по количеству модулей для будущих модификаций и расширений системы, учитывая ограничение в 8 модулей на один базовый модуль.
5. Интеграция с системой управления: Необходимо учитывать требования к взаимодействию с основной системой управления оборудованием через промышленные сети и протоколы связи.

Направления развития и интеграция в Industry 4.0

В контексте Индустрии 4.0 системы безопасности перестают быть изолированными компонентами. Модули PNOZmulti, являясь частью экосистемы PNOZmulti 2, могут быть интегрированы в общую систему управления предприятием через дополнительные коммуникационные модули, поддерживающие основные промышленные протоколы: EtherNet/IP, PROFINET, PROFIBUS, Modbus TCP и другие. Такая интеграция открывает новые возможности:

• Удаленный мониторинг состояния систем безопасности в реальном времени через SCADA-системы и панели оператора.
• Сбор и анализ данных о событиях и остановах для повышения эффективности оборудования и планирования технического обслуживания.
• Интеграция с системами планового технического обслуживания на основе данных о наработке и состоянии компонентов.
• Создание цифровых двойников систем безопасности для тестирования и оптимизации логики без остановки производственного процесса.

Заключение

Модули Pilz PNOZmulti представляют собой гибкий и масштабируемый инструмент, который позволяет инженерам создавать надежные решения для безопасности, адаптированные под уникальные задачи современного производства. Их способность не только защищать, но и предоставлять ценную диагностическую информацию, интегрироваться в комплексные системы автоматизации и поддерживать модернизацию существующего оборудования, делает их стратегическим активом в повышении общей эффективности и производительности промышленного предприятия.

Использование модульной архитектуры PNOZmulti соответствует современным тенденциям промышленной автоматизации, где безопасность является не препятствием для производства, а его неотъемлемой и интеллектуальной частью, способствующей достижению более высоких показателей операционного совершенства.