Nel mondo dell’automazione industriale ci sono applicazioni che richiedono gradi di sicurezza più elevati, sia per quanto riguarda la sicurezza delle persone che operano sugli impianti, che per quella dei macchinari e delle apparecchiature stesse.
In questo articolo conosceremo il PLC di sicurezza, ovvero un controllore logico programmabile costruito per rispettare le specifiche delle normative IEC 62061, ISO 13849-1 e IEC 61508.
Ecco gli argomenti della lezione di oggi:
Le funzioni del plc di sicurezza.
I moduli di ingresso e uscita dei plc di sicurezza.
La programmazione dei plc di sicurezza.
Quanto costa un plc di sicurezza.
I plc di sicurezza più diffusi nell’industria.
Plc di sicurezza Siemens.
Plc di sicurezza Rockwell Automation (Allen Bradley).
Plc di sicurezza ABB.
Plc di sicurezza Schneider Electric.
Le funzioni del plc di sicurezza.
Il principio su cui si basano i sistemi plc di sicurezza è quello di evitare i fault, per esempio utilizzando la ridondanza delle CPU, e nel caso che il guasto non sia evitabile di farlo accadere per lo meno in modo controllato.
Dal punto di vista delle funzioni e delle istruzioni programmabili nei plc comuni e quelli di sicurezza poco cambia, tranne che nei modelli safety abbiamo alcune funzioni aggiuntive dedicate alla gestione degli ingressi e delle uscite, più una serie di accorgimenti che riguardano più in generale la gestione del software; per esempio in un plc di sicurezza alcune parti di programma non si possono modificare con il sistema in run.
Il plc genera dei cheksum che per poter essere cambiati necessitano di una sorta di compilazione della parte di programma safety, infatti all’interno del software generalmente le routine che contengono oggetti “di sicurezza” sono gestite separatamente dalle routine normali.
I moduli di ingresso e uscita dei plc di sicurezza.
In un sistema con plc safety gli ingressi e le uscite vengono monitorate continuamente per mezzo di alcune routine di diagnostica che hanno il compito di rilevare se ci sono malfunzionamenti negli ingressi oppure nelle uscite; soprattutto il sistema deve essere in grado di gestire ove possibile le anomalie in modo prevedibile.
Per poter svolgere questi compiti di sicurezza, oltre alle CPU anche i moduli di ingresso / uscita saranno di tipo “di sicurezza”; nell’industria automatizzata l’area di sicurezza viene identificata dal colore giallo, colore che troviamo sulle componenti hardware ma anche all’interno del programma del plc.
Per quanto riguarda gli ingressi, per esempio un plc di sicurezza riceve ingressi doppi dai pulsanti di emergenza (E-Stop) che vengono monitorati costantemente in cerca di discrepanze, (la tolleranza è minima).
Sulle uscite invece possiamo trovare sistemi con due contattori per spegnere in sicurezza un macchinario nel caso che uno dei due si rompa e resti incollato (attivato).
Nella prossima figura vediamo un esempio di applicazione con gestione del pulsante di emergenza e dell’uscita con il plc safety della Siemens, la CPU è la 1516F.
Con i plc di sicurezza si sa esattamente cosa accade fisicamente alle uscite in caso di guasto, non solo perché le spegniamo all’interno del software ma perché è l’hardware stesso che gestisce i guasti.
Per essere considerato “di sicurezza”, un controllore logico programmabile deve essere in grado di prevedere e gestire il 99% dei rischi possibili sul sistema (standard di sicurezza SIL 3).
La programmazione dei plc di sicurezza.
Come affermato in precedenza, la programmazione dei plc di sicurezza è praticamente identica a quella dei plc standard, tranne che per le funzioni che devono gestire gli ingressi e le uscite di sicurezza.
Per assicurare l’ambiente “safety” questi I/O non possono essere gestiti con istruzioni normali.
Nella prossima figura possiamo vedere le istruzioni dell’ambiente Siemens Step7 per programmare un’uscita con feedback. Notiamo che le istruzioni e gli I/O di sicurezza hanno il colore giallo che le identifica; allo stesso modo all’interno del tool di programmazione, i blocchi di programma che contengono parti riguardanti la sicurezza sono evidenziati con il giallo.
Quanto costa un plc di sicurezza.
Naturalmente i plc di sicurezza hanno un costo più elevato e vengono impiegati quando il processo lo richiede, a grandi linee la maggiorazione di prezzo si aggira tra il 25% e il 35%.
Per applicazioni piccole sono comunque disponibili in commercio controllori di dimensioni ridotte, o apparecchiature programmabili che non sono dei veri PLC ma offrono comunque la sicurezza integrata.
Nella prossima immagine vediamo un semplice relé di sicurezza della Pilz, il modello è lo PNOZ X10 e costa circa 400 euro. Questo apparecchio viene impiegato per gli arresti di emergenza e per il monitoraggio di porte di sicurezza, in conformità allo standard EN60204-1.
Il modulo offre una categoria di sicurezza 3 rispetto alla ISO 13849-1.
I plc di sicurezza più diffusi nell’industria.
Tra i sistemi plc safety più utilizzati nell’automazione industriale troviamo sicuramente quelli delle grosse case produttrici di PLC, parliamo perciò di Siemens, di Allen Bradley (Rockwell Automation), di ABB, Schneider Electric e altre; nei prossimi paragrafi vedremo alcune delle apparecchiature fornite da questi produttori.
Plc di sicurezza Siemens.
Tra le apparecchiature della multinazionale tedesca troviamo CPU di sicurezza sia per quanto riguarda le linea S7-300 che per le nuove S7-1200 (plc per piccole applicazioni) e la performante S7-1500. Gli apparecchi safety vengono identificati con la lettera “F” nella loro sigla, e sono disponibili in diversi modelli.
Naturalmente Siemens produce moduli I/O di tipo sicuro e il plc può comunicare anche con le apparecchiature in rete Profinet mediante il profilo Profisafe.
Nella prossima immagine vediamo una CPU S7-1200 di tipo sicuro, il modello è il CPU 1215 FC, ed è il più performante della serie 1200.
Ecco nella prossima figura la serie delle cpu di sicurezza S7-1500, la Siemens offre ben 6 unità centrali diverse per ogni esigenza.
Plc di sicurezza Rockwell Automation (Allen Bradley).
Anche la casa costruttrice americana, sotto il marchio Allen Bradley presenta le CPU di sicurezza all’interno delle diverse linee di apparecchiature PLC offerte.
Insieme ai controllori questo produttore offre naturalmente moduli di ingresso e uscita sicuri e altre apparecchiature per l’automazione industriale.
All’interno del gruppo di controllori programmabili troviamo i ControlLogix 5580, i 5570, i CompactLogix e CompactGuardLogix 5380, CompactLogix 5370 e gli SmartGuard della serie 600 con funzionalità di sicurezza.
La Rockwell Automation è una delle case costruttrici di plc che offrono un ventaglio di soluzioni più ampio e per ogni tipo di esigenza, dalla piccola automatizzazione al controllo di grandi linee.
Nella prossima figura vediamo il compatto SmartGuard600, che possiede 16 ingressi e 8 uscite di sicurezza. Questi controllori hanno a bordo la connessione DeviceNet e possono montare opzionalmente anche una porta ethernet.
Nella prossima figura vediamo un controllore della serie ControlLogix 5580. Esso è dotato di meccanismi di sicurezza integrati, quali l’autenticazione centralizzata e il controllo degli accessi, per contribuire a mantenere la sicurezza dei sistemi.
Plc di sicurezza ABB.
La multinazionale svizzero-svedese opera nel campo della fornitura di apparecchiature per automazione industriale, per la building automation e non solo, in pratica anche questo costruttore è ben conosciuto nel mondo dell’industria e dell’elettrotecnica.
L’ABB propone il plc di sicurezza chiamato AC500-S, apparecchiatura molto apprezzata per alcuni tipi di applicazione quali gru, argani, paranchi, robotica, turbine eoliche ecc.
Questa unità è programmabile in linguaggio ladder (LD), in linguaggio di testo strutturato (ST), e anche con i blocchi di funzione (FBD); a corredo del sistema sono disponibili i moduli di ingresso e uscita di tipo safe.
Ecco nella prossima immagine il plc AC500-S, noterete che è lo stesso che abbiamo in testa a questa lezione.
Plc di sicurezza Schneider Electric.
Anche la casa francese produce i suoi plc di sicurezza come il Modicom MCM e il Modicom M580. Il primo è un sistema plc modulare più classico che permette di essere espanso con moduli di ingresso e uscita, mentre l’ M580 è un vero e proprio PAC con a bordo la porta ethernet.
Nella prossima figura vediamo il Modicom M580.
