Un sistema per le funzioni di sicurezza facile da implementare riduce il tempo per la commercializzazione per macchine CNC di nuova generazione

Il sistema NUMSafe abbatte il tempo di sviluppo delle funzioni di sicurezza da settimane a giorni

L'architettura completamente scalabile offre tutte le funzioni per movimenti sicuri necessari per la conformità EN ISO 13849-1

23 Novembre 2015 — L'implementazione delle funzioni di sicurezza su nuovi macchinari CNC è una tendenza del mercato delle macchine per la lavorazione dei metalli, come afferma NUM, fornitore di controlli per macchine CNC. Nel 2015 il 100% dei clienti NUM che stanno sviluppando nuove macchine usano la sua ultima piattaforma di controllo Flexium+ e stanno adottando anche un certo livello di sicurezza. Questo importante cambiamento di passo nella tecnologia è alla base di un tasso di crescita del 300% circa all'anno per quel che riguarda il sistema di sicurezza certificata e NUM si aspetta di vedere un'ulteriore importante crescita anche nel 2016.

“Il sistema di sicurezza sta prendendo sempre più importanza nella progettazione delle macchine CNC” dice Peter Hutter, vicepresidente di Customer Solutions & Quality di NUM. "Per i nostri mercati le funzioni di sicurezza vengono inevitabilmente implementate sulle nuove macchine.”

“Per NUM, un elemento fondamentale è la facilità di implementazione, e la semplicità della programmazione delle funzioni di sicurezza che dimostra di essere un catalizzatore" aggiunge Hutter. "La sicurezza è un argomento complesso e molti dei nostri clienti sono aziende di piccola o media taglia, spesso con solo uno o due tecnici esperti nella programmazione di PLC che spesso ricoprono anche altri ruoli di progettazione elettrica e meccanica, e non sono esperti di sicurezza."

Le tecniche per semplificare i problemi di progettazione sono critiche in questo ampio settore di mercato di costruttori di macchine CNC, e questa è la filosofia che sta dietro il sistema di sicurezza NUMSafe di NUM. Basata sull'impiego di un PLC di sicurezza dedicato, questa soluzione è stata progettata specificatamente per ridurre la complessità dello sviluppo ed il tempo richiesto per implementare funzioni ‘safe motion’ conformi con le normative EN ISO 13849-1 e EN 62061.

Introdotta come un'opzione della piattaforma CNC di ultima generazione Flexium+ di NUM, NUMSafe è una completa soluzione per le funzioni di sicurezza che si adatta per soddisfare la complessità del sistema di controllo delle macchine CNC. Essa comprende un PLC di sicurezza, moduli di sicurezza per ingressi e uscite digitali (I/O), servodrive digitali con caratteristiche integrate di monitoraggio per un movimento in sicurezza, e servomotori brushless compatibili. Questa architettura a livello di sistema permette ai progettisti di macchine di includere funzioni di sicurezza dove sono necessarie, con una minima aggiunta di componenti e di cablaggi. Essa costituisce una semplice ed economica soluzione per tutti i tipi di applicazioni CNC, dalle macchine semplici a 3 assi fino alle macchine complesse con più di cento assi.

Un numero sempre maggiore di clienti NUM, principalmente nei mercati dei costruttori di macchine di fascia alta in Germania ed in Svizzera, hanno iniziato ad utilizzare NUMSafe per la costruzione di nuove e per gli aggiornamenti di vecchie macchine. Nel 2015 circa il 20% dei sistemi Flexium+ CNC spediti da NUM incorporano NUMSafe. L'azienda si aspetta che questo valore aumenti appena i costruttori di macchine di regioni come l'Asia cercheranno di espandere le loro attività esportando verso mercati esteri soggetti a rigorose leggi sulla sicurezza.

Peter Hutter spiega: “Molti dei nostri clienti sono operatori di nicchia, con limitate risorse di progettazione. Fino a poco tempo fa usavano soluzioni di terze parti, che potevano essere integrate solo parzialmente nei sistemi di controllo CNC e spesso richiedevano molte settimane di tempo di sviluppo. Usando NUMSafe, sono in condizione di implementare schemi di sicurezza standard e certificati, completamente integrati nel sistema di controllo della macchine, e con un impegno molto ridotto di tempo oltre che di cablaggio e di altri componenti esterni.”

A titolo di esempio, Hutter cita un numero di applicazioni recenti che comprendono macchine CNC per la rettifica di utensili, un mercato nel quale NUM ha una presenza molto forte. Sebbene la configurazione di queste macchine vari ovviamente da un produttore ad un altro, esse hanno tipicamente almeno cinque assi di lavoro (tre lineari e due rotativi), ciascuno dei quali richiede una varietà di funzioni di controllo sicuro del movimento degli assi. NUMSafe ha permesso ai clienti di implementare sistemi di sicurezza completi per le loro macchine entro pochi giorni, e in alcuni casi addirittura in un solo giorno!

La funzione di sicurezza più comune usata per soddisfare i requisiti di base di sicurezza secondo le normative EN ISO 13849-1 è l'implementazione della funzione 'Safe Torque Off' (STO). Questa funzione assicura che uno o più azionamenti non possano fornire corrente ai motori in modo che si fermino all’istante. Anche la funzione ‘Safely-limited Speed’ (SLS) è molto utile, specialmente quando è necessario effettuare lavori manuali sulla macchina mentre le sue porte sono aperte.

Nelle macchine multi-assi una condizione di sicurezza può richiedere che alcuni assi siano azionati fino a raggiungere determinate posizioni oppure che conservino la coppia di mantenimento senza movimento. Inoltre, ogni tipo di macchina avrà diversi dispositivi di protezione, come le porte protettive, i sistemi di interblocco e le barriere luminose. Tutto ciò richiede una specifica logica di sicurezza e specifiche funzioni di sicurezza dedicate. Se in questi casi viene utilizzato un PLC di sicurezza esterno, si può arrivare ad avere schemi di controllo inutilmente complessi causando un significativo aumento dei costi generali per il set-up e la programmazione dell’intera macchina CNC.

NUMSafe supera tali questioni in quanto tutti i dispositivi di sicurezza come il PLC di sicurezza ed i relativi moduli I/O di sicurezza sono integrati nel sistema CNC. Tutte le comunicazioni tra il sistema di controllo della macchina ed i servodrive avvengono tramite il bus di campo EtherCAT, usando un protocollo Fail Safe over EtherCAT (FSoE) per assicurare l'integrità dei dati relativi alla sicurezza.

Il PLC di sicurezza di NUMSafe viene programmato usando lo stesso tool di sviluppo software che viene usato per la messa in servizio di tutto il sistema, compresi il CNC, il PLC di automazione della macchina, gli azionamenti e moduli di I/O. Questo ambiente di sviluppo unificato minimizza il tempo di apprendimento e riduce i costi. La logica delle funzioni di sicurezza è programmata usando blocchi funzione come ‘E-Stop’, ‘Operation Mode’, ‘AND’, ‘OR’, ecc., correlate agli ingressi e uscite di sicurezza. Le funzioni di sicurezza complesse possono essere impostate facilmente mediante blocchi funzione concatenati e certificati.

Gli ultimi servodrive digitali NUMDrive X, che sono disponibili nelle versioni a singolo asse oppure bi-asse, offrono un modulo opzionale per il monitoraggio dei movimenti in sicurezza, che opera con il PLC di sicurezza di NUMSafe per sorvegliare e controllare tutti gli aspetti relativi alla sicurezza nel comportamento degli azionamenti e dei motori. Questo approccio modulare aiuta a ridurre i costi del sistema, permettendo di implementare funzioni di sicurezza su assi individuali delle macchine, e solo dove richiesto.

Ci sono due versioni di NUMSafe, che permettono ai progettisti di combinare le loro necessità in modo molto preciso. Il modulo di base NUMSafe fornisce solo la funzione 'Safe Torque Off (STO). La versione estesa offre, oltre alla funzione STO, anche le funzioni aggiuntive conformi alla normativa EN 61800-5-2 come le funzioni Safe Operating Stop (SOS), Safe Stop 1 (SS1), Safe Stop 2 (SS2), Safely­Limited Speed (SLS), Safely-Limited Position (SLP) and Safe Direction Monitoring (SDM). Usate singolarmente o in combinazione, queste funzioni permettono ai progettisti di dedicarsi ad un'ampia gamma di concetti di sicurezza delle macchine. Esse possono essere tutte implementate usando encoder incrementali o assoluti certificati.

NUM offre anche una estesa gamma di servomotori brushless compatibili con NUMSafe. Tale gamma comprende modelli di motori a cavo singolo sviluppati specificatamente per l'uso con i servodrive NUMDriveX, che usano un link dedicato a due fili integrato nel cavo di potenza del motore per portare energia, posizione e dati da e verso un encoder digitale di sicurezza per una retroazione di posizione ridondante.

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