As funções de acionamento seguras apareceram recentemente nas Normas, produtos e aplicações e atualmente podem ser consideradas state of the art. São parte da segurança funcional das fábricas e máquinas e, como medidas para impulsionar a produtividade, estão a ganhar cada vez mais terreno no mercado. A proteção das máquinas e equipamentos está também a ganhar importância à parte da proteção das pessoas.
Nuno Guedes PILZ Industrieelektronik, S.L.
DOSSIER SOBRE TENDÊNCIAS DA AUTOMAÇÃO E CONTROLO DE MOVIMENTO 62 robótica
A integração da segurança no controlo de movimento
DEFINIÇÃO DE SAFE MOTION Quando se examina a aplicação do princípio “failsafe” com funções de segurança clássicas, a atuação da função de segurança faz com que as saídas desliguem, e isso é chamado de “condição segura”. Se forem usadas funções de acionamento seguras, uma aplicação pode parecer-se assim: quando uma porta é aberta, o motor é desacelerado com uma rampa definida de forma segura e é mantido parado sob controlo. O motor poderá, em seguida, mover-se em modo “jog” com velocidade reduzida de forma segura. Por outras palavras: se a monitorização da zona de deteção estática for violada, a produção pode continuar com um número reduzido de ciclos e com movimentos monitorizados de forma segura. O que este exemplo simples ilustra é a transição da segurança estática para a segurança dinâmica. Dinâmica tem significados diferentes nas várias disciplinas. Na tecnologia de segurança, a dinâmica é entendida como a capacidade de adaptar as funções de segurança à mudança das zonas de deteção. Os requisitos da segurança funcional para acionamentos de velocidade variável especificados na
EN/IEC 61800-5-2 abrem novos horizontes sobre este assunto. Os principais requisitos de sistemas de acionamento seguros em termos de segurança dinâmica são: t monitorização segura de variáveis cinemáticas como a aceleração, velocidade, distância, por exemplo; t os tempos de reação curtos para reduzir as distâncias de paragem; t variáveis de valores limite que podem ser adaptados para atender ao funcionamento. A tecnologia de segurança integrada nos acionamentos, rápida, comunicações específicas, sistemas de controlo de alto desempenho e sistemas de câmaras de segurança são tudo produtos adequados para soluções de segurança high-end. O termo Safe Motion é interpretado de forma diferente, dependendo da perspetiva. Os fabricantes de acionamentos em geral interpretam o Safe Motion como sendo uma segurança integrada no acionamento, enquanto os fabricantes de sistemas de controlo associam-no às soluções externas. Olhando para este tema analiticamente podemos estabe-
lecer que o termo Safe Motion refere-se apenas, em primeira instância, à implementação de um movimento seguro.
PRINCÍPIOS BÁSICOS O objetivo da tecnologia de segurança sempre foi evitar movimentos potencialmente perigosos. Nada, portanto, é mais óbvio do que se encaixar a tecnologia de segurança na criação de movimento. Por razões técnicas e económicas, os sistemas eletrónicos de acionamento – servo amplificadores e conversores de frequência – têm permanecido como componentes não seguros dentro da automação. Assim, a segurança é garantida através de componentes adicionais de segurança, que trazem o drive para uma condição de desenergizado, condição segura no caso de uma falha, ou monitorização segura do movimento do motor ligado ao drive. A tendência atual do mercado é integrar esses componentes de segurança no drive. De acordo com o atual state of the art, um controlador de movimento seguro é uma combinação de monitorização segura do movimento, isolamento seguro do motor a partir da alimentação e de criação de movimento (standard).
Figura 2. Componentes usados em Safe Motion.
Figura 1. Comparação entre segurança estática e dinâmica.
Os detalhes a seguir referem-se a drives trifásicos, tal como atualmente usados num ambiente industrial. Para aplicá-los a outros sistemas de atuadores (por exemplo, drives DC, servo-válvulas, ...) só é possível sob certas condições e precisa de ser examinado separadamente.
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3.2.3. Funções de Safe Brake As funções relacionadas com freios de retenção e freios de serviço foram resumidas sob o título de funções Safe Brake.
Figura 16. SBT – Safe Brake Test.
Figura 14. Funções Safe Brake.
Safe Brake Control (SBC) O Safe Brake Control (SBC) fornece uma saída segura para acionar um freio mecânico externo. Os freios utilizados devem ser “freios de segurança” em que o campo magnético se opõe a uma mola. E se o fluxo de corrente for interrompido, o freio aciona e trava. Os módulos de controlo incluem frequentemente uma redução de potência quando o freio é libertado para reduzir o consumo de energia, ou o aquecimento do freio. Um teste de segurança ao freio pode ser necessário para detetar erros durante o funcionamento, dependendo da análise de risco. Freios de retenção e freios de serviço são, muitas vezes, utilizados em eixos com cargas suspensas. Juntamente com o freio, o drive do freio é outro componente chave em termos de função de segurança. A função Safe Brake Control (SBC) é geralmente usada para controlar o freio de retenção ativado uma vez que um eixo está em paralização.
tico que substitui as medidas anteriores que só poderiam ser implementada por medidas organizacionais e operações manuais. Se o resultado for negativo pode levar à paragem da máquina e à sinalização de um erro, o que reduz o trabalho de manutenção consideravelmente.
CONCLUSÃO A tecnologia de acionamentos segura funde dois temas, que individualmente já envolvem um elevado nível de complexidade. O desafio é disponibilizar ao utilizador uma lógica transparente e compreensível no ciclo de vida de uma aplicação de Safe Motion. A dificuldade na configuração e seleção dos componentes de acionamento seguros está em traduzir os diversos fatores de influência nos requisitos do produto. Ou para colocá-lo de outra forma: na seleção de produtos para uma solução de acionamento segura, que parâmetros derivam a partir de que especificações?
Figura 17. Funções de segurança usando o exemplo de uma máquina de embalamento.
Figura 15. SBC – Safe Brake Control.
Safe Brake Test (SBT) Usar o Safe Brake Test (SBT) pode aumentar significativamente a segurança. Em muitos casos, controlar simplesmente um freio de retenção com segurança não é suficiente para fazer um eixo vertical seguro. Se o desgaste da parte mecânica do freio não for observado regularmente, não é possível garantir que o freio de retenção realize corretamente a ação de travagem, na eventualidade de um perigo. A função Safe Brake Test (SBT) faz um teste automá-
Figura 18. Procedimento para configurar e selecionar uma solução segura de controlo de movimento.