Napędy Lenze oferują szeroką gamę funkcji bezpieczeństwa, które pozwalają spełnić wymagania stawiane nowoczesnym maszynom i urządzeniom przemysłowym. W zależności od specyfiki aplikacji możliwe jest zastosowanie zarówno standardowych funkcji bezpieczeństwa, jak i bardziej zaawansowanych rozwiązań, zapewniających wyższy poziom ochrony oraz większą elastyczność projektową.

Standardowe sterowanie funkcjonalnością bezpieczeństwa

W aplikacjach, w których maszyna nie wymaga rozbudowanego systemu bezpieczeństwa, funkcje ochronne mogą być realizowane za pomocą prostego sterownika bezpieczeństwa.

Do takiego sterownika podłącza się elementy bezpieczeństwa, takie jak: przyciski zatrzymania awaryjnego, kurtyny świetlne, przełączniki, rygle czy inne urządzenia ochronne. Sterownik przetwarza ich sygnały i przekazuje do napędu dwie kluczowe informacje:

• Załączenie funkcji QSP – realizowane poprzez bezpieczne wejścia lub za pośrednictwem komunikacji.
• Czasowo opóźniona aktywacja funkcji STO – przekazywana do napędu za pomocą bezpiecznych wejść cyfrowych.

Takie rozwiązanie pozwala spełnić podstawowe wymagania bezpieczeństwa przy zachowaniu prostoty i ekonomiczności układu.

Rozszerzone sterowanie funkcjonalnością bezpieczeństwa

W maszynach wymagających zaawansowanej ochrony stosuje się w napędach Lenze rozszerzone sterowanie bezpieczeństwem (Extended Safety – ES).

Rozwiązanie to umożliwia monitorowanie kluczowych parametrów procesu, takich jak prędkość, pozycja czy kierunek ruchu, a także zapewnia dostęp do zaawansowanej diagnostyki poprzez przemysłowe sieci bezpieczeństwa, m.in. PROFIsafe czy FSoE (FailSafe over EtherCAT).

Dzięki temu możliwe jest tworzenie bardziej elastycznych, precyzyjnych i skalowalnych systemów bezpieczeństwa, spełniających wymagania nawet najbardziej złożonych aplikacji.

Rozszerzona funkcjonalność uwzględnia m.in.:

• Kontrolę prędkości i położenia w czasie rzeczywistym,
• Bezpieczne monitorowanie hamowania (Safe Stop 1, Safe Stop 2),
• Zarządzanie hamulcem silnika (Safe Brake Control),
• Kontrolę kierunku ruchu (Safe Direction),
• Limitowanie maksymalnej prędkości (Safe Maximum Speed).

System pozwala pracować w kontrolowanych limitach prędkości i pozycji, eliminując konieczność całkowitego wyłączenia napędu przy każdym wejściu do strefy roboczej. Tym samym zwiększa bezpieczeństwo aplikacji, w których operator przebywa blisko ruchomych mechanizmów.

Elementy systemu

Złącza bezpieczeństwa i moduły komunikacyjne w napędach Lenze

W napędach  i950 w wersji standardowej oraz z zaimplementowanymi funkcjami rozszerzonego bezpieczeństwa (Extended Safety), złącza styków i diody led są dobrze widoczne i łatwo dostępne.  Dzięki temu stan oraz konfiguracja funkcji bezpieczeństwa są łatwe do monitorowania i obsługi, a sam napęd można w prosty sposób integrować z kontrolerami wyższego rzędu.

Są to w wersji standardowej:

• Złącze styków STO – odpowiada za bezpieczne wyłączanie momentu silnika (Safe Torque Off).
  Safety LEDs – diody sygnalizujące stan funkcji bezpieczeństwa oraz ewentualne błędy w konfiguracji lub działaniu systemu.

Lub w wersji rozszerzonej:

• Złącze styków rozszerzonego bezpieczeństwa – pozwala na podłączenie dodatkowych czujników i sygnałów, niezbędnych przy zaawansowanych funkcjach bezpieczeństwa (np. Safe Limited Speed, Safe Brake Control).
• Złącze modułu komunikacyjnego – służy do integracji napędu z sieciami przemysłowymi (np. EtherCAT, PROFINET), w tym protokołami bezpieczeństwa, takimi jak FSoE czy PROFIsafe.
• Safety LEDs – diody sygnalizujące stan funkcji bezpieczeństwa oraz ewentualne błędy w konfiguracji lub działaniu systemu.

Bezpieczne monitorowanie parametrów w napędach Lenze

W napędach Lenze stosuje się dedykowane funkcje do monitorowania kluczowych parametrów. Dzięki temu możliwe jest szybkie wykrycie odchyleń od zadanych wartości (np. prędkości, momentu lub pozycji) i natychmiastowe przejście do stanu bezpiecznego zatrzymania. W praktyce przekłada się to na:

• Prewencyjne zapobieganie awariom – monitorowanie ostrzega o odchyleniach zanim spowodują uszkodzenie.
• Redukcję ryzyka kolizji – jeśli ruch przekracza ustalone limity, uruchamiana jest funkcja hamowania lub wyłączania momentu (STO, SS1).
• Szybkie reagowanie na błędy – parametry bezpieczeństwa mogą być parametryzowane w czasie rzeczywistym, co ułatwia diagnostykę.

Dokumentowanie ustawień i archiwizacja protokołów pozwalają szybko zweryfikować poprawność konfiguracji i podjętych działań w razie kontroli lub potrzeby przeprowadzenia analizy.

Extended Safety: rozbudowana funkcjonalność z monitorowaniem pozycji

W przemiennikach Lenze i950 można zaimplementować następujące funkcje bezpieczeństwa:

• Safe torque off
• Safe stop 1
• Safe stop 2 / Safe operating stop
• Safely limited speeds
• Safe maximum speed
• Safe tip mode
• Safely-limited increment
• Safe direction
• Safe cascading of safety function STO
• Safe cam
• Safely limited positions
• Position depending safe speed
• Safe Brake Control
• Muting
• Safety bus
• przez PROFINET lub EtherCAT

Extetded Safety: Zewnętrzne okablowanie

Wejścia:

• Bezpośrednie podłączenie max. czterech czujników

– Dwukanałowe czujniki aktywne

– Dwukanałowe czujniki pasywne

– Jeden dwukanałowy przełącznik wyboru trybu pracy

– Jeden dwukanałowy przycisk odblokowania (enable switch)

• Jeden dwukanałowy przełącznik diagnostyczny
• Jeden/dwa jedno-/dwu-kanałowe czujniki bazowania
• Potwierdzenie błędu modułu
• Potwierdzenie startu (resetu)

Wyjścia:

• Potencjał zasilający dla sygnału zegarowego oraz wyjścia cyfrowego
• Monitor funkcji bezpieczeństwa, parametryzowany
• Sygnał zegarowy
• Jako zasilanie dla czujników pasywnych

Czujniki pasywne i aktywne

W systemach bezpieczeństwa napędów i950 (BS – STO) można wykorzystać:

Czujniki aktywne – dostarczają własny sygnał sterujący bezpośrednio do napędu.
Czujniki pasywne – wymagają zazwyczaj dodatkowego przekaźnika (safety relay), który przetwarza sygnał i w razie potrzeby aktywuje funkcję STO.

Sygnały SIA, SIB i GS  umożliwiają szybkie podłączenie przycisków awaryjnych, czujników położenia lub innych elementów ochronnych, co pozwala to na elastyczną konfigurację układu bezpieczeństwa.

Extended Safety: Złącza modułu bezpieczeństwa

Dla prawidłowego działania rozszerzonych funkcji bezpieczeństwa i właściwej komunikacji z modułem ES, istotne jest poprawne podłączenie tych złączy modułu bezpieczeństwa.

W tabeli poniżej znajdują się kluczowe piny i terminale dla funkcji bezpieczeństwa w napędzie i950. Poszczególne sygnały odpowiadają za zarządzanie czujnikami, sygnałami zegarowymi oraz potwierdzanie błędów i restartów.

Przegląd Funkcji bezpieczeństwa

Safe Torque Off (STO)

• Nie monitorujemy pozycji silnika ani jego zatrzymania.
• Odpowiada za kategorię zatrzymania 0,
• Pole wirujące w silniku jest w sposób pewny zatrzymane,
• Silnik zatrzymuje się wybiegiem
• Nie ma potrzeby użycia stycznika na zasilaniu silnika (*),
• Silnik nie generuje momentu ani nie wykonuje ruchów,

W trakcie trwania STO napęd nie generuje momentu, co pozwala na bezpieczny i pewny postój – jednak bez kontroli ani monitorowania aktualnej pozycji silnika. Po wywołaniu STO (Activation) prąd silnika zaczyna szybko spadać do zera, a maszyna przechodzi do zatrzymania wybiegiem.

Safe Stop 1 (SS1)

• Odpowiada za kategorię zatrzymania 1
• Silnik zatrzymuje się w sposób kontrolowany (po określonej rampie) a po jego zatrzymaniu (lub upłynięciu zdefiniowanego czasu) aktywowana jest funkcja STO
• Nie ma potrzeby użycia stycznika na zasilaniu silnika (*),
• Silnik nie generuje momentu ani nie wykonuje ruchów,
• Nie monitorujemy pozycji silnika ani jego zatrzymania.
• STO jest końcowym stanem funkcji SS1.

Aktywacja STO w ramach SS1 występuje gdy:
• Upłynie ustalony czas lub
• Jak tylko osiągnięta zostanie prędkość n=0 po ustalonym upływie czasu lub najpóźniej po zadanym czasie hamowania.

Monitorowanie ramp dla SS1

Po aktywowaniu funkcji SS1 silnik zostaje wyhamowany po określonej rampie (zdefiniowany start-offset). Po osiągnięciu prędkości zerowej (lub po upływie zadanego czasu) następuje przejście do stanu STO, co skutkuje pewnym odłączeniem momentu. Ta sekwencja gwarantuje bezpieczne zatrzymanie bez konieczności użycia dodatkowych styczników.

Monitorowanie ramp dla SS1 w przypadku użycia S-rampy

Zamiast klasycznej (liniowej) rampy hamowania w SS1 można zastosować tzw. S-rampę, która zapewnia płynniejszy przebieg hamowania i zmniejsza przeciążenia mechaniczne. Po redukcji prędkości z ustalonego poziomu (start-offset) do zera (w czasie czas S-rampa), napęd przechodzi w tryb STO. Efektem jest łagodniejsze zatrzymanie maszyny przy zachowaniu pełnego bezpieczeństwa.

Safely Limited Speed (SLS)

• Jest to zabezpieczenie przed przekroczeniem dopuszczalnej prędkości.
• W przypadku błędu (przekroczenia) silnik jest zatrzymywany w bezpieczny sposób.
• Dostępne są cztery niezależne ograniczenia prędkości.
• Aktywacja funkcjonalności za pomocą wejścia, komunikacji lub jako wynik działania innej funkcji bezpieczeństwa
• W aplikacji technologicznej w napędzie funkcjonalność ta jest już gotowa, wystarczy tylko podać wartość ograniczenia w jednostkach użytkownika

Safely Limited Speed (SLS) – schemat działania

SLS ogranicza prędkość poniżej zdefiniowanej wartości. Po przekroczeniu progu (lub w przypadku błędu) następuje bezpieczne hamowanie (Braking time), a finalnie przejście do jednej z funkcji zatrzymania (STO, SS1 lub SS2). Dzięki temu system może działać w kontrolowanym zakresie prędkości, zapewniając wysoki poziom ochrony osób i urządzeń.

Proces dokumentowania i transferu parametrów

Dokumentowanie – wartości parametrów

Oprogramowanie Lenze pozwala na wygodne eksportowanie i drukowanie wartości parametrów (np. prędkości ograniczonych, czasów ramp), co ułatwia archiwizację i potwierdzenie konfiguracji systemu. W razie potrzeby daje to też możliwość szybkiego przeglądu ustawień i ich weryfikacji podczas audytów lub inspekcji.

Wygenerowany raport parametrów pozwala na przejrzyste zaprezentowanie wszystkich istotnych danych, takich jak limity prędkości, czasy hamowania czy konfiguracje wejść bezpieczeństwa. Taki dokument jest kluczowy przy walidacji systemu, pomagając szybko zweryfikować poprawność ustawień i ewentualnie odtworzyć je w innej aplikacji.

Dokumentowanie – protokół

Przy testach funkcji bezpieczeństwa system automatycznie tworzy protokół z wynikami (np. dla SDI, SS1 czy SLS). Raport zawiera informacje o przebiegu i parametrach poszczególnych testów, co ułatwia końcową walidację układu bezpieczeństwa. Taki protokół jest nieodzowny przy audytach i potwierdza prawidłowe działanie wszystkich kluczowych funkcji.

Przeniesienie bezpiecznego zestawu parametrów z karty SD

W napędach Lenze istnieje możliwość wczytania lub zapisania zestawu bezpiecznych parametrów z karty SD. Podczas tego procesu diody LED (RDY, ERR, S82) sygnalizują kolejne etapy transferu – dzięki nim użytkownik ma wgląd w postęp i ewentualne błędy. Pozwala to na szybkie odtworzenie konfiguracji bezpieczeństwa, a także jej przenoszenie między różnymi napędami i aplikacjami.

Korzyści z zastosowania funkcji safety Lenze

Dobrze skonfigurowane funkcje bezpieczeństwa w i950 pozwalają:

• zwiększyć dostępność maszyny dzięki pracy w bezpiecznych trybach zamiast częstego całkowitego zatrzymywania,
• zmniejszyć koszty hardware (mniej styczników, przekaźników),
• uprościć konfigurację i diagnostykę systemu,
• spełnić wymagania SIL/PL bez rozbudowanych układów zewnętrznych,
• poprawić komfort i bezpieczeństwo pracy operatora.

Odbierz paczkę ze schematami do układów bezpieczeństwa dla falowników Lenze

Aby pobrać schematy do układów bezpieczeństwa dla przemienników Lenze kliknij tutaj i pobierz materiały