Bezpečnostní rotační kodér RVK58S : Řešení pohonů vyhovuje SIL3/PLe, včetně detekce pozice rotoru

Jen přísné bezpečnostní koncepty jsou opravdu schopné zajistit požadovanou bezpečnostní úroveň. To znamená, že spolehlivost bezpečnostního řešení je tak dobrá, jako je spolehlivost nejslabšího článku v celém řetězci. Běžnou praxí bývala konfigurace redundatních komponent celého systému a detekce chyb porovnáváním souvisejících systémových parametrů. Ačkoli to většinou splnilo účel, v dnešní době se již takové systémy používají mnohem méně, a to kvůli duplicitním nákladům za použitý materiál a celkové složitosti instalace. Navíc, při větším počtu komponent systému stoupá i pravděpodobnost závady a prodražuje to certifikaci Potvrzení o shodě.

Samospráva nahrazuje redundanci
V současné době je často používána inteligentní samospráva na úkor redundance a to pro zajištění správné funkce různých funkčních jednotek. Nový sino/kosinový rotační kodér RVK58S od společnosti Pepperl+Fuchs Drehgeber GmbH hraje klíčovou roli v oblasti vývoje a výroby bezpečnostních řešení pohonů. Kodér je umístěn v krytu o velikosti 58mm. Má vysoké rozlišení, 1024 kroků na otáčku, splňuje bezpečnostní koncept a disponuje funkcí zjištění absolutní polohy. Speciální čip ASIC zajišťuje správné řízení a úpravu signálů, což lze shlédnout v interní diagnostice zařízení.

Chyby na disku inkrementálního kodéru nebo chyby signálu lze spolehlivě detekovat použitím vzorce sin2(x) + cos2(x) = 1 a výpočtem inkremetnálního signálu sinu a kosinu kodéru, které jsou vůči sobě posunuty o 90 stupňů. Monitorována je také teplota, napájení, LED pohon a kalibrace součtu dat. Pokud se vyskytne nějaké narušení systému, elektronika kodéru uvede výstup do stavu vysoké impedance a kontroler tak může zjistit chybu téměř okamžitě za použítí funkce detekce zakončení obvodu na prázdno. S touto vlastností nový rotační kodér výrazně zjednodušuje vývoj bezpečnostních strojů a eliminuje potřebu přídavných senzorů, které se objevují u podobných konceptů. Sino/kosinový rotační kodér je již certifikován a certifikace přídavné funkce detekce absolutní polohy je na testování v TUV. Zařízení bude certifikováno pro použití v pohonech, které splňují bezpečnostní požadavky stupně SIL3/PLe a to pouze v jednom kompaktním zařízení.

Detekce pozice rotoru za použití jednocyklového zjištění absolutní polohy
Mimo inkrementální sledování polohy s vysokým rozlišením má ještě rotační kodér sino/kosinové sledování absolutní polohy s jedním cyklem na otáčku. Díky tomu máme informaci o aktuální poloze rotoru v motoru. Tato informace je důležitá pro účely náběhové komutace u synchronních motorů. Absolutní pozice je interpretována jako digitalizovaný 13 bitový signál, který je přenášen pomocí protokolu rozhraní SSI (Synchronous Serial Interface), nebo pomocí protokolu rozraní BiSS (Bidirectional Synchronous Serial). Díky kombinaci implementovaných rozhraní sin/cos, SSI a BiSS kodér využíva již existujících komunikačních protokolů a není tedy potřeba vývoje proprietárních bezpečnostních protokolů.

Bezpečnostní rotační kodér společnosti Pepperl+Fuchs umožňuje v kombinaci s vhodně certifikovaným kontrolerem jednokodérové řešení bez nutnosti integrace dalších přidavných kodérů splňujících striktní bezpečnostní požadavky. Avšak nezbytným předpokladem je připojení obou kanalů senzorů ke kontroleru. S touto konfigurací systému jsou jasně splněny vyšší bezpečnostní stupně dle ISO 13849 (PL e) nebo IEC 62061 (SIL 3). Všechny funkce motoru jsou prováděny a monitorovány spolehlivě, což je docíleno implementací bezpečnostních rychlostních funkcí jako např. bezpečná limitní rychlost, monitoring bezpečné rychlosti, monitoring bezpečného ukončení, bezpečný rotační směr, bezpečná akcelerace/zpomalení, atd.

Bezpečnostní rotační kodér nahrazuje mechanické bezpečnostní řešení
Inovativní bezpečnostní funkce umožňují v mnoha apliakcích nahradit konveční mechanické bezpečnostní zařízení softwarovými funkcemi. Např. ve skladištích mohou být zcela eliminovány drahé hydraulické tlumiče umístěné na konci skladu. Navíc je potřeba méně místa a vozítka mohou být lehčí díky nižší náročnosti na brždění a zpomalení. Kodér RVK58S v kombinaci s vhodnou bezpečnostní řídící jednotkou, instalovanou lokálně nebo přímo v kontroleru pohonu, kontroluje specifikovanou brzdící sílu (bezpečné limitní zpomalení) a stejně tak aktuální rychlost (bezpečnou limitní rychlost) strojů a vozítek v celém skladišti. Jestliže jsou některé z limitů překročeny, systém je připraven okamžitě reagovat a zastavit tak pohony daných strojů (v případě celkového selhání pohonu) a nebo aplikovat mechanickou brzdu daného vozítka.

Bezpečnostní funkce zjednodušují náběh strojů a obsluhu
Operátoři strojů se často během náběhu, nastavování a oblsuhy strojů zraní. Jedná se totiž o nebezpečné oblasti. Bezpečnostní rotační kodér umožňuje implementaci mnoha rozšiřujících bezpečnostních funkcí. Díky tomu se mohou jednotlivé úkony vykonávat mnohem bezpečněji než dříve.

Shrnutí
Operátoři a výrobci strojů jsou povinni splňovat bezpečnostní požadavky specifikované v EN ISO 13849. Funkční bezpečnostní kodér se sledováním absolutní polohy je prvním svého druhu na světě a je obrovským přínosem pro efektivní implementaci bezpečných řešení pohonů. Rotační kodér RVK58S splňuje požadavky moderních bezpečnostních konceptů. Pro společnosti zabývající se strojním inženýrstvím je potom mnohem snažší vyrobit jejich produkty tak, aby splnily požadované výkonové stupně (PL) a stupně bezpečné integrity (SIL). Kodér je díky integraci funkce absolutního sledování polohy vhodný pro obecné použití v širokém spektru aplikací s pohony. Nezáleží na tom, jestli jsou pohony založeny na synchronních nebo asynchronních motorech.