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Os sistemas de controlo seguros surgiram como o desejo de integrar a automação segura através de programação. Os sistemas iniciais estavam focados claramente no processamento de funções de segurança, tendo evoluído em características e funções, mesmo em termos de descentralização com a utilização das comunicações seguras. Numa linguagem simples, a tecnologia de controlo seguro significa: fazer a função de controlo segura!
Nuno Guedes PILZ Industrieelektronik, S.L. Tel. + 351 229 407 594 Fax. + 351 229 407 595 n.guedes@pilz.pt www.pilz.pt
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Sistemas de Controlo Seguros
ENQUADRAMENTO Nos primórdios da tecnologia de controlo, o foco no sistema de controlo era a função e, por consequência, a imagem do processo. Contactores e relés activavam as máquinas e instalações fabris. Onde havia dispositivos para desligar, ou dispositivos para proteger as pessoas, o actuador era simplesmente desligado da fonte de alimentação quando necessário. No entanto, as pessoas gradualmente se aperceberam que este tipo de sistema de protecção se podia tornar inoperacional no caso de um erro: a função de protecção não seria mais garantida. Como resultado, as pessoas começaram a considerar as opções para salvaguardar este tipo de separação de funções. Circuitos especiais de relés, como a combinação de 3 contactores, foi um dos primeiros desenlaces destas considerações. Esta combinação de dispositivos levou, por fim, ao desenvolvimento do primeiro relé de segurança. Os relés de segurança, por consequência, são dispositivos que geralmente implementam funções de segurança. No caso de um perigo a função dessa função de segurança é usar medidas apropriadas para reduzir o risco para um nível aceitável. Estas funções podem ser funções como paragem de emergência, monitorização de portas, ou até, a monitorização de velocidade zero num conversor de frequência. Os relés de segurança monitorizam uma função específica; interligando-se com outros relés de segurança, garantem total monitorização de uma máquina, ou instalação. O primeiro sistema de controlo seguro veio por fim com
o desejo de ligar funções flexíveis através de programação.
INTRODUÇÃO Como já foi referido os sistemas de controlo seguros surgiram como o desejo de integrar a automação segura através de programação, de uma forma similar à forma como é feita com os autómatos programáveis standard. Não é surpresa então, que os sistemas de controlo seguros estejam a seguir o exemplo dos autómatos programáveis standard. Os sistemas centralizados apareceram primeiro, seguidos pelos sistemas descentralizados em conjunção com os sistemas de comunicação seguros. A programação seguiu a mesma fórmula, excepto que o conjunto de instruções foi drasticamente reduzido desde o início a apenas algumas linguagens, como IL (Lista de Instruções), ou LD (Ladder). Estas medidas foram tomadas por razões de segurança, pela opinião de que limitando as opções de programação se minimizaria os erros ao gerar o programa. Os sistemas iniciais estavam focados claramente no processamento de funções de segurança. No entanto, mesmo no início, era possível o sistema de controlo seguro para automação standard, na prática esta aplicação encontrou um uso muito limitado. Pondo de parte as características de segurança, há pouco a distinguir entre os sistemas de controlo seguros dos sistemas de controlo standard em termos das suas funções actuais. Essencialmente um sistema de controlo seguro consiste em dois sistemas de controlo que processam o programa da aplicação em paralelo, usam a mesma imagem das entradas e saídas do processo e se sincronizam continuamente. Parece muito simples, mas o detalhe é bastante complexo: comparações cruzadas, teste do nível das entradas/saídas, estabelecer um resultado comum e válido, entre outros, são tudo processos multi-camada, que ilustram a complexidade interna desses sistemas. Ultimamente, claramente que o utilizador não se apercebe dessa complexidade; com a excepção de algumas caracte-
rísticas específicas, como a utilização de sinais de teste para detectar curto-circuitos entre contactos, os sistemas modernos comportam-se da mesma maneira que outros sistemas de controlo. Estrutura de um sistema de controlo seguro: Dois canais separados; Estrutura diversitária usando hardware diferente; As entradas e saídas são constantemente testadas; Os dados de utilizador são constantemente comparados; Funções de monitorização de tensão e tempos; Desconexão segura no caso de um erro/perigo.
Figura 1.
INTEGRAÇÃO COM O AMBIENTE DA AUTOMAÇÃO Os tempos de ciclos estão a tornar-se cada vez mais pequenos, enquanto a produtividade e as exigências aos sistemas de controlo de máquinas e instalações está a aumentar. Adicionalmente aos requisitos técnicos de controlo, a necessidade de informação tendo em conta o processo e dados da máquina estão constantemente a crescer. Como resultado, as tecnologias de comunicação do mundo do escritório estão cada vez mais a deixar a sua marca na tecnologia de controlo. Como consequência dessa tendência, por exemplo, está o crescimento
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O utilizador poderĂĄ escolher livremente entre programação clĂĄssica (como por exemplo, IEC 61131) e uma conďŹ guração similar Ă dos relĂŠs de segurança conďŹ gurĂĄveis.
Figura 4.
de controlo seguro. Um posterior desenvolvimento na transferĂŞncia do campo ajuda a simpliďŹ car este caso. A Figura 4 ilustra a extensĂŁo do princĂpio da habilitação. A habilitação para o comando de controlo do sistema de controlo standard toma lugar directamente ao nĂvel das entradas/saĂdas. A manipulação da informação a esse nĂvel ĂŠ tremendamente simpliďŹ cada como resultado; ambos os sistemas de controlo podem ser programados e testados independentemente. Desencadeando a habilitação no sistema de entradas/saĂdas nĂŁo hĂĄ atrasos no processamento no interior do sistema de controlo seguro e nĂŁo ĂŠ mais necessĂĄrio passar controlos de comando via rede de campo.
BLOCOS DE FUNÇÕES NOS SISTEMAS DE CONTROLO SEGUROS Os blocos de funçþes para funçþes relativas à segurança são chave para o sucesso dos sistemas de controlo seguros. Embora inicialmente fossem, mais ou menos, uma imagem das funçþes e propriedades encontradas nos relÊs de segurança, gradualmente a gama foi de-
senvolvida para incluir blocos para usos especiais como aplicaçþes de prensas, ou gestĂŁo de queimadores. Hoje, blocos de funçþes estĂŁo disponĂveis para quase todas as aplicaçþes relativas Ă segurança imaginĂĄveis. Todos eles testados e certiďŹ cados por organismos certiďŹ cados e oferecem aos utilizadores uma segurança Ăłptima para a utilização do diaa-dia. O conceito de blocos de funçþes era originalmente destinado para o sistema de controlo seguro mas, foi entĂŁo desenvolvido para formar blocos de funçþes conďŹ gurĂĄveis para relĂŠs de segurança conďŹ gurĂĄveis, fazendo as aplicaçþes mais amigĂĄveis. Esta aproximação de usar blocos de funçþes conďŹ gurĂĄveis serĂĄ tambĂŠm parte do desenvolvimento contĂnuo do ambiente de programação dos sistemas de controlo seguros.
TECNOLOGIA DE CONTROLO SEGURO O modelo da tecnologia de segurança como uma pura “função de monitorizaçãoâ€? estĂĄ a mudar drasticamente: a tecnologia de segurança pode ter sido quase exclusivamente associada com paragem de emergĂŞncia, barreiras fotoelĂŠctricas e bloqueios de portas por um longo perĂodo de tempo mas, seria agora impensĂĄvel nĂŁo ter em atenção a segurança em conversores de frequĂŞncia, por exemplo. Outras ĂĄreas irĂŁo incluir pneumĂĄtica e hidrĂĄulica segura. VĂŁo surgir aplicaçþes de ĂĄreas nas quais ainda nĂŁo sĂŁo o foco da nossa atenção mas, uma coisa ĂŠ clara: a segurança ĂŠ uma parte integral de uma instalação fabril e da função de uma mĂĄquina, entĂŁo tem de ser considerada de forma apropriada, logo desde o inĂcio. Numa linguagem simples, a tecnologia de controlo seguro signiďŹ ca: fazer a função de controlo segura! A tecnologia de controlo seguro torna-se realidade quando a segurança desfruta dos mesmos mecanismos, o mesmo tratamento e a mesma exibilidade como a secção standard, a todos os nĂveis da tecnologia de segurança. Isto nĂŁo quer dizer que as funçþes de segurança e standard tenham de ser combinadas dentro de um dispositivo. O que ĂŠ importante ĂŠ que trabalhem juntos nas tarefas do processo como um sistema, sem se comprometerem mutuamente. Cada dispositivo, cada sistema de controlo deve fazer aquilo que faz melhor. A espinha dorsal do sistema ĂŠ um sistema de comunicação extremamente poderoso, que gere o trĂĄďŹ co de dados no segundo plano. O resultado desse desenvolvimento tecnolĂłgico ĂŠ um sistema que usa os beneďŹ cios intrĂnsecos da tecnologia dos sistemas de controlo. Por exemplo, nĂŁo faz sentido para um sistema de controlo seguro ter de executar com funçþes de controlo de movimento, quando isso ĂŠ uma tarefa especĂďŹ ca da tecnologia do sistema de controlo de movimento.
Figura 5. * Artigo redigido segundo o Antigo Acordo OrtogrĂĄďŹ co.