In passato, la sicurezza delle macchine comportava banchi di relay che interrompevano l’alimentazione a ogni violazione delle condizioni, ad esempio quando un operatore entrava in una cabina o calpestava un tappeto a pressione. L’obiettivo era separare gli operatori dalle apparecchiature, per garantire la sicurezza degli individui, ma questo spesso rendeva le operazioni di manutenzione e pulizia frustranti e lente.
I ripetuti arresti di emergenza sottopongono le attrezzature a sforzi eccessivi e, in caso di cambio della linea di produzione, anche la soluzione di sicurezza avrebbe dovuto essere completamente rinnovata.
Oggi la produzione si è evoluta, i lotti sono più piccoli, i cambi più frequenti. Processi e ricette si modificano con un semplice tocco di HMI, l’interfaccia uomo-macchina. Anche la sicurezza si è evoluta, e alimentata da azionamenti intelligenti, offre un modo flessibile, efficiente e soprattutto affidabile per proteggere personale e attrezzature, migliorando al contempo l’efficienza operativa dei sistemi.
La sicurezza funzionale
Nella sicurezza funzionale, i componenti di protezione controllano i parametri operativi dell’attrezzatura e, invece di interrompere istantaneamente l’alimentazione di un asse ogni volta che una condizione viene violata, si limitano a ridurne il movimento. Il sistema è in grado di gestire un guasto mantenendo un livello di sicurezza predefinito, informando l’utente tramite autodiagnosi e alert automatici.
La sicurezza funzionale sostituisce l’hardware con il software e i componenti di potenza con livelli logici. Questo approccio aumenta i tempi di attività, incrementa la produttività e diminuisce gli scarti. Riducendo al minimo il numero di arresti di emergenza e mantenendo le condizioni di protezione, la sicurezza funzionale aiuta componenti sottoposti a stress come motori e azionamenti a durare più a lungo.
Ad esempio, l’utilizzo di velocità limitata in sicurezza (SLS) per rendere più efficiente la pulizia o la coppia limitata in sicurezza (Safely Limited Torque) per consentire a un robot Scara di funzionare come parte di un sistema di robotica collaborativa. Possiamo affermare che la sicurezza funzionale sia il fulcro della rivoluzione della produzione in atto.
Le applicazioni
Le implementazioni di sicurezza funzionale variano molto, a seconda di esigenze del sistema, componenti utilizzati, capacità del system integrator e budget a disposizione. Un sistema di sicurezza si basa tipicamente su quattro componenti di base:
- Sensori: encoder, supporti di pressione, barriere fotoelettriche, ecc.
- Un PLC di sicurezza
- Un controller di movimento
- Azionamenti: di base o abilitati alla sicurezza con funzionalità di protezione integrate
I componenti
Quando il sistema è in funzione, il PLC gestisce le operazioni di base della macchina, il controller di movimento calcola le traiettorie e invia i comandi agli azionamenti, i quali a loro volta commutano il motore per posizionare il carico. Contemporaneamente, il PLC di sicurezza elabora gli input provenienti dai sensori. Se rileva una condizione fuori limite (ad esempio, il raggiungimento del limite di corsa consentito), il PLC di sicurezza determina la risposta corretta per il motore (arresto), che verrà quindi fermato mediante comandi del controller di movimento a un azionamento “muto” o richiamando le funzioni di sicurezza integrate in un azionamento con classificazione di sicurezza.
Nell’era dei componenti intelligenti, la memoria e l’elaborazione a bordo hanno notevolmente ampliato le capacità di quasi tutta la gamma di un sistema di movimento. Lo stesso PLC che esegue una macchina può potenzialmente gestire anche le funzioni di sicurezza. Gli azionamenti classificati semplificano le implementazioni di sicurezza, sostituendo la complessa programmazione con funzioni integrate che devono essere semplicemente configurate. Nelle macchine più semplici, gli azionamenti intelligenti non solo possono monitorare il movimento senza un controller aggiuntivo, ma anche gestire le operazioni di sicurezza. La semplicità di questa architettura riduce la quantità di elementi e il cablaggio necessario, di conseguenza anche costi e complessità.
L’implementazione di un drive con classificazione di sicurezza non si limita alla semplice programmazione. I sistemi di safety sono caratterizzati da ridondanza e gli azionamenti sono generalmente dotati di doppio processore e doppia unità di memoria e funzionano sulla base di input provenienti da doppi encoder assoluti. Tuttavia, l’hardware di backup non è sufficiente e i due processori devono essere prodotti da vendor differenti per evitare guasti di causa comune nella progettazione, creazione e firmware del chip. Inoltre, il self-checking completo consente all’azionamento di rilevare immediatamente i problemi e, in caso di anomalia, è programmato per passare a uno stato di sicurezza noto.
Le macchine con reti di sicurezza necessitano di comunicazioni ad alta velocità tra i componenti. La sicurezza funzionale richiede che la rete sia basata su un protocollo di sicurezza, come Functional Safety over EtherCAT (FSoE), che include un self-checking completo. Come nel caso dei processori, ogni volta che il sistema rileva dati corrotti o errori di comunicazione, l’asse passa a uno stato di sicurezza noto.
La produttività
I moderni sistemi di controllo applicheranno sempre più spesso la sicurezza funzionale di rete per proteggere il personale e massimizzare l’OEE. Gli azionamenti di sicurezza funzionale consentono a utenti e OEM di ottenere di più con meno hardware, inferiore complessità e riduzione del consumo energetico.
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Con il Motion Control di Elmo, le macchine funzionano al massimo delle loro potenzialità: più veloci, precise, costanti e sicure. Inoltre, sono più leggere, piccole, semplici da realizzare e gestire e più durature. Elmo permette di ridurre i costi grazie alla tecnologia, migliorando la produttività della macchina, senza intervenire sulla meccanica, eliminando così il lungo e costoso processo di miglioramento, adeguamento, riprogettazione, irrigidimento, ridimensionamento e rinforzo.
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