Wprowadzenie
Sterowniki Safety (Fail-Safe) to specjalne jednostki CPU oraz moduły wejść/wyjść, które oprócz standardowych funkcji automatyki realizują również zadania związane z bezpieczeństwem maszyn i procesów. Dzięki temu mogą jednocześnie sterować maszyną w trybie standardowym oraz monitorować jej bezpieczeństwo zgodnie z wymaganiami norm PN-EN ISO 13849-1 (PL) oraz IEC 61508 / IEC 62061 (SIL).
Przykładami zastosowań są:
- przyciski awaryjnego zatrzymania (E-Stop),
- kurtyny świetlne,
- rygle bezpieczeństwa,
- dwuręczne przyciski operatora,
- kontrola prędkości i położenia.
Procesory fail-safe (SIMATIC S7-1200, S7-1500, ET200SP)
Rodzina SIMATIC oferuje sterowniki w wersjach standardowych oraz w wersjach z oznaczeniem F (Fail-Safe), np. CPU 1214FC, CPU 1516F-3 PN/DP czy CPU 1510SP F-1 PN.
Oprócz zwykłego programu sterującego, posiadają one dedykowany obszar Safety, w którym można tworzyć logikę bezpieczeństwa.
Dzięki temu w jednej jednostce CPU mamy:
- program standardowy (np. obsługa silnika, panelu HMI),
- program Safety (np. reakcja na awaryjne zatrzymanie).
Moduły wejść/wyjść Safety
Do procesorów fail-safe dołączane są specjalne moduły F-DI i F-DQ, które różnią się od standardowych tym, że:
- posiadają mechanizmy detekcji błędów (np. zwarcia, rozbieżności sygnałów),
- komunikują się w protokole PROFIsafe,
- zapewniają reakcję na błąd w postaci przejścia w stan bezpieczny („0” = brak napięcia).
Przykłady modułów:
- S7-1200 SM1226 F-DI/F-DQ – moduły bezpieczeństwa dla małych aplikacji,
- ET 200MP F-DI/F-DQ – moduły dla sterowników S7-1500,
- ET 200eco PN – moduły rozproszone do zastosowania w trudnych warunkach.
Różnice w zachowaniu CPU standardowych i fail-safe
Sterowniki Safety posiadają szereg dodatkowych mechanizmów:
Tryb bezpieczeństwa (Safety Mode):
- aktywuje funkcje wykrywania i reakcji na błędy,
- program Safety nie może być modyfikowany w trybie aktywnym,
- testowanie online tylko w trybie dezaktywowanym.
Ramka PROFIsafe:
- zawiera dane procesowe oraz statusowe,
- numer monitorujący (keep-alive),
- podpis CRC weryfikujący integralność danych.
Reakcja na błędy (Fault Reaction):
- wymuszenie stanu bezpiecznego („0” – brak napięcia),
- dotyczy wejść i wyjść cyfrowych,
- wywoływana m.in. przez błędy sprzętowe, komunikacyjne czy rozbieżności sygnałów.
Przykładowa aplikacja
Na poniższym schemacie pokazano aplikację z CPU 1516F oraz stacją rozproszoną ET 200SP Failsafe.
Układ zawiera:
- przyciski Start/Stop,
- przycisk Emergency Stop,
- obwód potwierdzenia (ACK),
- moduły F-DI i F-DQ sterujące napędami.
Zasada działania:
- Wciśnięcie E-Stop powoduje natychmiastowe wyłączenie wyjść bezpieczeństwa.
- Sterownik przechodzi w stan pasywny (fail-safe).
- Aby ponownie uruchomić maszynę, konieczne jest potwierdzenie ACK i restart.
Podsumowanie
Sterowniki Safety (Fail-Safe) to niezbędny element nowoczesnych układów automatyki. Dzięki integracji programu standardowego i bezpieczeństwa w jednym CPU:
- obniżamy koszty inwestycji,
- redukujemy ilość sprzętu (brak dodatkowych przekaźników bezpieczeństwa),
- spełniamy wymagania norm PL i SIL,
- zapewniamy szybką reakcję na błędy oraz prostszą diagnostykę.
Dzięki bogatej ofercie CPU i modułów failsafe, rozwiązania SIMATIC S7-1200, S7-1500 oraz ET 200 mogą być stosowane zarówno w małych, jak i rozproszonych instalacjach przemysłowych.
