{"id":2962,"date":"2019-01-14T08:53:00","date_gmt":"2019-01-14T08:53:00","guid":{"rendered":"https:\/\/servotecnica.com\/i-sistemi-di-sicurezza-industriali-una-storia-che-parte-da-lontano\/"},"modified":"2023-02-13T17:17:45","modified_gmt":"2023-02-13T17:17:45","slug":"i-sistemi-di-sicurezza-industriali-una-storia-che-parte-da-lontano","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/servotecnica.com\/it\/i-sistemi-di-sicurezza-industriali-una-storia-che-parte-da-lontano\/","title":{"rendered":"I sistemi di sicurezza industriali: una storia che parte da lontano"},"content":{"rendered":"\n

Dai dispositivi elettromeccanici, ai PLC di sicurezza, ai fieldbus, alle nuove sfide di Industry 4.0<\/h2>\n\n
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Le macchine e i sistemi di automazione devono rispondere a norme di sicurezza ormai comuni in tutto il mercato europeo. In passato, per garantire la rispondenza a tali norme si potevano utilizzare solo dispositivi elettromeccanici (come i rel\u00e8 di sicurezza), essendo vietate sia le soluzioni puramente elettroniche, sia quelle basate unicamente sul software. L\u2019interruzione di un circuito elettrico, per esempio, era considerata accettabile solo se veniva ottenuta con un interruttore o un sezionatore che provocava una discontinuit\u00e0 fisica nel circuito stesso. La scelta dei componenti utilizzati per creare un sistema di sicurezza si \u00e8 continuamente ampliata, fino a comprendere anche i dispositivi di interblocco, le barriere fotoelettriche, le pedane sensibili alla pressione, i pulpiti di comando a due mani e cos\u00ec via.<\/p>\n\n

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I PLC di sicurezza \u2018sdoganano\u2019 la tecnologia elettronica e l\u2019informatica<\/h2>\n\n
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Negli ultimi anni, i segnali emessi dai dispositivi di sicurezza in campo vengono monitorati anche tramite componenti come i PLC di sicurezza: si tratta di PLC progettati con particolari criteri che riguardano sia il cablaggio degli I\/O, sia l\u2019elaborazione del programma di controllo per rispondere a quelli che sono i criteri di messa in sicurezza di una macchina, un impianto o un\u2019area in generale. \nSpesso, per esempio, nel PLC di sicurezza vi sono due processori che eseguono un controllo di plausibilit\u00e0 sulla logica che vanno ad elaborare. Nel caso venga rilevata un\u2019incongruenza, tutto si porta in una condizione di sicurezza. Esistono poi dei criteri che prevedono anche la verifica del tempo effettivo di elaborazione delle informazioni, perch\u00e9 ci deve essere una determinata reazione in termini di sicurezza quando, per esempio, si preme un pulsante di emergenza. \nNel tempo, i PLC di sicurezza hanno attraversato una serie di trasformazioni simili a quelle dei PLC standard: dalle unit\u00e0 stand-alone, alla distribuzione degli ingressi\/uscite, alla distribuzione del controllo. \nNello stesso tempo, gli azionamenti a velocit\u00e0 variabile hanno sostituito molte delle tecniche tradizionali di Motion Control. In aggiunta al controllo preciso dei processi e all\u2019efficienza energetica migliorata, gli azionamenti a velocit\u00e0 variabile hanno aiutato i costruttori di macchine anche a conformarsi pi\u00f9 facilmente agli standard di sicurezza vigenti e a ridurre la complessit\u00e0 degli impianti. Negli azionamenti a velocit\u00e0 variabile, l\u2019uso delle tecnologie elettroniche e del software ha permesso di creare nuove soluzioni nella gestione delle tradizionali funzioni di sicurezza come la STO – Safe Torque Off , la SS1- Safe Stop 1, la SSE – Safe Stop Emergency, e cos\u00ec via.<\/p>\n\n

Nuovi scenari: la comparsa dei fieldbus<\/h2>\n\n

L’avvento dei bus di campo (fieldbus), ha cambiato gradualmente la situazione e favorito la riduzione del cablaggio, offrendo nuove opportunit\u00e0 in termini di flessibilit\u00e0 di progettazione, modularit\u00e0, test e manutenzione. \nOggi, gli stessi vantaggi si manifestano nei circuiti di sicurezza, che possono essere distribuiti grazie ai fieldbus di sicurezza: i circuiti sono diventati meno complessi, mentre la riduzione di cavi e connessioni ha migliorato l’affidabilit\u00e0, reso pi\u00f9 semplice la manutenzione e facilitato la riconfigurazione del sistema. \nUno dei vantaggi pi\u00f9 tangibili dati da questa nuova tecnologia \u00e8 l’accessibilit\u00e0 da parte dell\u00ecoperatore al processo produttivo grazie alla riduzione delle barriere fisiche di sicurezza in favore di funzioni di sicurezza di ultima generazione gestite via software.<\/p>\n\n

Perch\u00e9 per gestire la sicurezza occorrono dei fieldbus particolari? Perch\u00e9 i fieldbus convenzionali non sono adatti per la trasmissione dei controlli relativi alla sicurezza, essendo richiesti specifici meccanismi di rilevamento e prevenzione degli errori senza i quali non \u00e8 possibile identificare i guasti in modo tempestivo. Sono perci\u00f2 necessarie delle funzioni addizionali, garantire dai protocolli di sicurezza, che possano rilevare errori nella trasmissione dei dati quali ripetizione, perdita, inserimento, sequenza errata, danneggiamento dei messaggi, ritardo, permettendo inoltre di inviare anche i normali dati di processo. \nMa vediamo pi\u00f9 da vicino le principali caratteristiche di alcuni dei fieldbus nati in funzione della sicurezza.<\/p>\n\n

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SafetyBUS p<\/h2>\n\n

SafetyBus p<\/a>\u00a0\u00e8 un bus aperto basato sulla tecnologia CAN (Controller Area Network), adatto per l’uso in sistemi di sicurezza fino a EN 954-1 Categoria 4 e applicazioni SIL 3 secondo IEC 61508. Esso consente di connettere fino a 64 dispositivi su una rete avente una lunghezza massima di 3,5 km. \nI principali vantaggi di SafetyBus p sono i tempi di reazione rapidi, la comunicazione sicura tra funzioni di sicurezza e funzioni di automazione standard, l\u2019integrazione di avanzate funzionalit\u00e0 diagnostiche, il collegamento aperto ai pi\u00f9 diffusi bus di campo standard, la grande flessibilit\u00e0 in caso di ampliamento dell’impianto e la semplicit\u00e0 di programmazione e installazione grazie a blocchi software certificati. \nSu SafetyBUS p la trasmissione dei segnali di sicurezza avviene in maniera separata a livello fisico e logico rispetto ai dati standard. I normali processi di automazione del\u2019impianto perci\u00f2 non influiscono in alcun caso sulle funzioni di sicurezza. \nInfine, SafetyBUS p funziona in modalit\u00e0 event-oriented, nella quale i messaggi vengono inviati solo nel caso in cui lo stato degli I\/O o il numero di dispositivi connessi variano, garantendo bassi tempi di reazione.<\/p>\n\n

Safety over Ethercat (FSoE)<\/h2>\n\n

Per realizzare la comunicazione sicura dei dati sulla rete ad alte prestazioni Ethercat \u00e8 stato sviluppato il protocollo\u00a0FSoE<\/a>, certificato T\u00dcV al livello SIL3\/IEC61508. Si tratta di un protocollo che permette la coesistenza di informazioni di sicurezza e standard nello stesso sistema di comunicazione a canale singolo; la soluzione \u00e8 indipendente dai supporti di comunicazione e dal meccanismo di rilevamento degli errori, oltre a non presentare limitazioni quanto alla lunghezza dei dati di sicurezza, alla velocit\u00e0 di trasmissione e al tempo ciclo. \nL’FSoE \u00e8 in grado di gestire errori nei dati quali corruzione, ripetizione, scambio, perdita, ritardo, e indirizzamento non valido. Tra le varie misure di sicurezza vi \u00e8 l\u2019assegnazione di un numero di sessione e di un identificativo univoco per ogni connessione.<\/p>\n\n

Profisafe<\/h2>\n\n

Nella grande famiglia basata su Profibus, anche Profisafe \u00e8 un protocollo che unisce comunicazioni standard e di sicurezza su un unico fieldbus, permettendo di collegando sulla stessa rete dispositivi standard e dispositivi con funzionalit\u00e0 di sicurezza. Adatto sia per reti Profibus sia per reti Profinet, questo protocollo segue un approccio alla sicurezza chiamato \u2018Black Channel\u2019, che non ha impatto sul bus di campo sottostante ed \u00e8 indipendente dal mezzo fisico di trasmissione. \nUtilizzabile anche in modalit\u00e0 wireless,\u00a0Profisafe<\/a>\u00a0\u00e8 stato sviluppato in accordo con lo standard Safety IEC 61508 e previene potenziali errori di indirizzamento, ritardi, ecc. sul bus, con tecniche come la numerazione consecutiva dei pacchetti dati, il monitoraggio del tempo di trasmissione e dell\u2019autenticit\u00e0 dei messaggi, e cos\u00ec via.<\/p>\n\n

AS-interface \u2018Safety at Work\u2019<\/h2>\n\n

Concludiamo con\u00a0AS-interface<\/a>, un fieldbus master-slave conforme alla norma EN 50295. Il mezzo trasmissivo \u00e8 costituito da un semplice doppino in rame con un\u2019elevata immunit\u00e0 ai disturbi elettromagnetici. \nOgni rete AS-i \u00e8 formata da un master, un alimentatore dedicato e pi\u00f9 slave per la connessione dei sensori e degli attuatori. L\u2019alimentazione per i sensori e per l\u2019elettronica degli slave sulla rete \u00e8 garantita da un\u2019alimentazione disaccoppiata (30 Vcc) dai dati.<\/p>\n\n

Con AS-i \u2018Safety at Work\u2019 \u00e8 possibile eliminare il cablaggio parallelo per il circuito di emergenza utilizzando un unico mezzo trasmissivo per la gestione dei segnali e delle indicazioni rilevanti per la sicurezza. \nE\u2019 da notare infine che il bus AS-i pu\u00f2 essere definito fino alla categoria di rischio pi\u00f9 alta (Cat. 4) prevista dalla norma EN 954-1 ed \u00e8 possibile assegnare i dispositivi di emergenza della rete a slave sicuri.<\/p>\n\n

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Il quadro normativo di riferimento<\/h2>\n\n
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Le norme armonizzate in materia di Sicurezza Macchine si dividono in tre tipi: le Norme di tipo A, di tipo B e di tipo C. Le norme di tipo A (o norme base) definiscono i concetti fondamentali, i principi di progettazione e gli aspetti generali validi per tutte le macchine. Le norme di tipo B (o norme gruppo) trattano un aspetto specifico della sicurezza o un dispositivo di sicurezza. Infine, le norme di tipo C (o norme famiglie di macchina) trattano i requisiti di sicurezza richiesti per ogni tipologia di macchina. \nAlcune norme in materia di sicurezza sono, per esempio, la EN\/ISO 12100 (tipo A) – Sicurezza del macchinario. Concetti fondamentali di valutazione e riduzione del rischio; la EN\/IEC 62061 (Tipo B) – Sicurezza di funzionamento di sistemi di controllo elettrici, elettronici, ed elettronici programmabili; la EN\/ISO 13849-1 (Tipo B) – Parti dei sistemi di comando legate alla sicurezza; la EN\/IEC 60204-1 (Tipo B) – Componenti elettriche delle macchine e la EN 1037 (Tipo B) – Protezione contro l\u2019avviamento imprevisto. \nSecondo la norma\u00a0EN\/ISO 12100<\/a>, ove non sia possibile la costruzione conforme a principi di progettazione sicura, \u00e8 necessaria l\u2019adozione di misure tecniche di sicurezza, come l\u2019installazione di ripari fissi o mobili, rilevatori di presenza per evitare avviamenti imprevisti, ecc. \nLe misure tecniche di sicurezza devono impedire l\u2019accesso o il contatto involontario con un elemento pericoloso che implica un rischio di lesione personale, oppure ridurre il rischio portandolo ad uno stato sicuro prima che la persona possa entrare in contatto con esso. \nAffinch\u00e9 una macchina (o altra apparecchiatura) possa essere ritenuta sicura \u00e8 necessario valutare attentamente i rischi che potrebbero derivare dal suo utilizzo, come indicato dalla norma EN\/ISO 12100.<\/p>\n\n

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The challenges of Industry 4.0<\/h2>\n\n
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In un ambiente di produzione tradizionale, con linee o celle spesso progettate per la produzione di un solo tipo di prodotto, la gestione della sicurezza \u00e8 generalmente semplice: una valutazione del rischio di tutti gli aspetti dell’operazione – dai singoli componenti fino ai “punti di contatto” dell’operatore con le apparecchiature – permette infatti di creare una guida che rimarr\u00e0 valida fino a quando l’uso della linea cambier\u00e0 o si apporteranno delle modifiche ai suoi componenti. I rischi possono quindi essere ridotti al minimo, purch\u00e9 siano seguite le procedure corrette. \nAl contrario, un impianto che opera secondo i nuovi principi di Industry 4.0 presenta potenzialmente una serie di problemi molto diversi e pi\u00f9 complessi. Tra questi, per esempio, i problemi di sicurezza creati dalla riconfigurazione delle aree di produzione con breve preavviso, che implica i rapidi cambiamenti di attrezzature e persino il movimento fisico dei componenti. \nEsiste tuttavia una variet\u00e0 di tecnologie disponibili per contrastare questi problemi – e non \u00e8 esagerato affermare che Industry 4.0 offre persino l’opportunit\u00e0 di aumentare ulteriormente la sicurezza grazie alla capacit\u00e0 di raccogliere dati in tempo reale e intervenire prima che un potenziale pericolo diventi reale. Oltre a garantire una maggiore sicurezza, ci\u00f2 consente anche di introdurre nuove applicazioni importanti, come la manutenzione predittiva. \nInfine, la possibilit\u00e0 di ottenere una rappresentazione logica dell\u2019impianto (Digital Twin<\/a>) permette di simulare tutte le situazioni di pericolo che potrebbero verificarsi, intervenendo quindi a priori con le necessarie misure correttive.<\/p>\n\n

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La sicurezza nei sistemi di Motion Control<\/h2>\n\n

Bench\u00e9 in passato la sicurezza non abbia fatto parte intrinsecamente dei sistemi di Motion Control, la situazione \u00e8 cambiata nel tempo. Come abbiamo visto, la sicurezza era inizialmente affidata a dispositivi elettromeccanici, non essendo previste dalle norme soluzioni di altro tipo. D\u2019altra parte, l\u2019affidabilit\u00e0 reale o percepita delle soluzioni elettroniche o software non aveva ancora raggiunto i livelli attuali. \nL\u2019avvento dei fieldbus e dell\u2019automazione distribuita ha modificato lo scenario, permettendo di localizzare i dispositivi di sicurezza nei punti pi\u00f9 opportuni (pulpiti di comando, sala controllo, ecc.) e, nello stesso tempo, di introdurre le prime soluzioni software. Dispositivi come i variatori di velocit\u00e0, gli inverter e i Motion Controller centralizzati hanno permesso di concentrare la gestione della sicurezza a monte del sistema, semplificando il controllo delle singole unit\u00e0 di Motion e rendendole pi\u00f9 accessibili. E\u2019 stato infatti possibile sostituire le unit\u00e0 blindate con unit\u00e0 dotate di semplice carter, essendo la protezione garantita da caratteristiche e funzioni non pi\u00f9 locali ma distribuite sull\u2019impianto. \nOggi si comincia a parlare di Safety 4.0, con ci\u00f2 facendo riferimento a sistemi di sicurezza pi\u00f9 flessibili e versatili, rispondenti alla potenziale necessit\u00e0 di continue modifiche dell\u2019impianto per soddisfare nuove esigenze del mercato.<\/p>\n\n

In questo campo\u00a0AMK<\/a>\u00a0propone sistemi da quadro (centralizzati) come ad esempio le serie\u00a0KE<\/a>\u00a0e\u00a0KW<\/a>, oltre ad azionamenti nearby\u00a0 (architettura decentralizzata) come la serie\u00a0iX<\/a>, e ancora souzioni integrate motore pi\u00f9 azionamento come la serie\u00a0iDT5<\/a>. \nEssendo la safety trasmessa via rete, e quindi via cavo, i noti vantaggi di un sistema distribuito si traducono, anche in questo caso, una semplificazione dei cabalggi, in quanto non viagger\u00e0 pi\u00f9 su un supporto dedicato ma su rete EtherCAT condivisa.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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