Un'architettura modulare per la sicurezza funzionale dedicata alle esigenze dei costruttori specializzati di macchine CNC

Minimizza la necessità di ulteriore hardware e di cablaggi relativi alla sicurezza

28/01/2013 – Teufen (AR), CH

NUM ha rilasciato una sofisticata architettura di sicurezza funzionale per tutto il suo sistema CNC, che rappresenta una soluzione eccezionalmente modulare che può essere applicata molto facilmente a quasi tutti i tipi di  macchine utensili, indipendentemente dalla complessità o dal numero di assi. La soluzione NUMSafe, comprende un PLC dedicato alla sicurezza, moduli di sicurezza per ingressi e uscite, e azionamenti digitali con la funzione monitoraggio integrata del movimento sicuro. NUMSafe è compatibile con la piattaforma CNC di nuova generazione di NUM Flexium+.

Secondo il responsabile dell'ufficio tecnico di NUM, Massimiliano Menegotto, “La sicurezza funzionale sta diventando una esigenza tassativa per molti tipi di macchine utensili, indipendentemente dalle prestazioni, dalla precisione e dalla complessità della macchina. Oltre ad aumentare la sicurezza dell'operatore, aumenta anche la produttività e la disponibilità della macchina. La modularità intrinseca e la versatilità del controllo di NUMSafe offrono agli OEM una soluzione semplice, indipendentemente dal fatto che il prodotto finale sia una macchina base a tre assi o una macchina molto complessa con oltre cento assi per applicazioni su macchine transfer."

Fino a poco tempo fa i progettisti che volevano implementare schemi di sicurezza funzionale anche basilari su macchine CNC erano obbligati ad usare le tecnologie elettromeccaniche per la sicurezza, come i contattori speciali ed i relè. Questo approccio ha determinato un costo significativo  per componenti e cablaggi aggiuntivi, ed un maggior tempo per lo sviluppo e  la costruzione della macchina. Integrando le funzionalità di sicurezza nell'intera piattaforma CNC, con  NUMSafe si minimizzano le esigenze di hardware aggiuntivo e si semplifica lo sviluppo del software, con un considerevole vantaggio per gli OEM. L'utilizzatore finale beneficia di un forte aumento nella produttività della macchina perché non è più necessario spegnere completamente la macchina ogniqualvolta ci sia un elemento di interazione umana; in quanto  la protezione può essere assicurata da funzioni dedicate che limitano il movimento, la velocità e la posizione degli assi.

Un grande vantaggio dell'architettura NUMSafe è che i dispositivi di sicurezza come il PLC di sicurezza ed I moduli I/O possono essere posizionati all’interno della stessa linea in cui sono presenti i normali moduli I/O o tecnologici del PLC di macchina. Tutte le comunicazioni tra i sistemi di controllo della macchina, il pannello operatore ed gli azionamenti vengono gestite tramite un bus di campo EtherCAT, che usa un protocollo Fail Safe over EtherCAT (FSoE) per assicurare l'integrità dei dati relativi alla sicurezza. NUMSafe è conforme con le normative EN ISO 13849-1 per la sicurezza di macchinari fino al PL e, e con le norme EN 61800-5-2 per la sicurezza funzionale per azionamenti a velocità variabile fino al SIL 3.

Per aiutare i costruttori di macchine a ridurre i tempi di sviluppo, i programmi applicativi per il PLC di sicurezza sono stati creati usando lo stesso sotfware applicativo che viene utilizzato per mettere in funzione l'intero sistema, compresi il CNC, PLC, i drive ed i moduli I/O. La logica delle applicazioni di sicurezza si programma usando blocchi funzione come ‘E-Stop’, ‘Operation Mode’, ‘AND’, ‘OR, ecc., collegati poi  agli ingressi e alle uscite di sicurezza.

Le funzioni di sicurezza complesse possono essere definite facilmente utilizzando i blocchi funzione. Un esempio, la richiesta all'operatore della macchina di eseguire un'azione che richiede l'uso di entrambe le mani – per premere simultaneamente due pulsanti –, è una funzione ceh richiede solo un paio di istruzioni. L'applicazione per la sicurezza è un programma autonomo;  appena lo sviluppatore ha sviluppato la sua logica sarà possibile scaricarla nel PLC di sicurezza.

Gli ultimi azionamenti digitali NUMDrive X di NUM,  sono disponibili nelle versioni monoasse e bi-asse, possono  incorporare un modulo di sicurezza per il monitoraggio del moto che dialoga con il PLC safe per la supervisione ed il controllo di tutti gli aspetti relativi alla sicurezza del comportamento dei drive e dei motori. Questa architettura permette di implementare le funzioni di sicurezza su assi singoli della macchina, e solo dove richiesto, questo approccio modulare aiuta a ridurre il costo del sistema. Inoltre NUM offre due versioni del modulo, che permettono ai progettisti di ottimizzare le loro necessità applicative. Entrambe le versioni possiedono un'architettura a canali ridondanti ed usano tecniche di monitoraggio incrociato per garantire l'integrità dei dati.

Il modulo base per il monitoraggio sicuro del moto prevede la funzione Safe Torque Off (STO); questa funzione di sicurezza è la più utilizzata ed assicura che il drive possa ancora comandare il motore per generare coppia, avendo un monitoraggio continuo che permette di prevenire avviamenti indesiderati. In aggiunta a STO, la versione estesa del modulo implementa le funzioni previste dalla EN 61800-5-2 Safe Operating Stop (SOS), Safe Stop 1 (SS1), Safe Stop 2 (SS2), Safely-Limited Speed (SLS) e Safely-Limited Position (SLP) sia mediante ritorno al punto zero con encoder incrementali, o usando encoder assoluti certificati come quelli impiegati nella nuova e innovativa linea di servomotori di NUM a cavo singolo.

Usati singolarmente o in combinazione, queste funzioni permettono ai progettisti di implementare un'ampia gamma di concetti di sicurezza per la macchina. Per esempio, SS2 verifica in sicurezza che la frenatura su un asse sia la più veloce possibile in caso di una emergenza. Questo può essere seguito dalla funzione SOS  che informa il drive/motore di mantenere una posizione fissa generando un valore di coppia di stazionamento, ma non per muoverlo; l'asse viene monitorato continuamente per assicurare che resti fermo.

Un altro beneficio economico dell'architettura di sicurezza di NUM è dato dal fatto che non serve un encoder aggiuntivo sugli assi della macchina che implementano le funzioni di sicurezza. La retroazione del motore può essere derivata da encoder di sicurezza con posizione di ritorno e con dati di posizione ridondanti verso il drive usando un protocollo di sicurezza certificato, oppure, nel caso di motori sincroni, qualsiasi encoder standard sin/cos.

L'estesa gamma dei motori NUM comprende due gamme di servomotori brushless che richiedono solo un singolo cavo di interconnessione. Sviluppato specificatamente per l'uso con servodrive NUMDrive X, impiega un  innovativo protocollo digitale di interfaccia encoder sicuro che gestisce l'alimentazione ed il ritorno dei dati di posizione in modo ridondante su un collegamento con soli due fili, integrati all'interno del cavo di alimentazione del motore. Oltre alla riduzione dei costi di cablaggio, questo approccio migliora ulteriormente la sicurezza della macchina e l'affidabilità mediante la riduzione del numero di interconnessioni necessarie.