Wprowadzenie
Sterowniki Safety (Fail-Safe) w systemach automatyki przemysłowej odpowiadają nie tylko za nadzór nad sygnałami wejściowymi (przyciski awaryjne, kurtyny świetlne, rygle), ale także za bezpieczne sterowanie elementami wykonawczymi – stycznikami, zaworami czy siłownikami.
Aby to osiągnąć, stosuje się specjalne moduły wyjść bezpiecznych (F-DQ), które gwarantują, iż w przypadku wykrycia błędu system przejdzie w stan bezpieczny i odłączy zasilanie od obciążeń.
W artykule omówimy:
- różnice między wyjściami tranzystorowymi a przekaźnikowymi,
- budowę i diagnostykę modułów F-DQ,
- najważniejsze parametry techniczne,
- sposoby podłączania obciążeń w praktyce,
- przykładowe schematy aplikacji.
Podział wyjść bezpiecznych – tranzystorowe i przekaźnikowe
1. Wyjścia tranzystorowe – SM 1226 F-DQ 4 × 24 V DC
Moduł SM 1226 F-DQ posiada cztery kanały tranzystorowe, każdy przeznaczony do sterowania obciążeniem 24 V DC o prądzie do 2,0 A.
Cechy:
- szybkie przełączanie (idealne do elektrozaworów czy lamp LED),
- obsługa przełączania P+ i M–,
- każdy kanał zbudowany z dwóch niezależnych torów (P-switch i M-switch),
- redundancja i diagnostyka na poziomie SIL 3 / PL e.
Typowe zastosowania: elektrozawory hydrauliczne i pneumatyczne, cewki styczników DC, sygnalizatory świetlne.
2. Wyjścia przekaźnikowe – SM 1226 F-DQ 2 × Relay
Moduł SM 1226 F-DQ 2 × Relay oferuje dwa wyjścia przekaźnikowe, które mogą przełączać zarówno obciążenia DC, jak i AC.
Cechy:
- wolniejsze przełączanie niż tranzystorowe,
- pełna separacja galwaniczna od sterownika,
- możliwość sterowania większymi napięciami i prądami,
- redundancja dzięki sterowaniu dwoma niezależnymi mikrokontrolerami (uC1 i uC2).
Typowe zastosowania: styczniki silników AC, układy wymagające izolacji galwanicznej, aplikacje z dużymi obciążeniami indukcyjnymi.
Diagnostyka i mechanizmy bezpieczeństwa
Moduły wyjść fail-safe wyposażone są w rozbudowane mechanizmy diagnostyczne:
- Cross-diagnostics (diagnostyka krzyżowa) – dwa tory sygnałowe (P i M) muszą działać jednocześnie. Każda rozbieżność powoduje przejście w stan bezpieczny.
- Maximum readback time – maksymalny czas odpowiedzi wyjścia na zmianę stanu. Jego przekroczenie traktowane jest jako błąd.
- Ciągłe testy przełączników – cykliczne sprawdzanie poprawności działania (OFF→ON→OFF).
- Obustronna informacja zwrotna – każdy kanał potwierdza wykonanie polecenia.
Dzięki temu system może spełniać najwyższe wymagania norm IEC 62061 (SIL) i ISO 13849 (PL).
Sposoby podłączenia wyjść bezpiecznych
Wyjścia F-DQ można podłączać w różnych konfiguracjach, zależnie od aplikacji:
1. Bezpośrednie podłączenie aktuatora
Proste rozwiązanie – np. bezpośrednie sterowanie elektrozaworem lub lampą sygnalizacyjną. Stosowane wtedy, gdy aktuator ma własne certyfikaty bezpieczeństwa.
2. Styczniki P i M sterowane niezależnie
Kanał F-DQ kontroluje dwa styczniki (dla P i M). Dopiero ich jednoczesne zadziałanie powoduje załączenie obciążenia. Zwiększa to poziom bezpieczeństwa i redukuje ryzyko zwarcia.
3. Styczniki połączone równolegle
Dwa styczniki w układzie równoległym działają jako redundancja. W przypadku awarii jednego, drugi przez cały czas kontroluje obciążenie.
4. Oddzielne kanały dla wszystkich stycznika
Każdy stycznik sterowany jest niezależnym kanałem wyjściowym. Pozwala to rozdzielić obciążenia i zwiększyć niezawodność.
Powyżej przykład sterowania silnikiem poprzez styczniki kontrolowane przez wyjście F-DQ:
- Wyjście F-DQ podłączone do dwóch styczników (K1 i K2).
- Styczniki sterują silnikiem.
- Oba muszą zadziałać równocześnie, aby podać zasilanie.
- W przypadku wykrycia rozbieżności (np. jeden stycznik nie zadziała), moduł F-DQ przechodzi w stan bezpieczny i odcina zasilanie.
Takie rozwiązanie zapewnia redundancję i eliminuje ryzyko niekontrolowanego uruchomienia aktuatora.
5. Wyjścia przekaźnikowe (Relay) – więcej w kursie Safety
Stosowane w przypadku obciążeń AC lub wymagających separacji galwanicznej. Pozwalają sterować ciężkimi obwodami (np. stycznikami silników).
Podsumowanie
Wyjścia bezpieczne są kluczowym elementem każdego systemu Safety PLC.
- Tranzystorowe (SM 1226 F-DQ 4 × 24 V DC) – szybkie, dedykowane obciążeniom DC.
- Przekaźnikowe (SM 1226 F-DQ 2 × Relay) – wolniejsze, ale uniwersalne, obsługujące także AC i zapewniające izolację galwaniczną.
Dzięki diagnostyce, redundancji i różnym wariantom podłączeń można budować układy zgodne z najwyższymi wymaganiami SIL 3 / PL e.
W praktyce to właśnie dobór odpowiedniego modułu wyjściowego i poprawne okablowanie decydują o tym, czy system bezpieczeństwa faktycznie zadziała w krytycznym momencie.
