Cosa si intende per “avanguardia” nel caso dei sistemi di controllo per la sicurezza funzionale?

What does state-of-the-art mean for functional safety control systems? Lift Mobile Systems Division EuropeI costruttori di macchine del mercato europeo sanno che i loro prodotti devono soddisfare i requisiti della Direttiva macchine per avere il marchio CE ed essere venduti. E questo non rappresenta alcuna novità. Tuttavia, sapevate che i requisiti sono messi per iscritto tenendo in considerazione il fatto che nel tempo vengono sviluppate soluzioni tecniche sempre nuove?

La Direttiva macchine 2006/42/CE recita:

(14) I requisiti essenziali di sicurezza e di tutela della salute dovrebbero essere rispettati al fine di garantire che la macchina sia sicura; detti requisiti devono essere applicati con discernimento per tener conto del livello tecnologico esistente al momento della costruzione nonché degli imperativi tecnici ed economici.

L’avanguardia tecnica è un bersaglio mobile, e costituirà sempre una sfida per i costruttori di macchine che intendono stare al passo coi tempi. Le soluzioni tecniche si evolvono dando vita a nuove modalità di produzione delle macchine, più sicure rispetto al passato.

 

Gli albori dei componenti elettronici programmabili per macchinari

A metà degli anni ‘90, Parker lanciò sul mercato IQAN, un componente elettronico programmabile che rendeva più sicuri i macchinari attivando blocchi di sicurezza intelligenti. Tra le funzioni di sicurezza, vi erano quelle che limitavano il momento del carico sulle gru e arrestavano il movimento quando il conducente usciva dalla cabina. A quel tempo, le caratteristiche fondamentali dei sistemi migliori della categoria erano la robustezza strutturale, che li rendeva ideali per ambienti difficili, e la compatibilità elettromagnetica. Entrambe queste caratteristiche sono considerate oggigiorno requisiti di base. Nel caso di IQAN, le specifiche software per lo sviluppo di applicazioni hanno fatto sì che le macchine fossero meno esposte agli errori di implementazione, sebbene non vi fosse alcun metodo consolidato che permettesse ai produttori di macchine di valutare il software in modo oggettivo. Gli standard di sicurezza dei macchinari allora in vigore erano fondamentalmente incentrati sui diversi livelli di ridondanza, e poca era l’attenzione che dedicavano agli aspetti relativi al software e all’analisi dei componenti elettronici. Le soluzioni standardizzate, oltre ad essere proibitive dal punto di vista dei costi, non riuscivano ad affrontare aspetti importanti dei sistemi di controllo.

What does state-of-the-art mean for functional safety control systems? refuse truck Mobile Systems Division EuropeCon la pubblicazione della norma ISO 13849-1:2006 Sicurezza delle macchine, ai progettisti sono state fornite linee guida sulle modalità di sviluppo metodico di un sistema di controllo dotato di funzioni di sicurezza incentrato sull’affidabilità dell’hardware, la diagnostica e la qualità del software per raggiungere il livello di prestazioni (PL) desiderato. I requisiti della norma si adattavano alla crescente esperienza nell’utilizzo di componenti elettronici programmabili e alla sempre maggiore disponibilità di dati sull’affidabilità dei componenti. La norma ISO 13849-1 consente ai progettisti di macchine di scegliere la soluzione migliore per ogni parte di una funzione di sicurezza. Ad esempio, sensori con segnale ridondante, controller tradizionali certificati secondo IEC 61508 e componenti idraulici affidabili e sperimentati.

 

Progressi tecnologici di Parker

Quando Parker presentò il controller IQAN-MC3 certificato secondo IEC 61508 SIL2 nel 2010, diede anche ai produttori di macchine una modalità concreta di implementazione delle funzioni di sicurezza SIL2 / PLd. Il controller IQAN-MC3 è progettato intorno al concetto secondo il quale la conoscenza approfondita dei componenti è essenziale per una diagnostica hardware efficiente. Il pacchetto di diagnostica di base comprende la cosiddetta procedura “challenge-response”, una serie di test ciclici che assicurano una buona copertura diagnostica senza la necessità di un’eccessiva integrazione di hardware. Questo offre un costo realistico dell’hardware; tuttavia, il firmware di autodiagnostica estesa non incide sulla velocità di calcolo.

Un esempio di applicazione in cui è stata impiegata la tecnologia è il controllo del momento di carico del carrello frontale. Qui, il calcolo della stabilità della macchina consente di evitarne il ribaltamento. Il volante dei carrelli elevatori è un altro esempio.

Dal momento che i produttori di macchinari mobili acquisiscono esperienza a partire dagli standard riferiti alle funzioni di sicurezza più critiche, il passo successivo consiste nel trasferire questo approccio strutturato alle normali funzioni operative. Nel settore mobile, è sempre stato difficile fare una distinzione tra alcune delle normali funzioni operative e le funzioni di sicurezza. I limiti al momento di carico e l’arresto del movimento quando il conducente esce dalla cabina sono esempi di funzioni il cui primo obiettivo è la sicurezza. L’arresto dell’idraulica dell’attrezzo quando l’operatore lascia la leva fa parte del normale funzionamento della macchina, ma può essere anche una funzione di sicurezza. Dal momento che i controller per macchinari mobili dotati di certificazione di sicurezza diventano sempre più accessibili dal punto di vista economico, è logico elevare i requisiti di tutte le funzioni di controllo del movimento.

 

 

What does state-of-the-art mean for functional safety control systems? lift Mobile Systems Division EuropeAvanguardia tecnologica coniugata a sicurezza e prestazioni

La nuova serie di IQAN-MC4xFS è un esempio perfetto di come il livello tecnologico sia in piena evoluzione.

IQAN-MC4xFS si basa sull’esperienza di IQAN-MC3, con il riutilizzo della collaudata piattaforma software IQAN, che è alla base di tutti i master IQAN. Inoltre, ha ereditato il concetto di uscite driver di potenza con interruttori superiore e inferiore combinati e rilevamento guasti cablaggio per carichi di sicurezza. Sono stati sviluppati anche i componenti elettronici di base. Uno dei componenti chiave è il microcontroller Infineon, specifico per applicazioni con macchinari e del settore automotive. È stato progettato sin dal principio con hardware a supporto dell’autodiagnostica. Questa caratteristica fa sì che, rispetto al predecessore IQAN-MC3, IQAN-MC4xFS sia più efficiente dal punto di vista operativo, riuscendo ad eseguire applicazioni più grandi in un tempo di ciclo più breve.

What does state-of-the-art mean for functional safety control systems?  IQANMC4X product - Parker HannifinPotendo contare su uno tra i moduli più grandi (IQAN-MC42FS o IQAN-MC43FS), il progettista di macchine ha l’opportunità di utilizzare un controller certificato per tutte le sezioni su una valvola idraulica di controllo direzionale. Si tratta di un modo economicamente conveniente per soddisfare il livello di prestazioni C della funzione di sicurezza senza dover aggiungere ulteriori componenti idraulici. Per le funzioni che richiedono un livello di prestazioni più elevato (D), IQAN-MC4xFS può essere impiegato per la lettura dei sensori di posizione spola e per azionare le valvole di scarico pompa al fine di beneficiare di un secondo percorso di arresto idraulico.

 

 

 

Conclusioni

MC4xFS consente di soddisfare i requisiti di sicurezza funzionale attuali e futuri senza incidere sulle prestazioni delle funzionalità della macchina. Permette quindi di poter contare, in modo assolutamente conveniente dal punto di vista economico, su funzionalità sicure e intuitive. Lo sviluppo tecnologico dell’elettronica ci ha condotto a un livello avanzato grazie al quale possono essere implementate funzioni di sicurezza su quasi tutte le funzioni di controllo del movimento di una macchina. E questo consente di concentrarsi su ciò che è più rilevante, ovvero le funzionalità della macchina. Scoprite di più.

 

 

What does state-of-the-art mean for functional safety control systems? Gustav Widen Mobile Systems Division EuropeArticolo scritto da Gustav Widén, systems engineer electronics, Parker Hannifin Manufacturing Sweden AB.

 

 

 

 

 

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I costruttori di macchine del mercato europeo sanno che i loro prodotti devono soddisfare i requisiti della Direttiva macchine per avere il marchio CE ed essere venduti. E questo non rappresenta alcuna novità. Tuttavia, sapevate che i requisiti sono messi per iscritto tenendo in considerazione il fatto che nel tempo vengono sviluppate soluzioni tecniche sempre nuove?

La Direttiva macchine 2006/42/CE recita:

(14) I requisiti essenziali di sicurezza e di tutela della salute dovrebbero essere rispettati al fine di garantire che la macchina sia sicura; detti requisiti devono essere applicati con discernimento per tener conto del livello tecnologico esistente al momento della costruzione nonché degli imperativi tecnici ed economici.

L’avanguardia tecnica è un bersaglio mobile, e costituirà sempre una sfida per i costruttori di macchine che intendono stare al passo coi tempi. Le soluzioni tecniche si evolvono dando vita a nuove modalità di produzione delle macchine, più sicure rispetto al passato.

 

Gli albori dei componenti elettronici programmabili per macchinari

A metà degli anni ‘90, Parker lanciò sul mercato IQAN, un componente elettronico programmabile che rendeva più sicuri i macchinari attivando blocchi di sicurezza intelligenti. Tra le funzioni di sicurezza, vi erano quelle che limitavano il momento del carico sulle gru e arrestavano il movimento quando il conducente usciva dalla cabina. A quel tempo, le caratteristiche fondamentali dei sistemi migliori della categoria erano la robustezza strutturale, che li rendeva ideali per ambienti difficili, e la compatibilità elettromagnetica. Entrambe queste caratteristiche sono considerate oggigiorno requisiti di base. Nel caso di IQAN, le specifiche software per lo sviluppo di applicazioni hanno fatto sì che le macchine fossero meno esposte agli errori di implementazione, sebbene non vi fosse alcun metodo consolidato che permettesse ai produttori di macchine di valutare il software in modo oggettivo. Gli standard di sicurezza dei macchinari allora in vigore erano fondamentalmente incentrati sui diversi livelli di ridondanza, e poca era l’attenzione che dedicavano agli aspetti relativi al software e all’analisi dei componenti elettronici. Le soluzioni standardizzate, oltre ad essere proibitive dal punto di vista dei costi, non riuscivano ad affrontare aspetti importanti dei sistemi di controllo.

Con la pubblicazione della norma ISO 13849-1:2006 Sicurezza delle macchine, ai progettisti sono state fornite linee guida sulle modalità di sviluppo metodico di un sistema di controllo dotato di funzioni di sicurezza incentrato sull’affidabilità dell’hardware, la diagnostica e la qualità del software per raggiungere il livello di prestazioni (PL) desiderato. I requisiti della norma si adattavano alla crescente esperienza nell’utilizzo di componenti elettronici programmabili e alla sempre maggiore disponibilità di dati sull’affidabilità dei componenti. La norma ISO 13849-1 consente ai progettisti di macchine di scegliere la soluzione migliore per ogni parte di una funzione di sicurezza. Ad esempio, sensori con segnale ridondante, controller tradizionali certificati secondo IEC 61508 e componenti idraulici affidabili e sperimentati.

 

Progressi tecnologici di Parker

Quando Parker presentò il controller IQAN-MC3 certificato secondo IEC 61508 SIL2 nel 2010, diede anche ai produttori di macchine una modalità concreta di implementazione delle funzioni di sicurezza SIL2 / PLd. Il controller IQAN-MC3 è progettato intorno al concetto secondo il quale la conoscenza approfondita dei componenti è essenziale per una diagnostica hardware efficiente. Il pacchetto di diagnostica di base comprende la cosiddetta procedura “challenge-response”, una serie di test ciclici che assicurano una buona copertura diagnostica senza la necessità di un’eccessiva integrazione di hardware. Questo offre un costo realistico dell’hardware; tuttavia, il firmware di autodiagnostica estesa non incide sulla velocità di calcolo.

Un esempio di applicazione in cui è stata impiegata la tecnologia è il controllo del momento di carico del carrello frontale. Qui, il calcolo della stabilità della macchina consente di evitarne il ribaltamento. Il volante dei carrelli elevatori è un altro esempio.

Dal momento che i produttori di macchinari mobili acquisiscono esperienza a partire dagli standard riferiti alle funzioni di sicurezza più critiche, il passo successivo consiste nel trasferire questo approccio strutturato alle normali funzioni operative. Nel settore mobile, è sempre stato difficile fare una distinzione tra alcune delle normali funzioni operative e le funzioni di sicurezza. I limiti al momento di carico e l’arresto del movimento quando il conducente esce dalla cabina sono esempi di funzioni il cui primo obiettivo è la sicurezza. L’arresto dell’idraulica dell’attrezzo quando l’operatore lascia la leva fa parte del normale funzionamento della macchina, ma può essere anche una funzione di sicurezza. Dal momento che i controller per macchinari mobili dotati di certificazione di sicurezza diventano sempre più accessibili dal punto di vista economico, è logico elevare i requisiti di tutte le funzioni di controllo del movimento.

 

 

Avanguardia tecnologica coniugata a sicurezza e prestazioni

La nuova serie di IQAN-MC4xFS è un esempio perfetto di come il livello tecnologico sia in piena evoluzione.

IQAN-MC4xFS si basa sull’esperienza di IQAN-MC3, con il riutilizzo della collaudata piattaforma software IQAN, che è alla base di tutti i master IQAN. Inoltre, ha ereditato il concetto di uscite driver di potenza con interruttori superiore e inferiore combinati e rilevamento guasti cablaggio per carichi di sicurezza. Sono stati sviluppati anche i componenti elettronici di base. Uno dei componenti chiave è il microcontroller Infineon, specifico per applicazioni con macchinari e del settore automotive. È stato progettato sin dal principio con hardware a supporto dell’autodiagnostica. Questa caratteristica fa sì che, rispetto al predecessore IQAN-MC3, IQAN-MC4xFS sia più efficiente dal punto di vista operativo, riuscendo ad eseguire applicazioni più grandi in un tempo di ciclo più breve.

Potendo contare su uno tra i moduli più grandi (IQAN-MC42FS o IQAN-MC43FS), il progettista di macchine ha l’opportunità di utilizzare un controller certificato per tutte le sezioni su una valvola idraulica di controllo direzionale. Si tratta di un modo economicamente conveniente per soddisfare il livello di prestazioni C della funzione di sicurezza senza dover aggiungere ulteriori componenti idraulici. Per le funzioni che richiedono un livello di prestazioni più elevato (D), IQAN-MC4xFS può essere impiegato per la lettura dei sensori di posizione spola e per azionare le valvole di scarico pompa al fine di beneficiare di un secondo percorso di arresto idraulico.

 

 

 

Conclusioni

MC4xFS consente di soddisfare i requisiti di sicurezza funzionale attuali e futuri senza incidere sulle prestazioni delle funzionalità della macchina. Permette quindi di poter contare, in modo assolutamente conveniente dal punto di vista economico, su funzionalità sicure e intuitive. Lo sviluppo tecnologico dell’elettronica ci ha condotto a un livello avanzato grazie al quale possono essere implementate funzioni di sicurezza su quasi tutte le funzioni di controllo del movimento di una macchina. E questo consente di concentrarsi su ciò che è più rilevante, ovvero le funzionalità della macchina. Scoprite di più.

 

 

Articolo scritto da Gustav Widén, systems engineer electronics, Parker Hannifin Manufacturing Sweden AB.

 

 

 

 

 

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