IEC 61508機能安全規格は、エンドユーザーだけでなく、機械製造者にとっても非常に使いやすくなりました。その結果、より安全で、よりスマートで、より小型で、よりシンプルで、より高性能な機械が実現しました。

機械安全は 1990 年代から大きく発展し、1998 年の機能安全規格 IEC61508 のリリースは、機械メーカーとエンドユーザーにとって転機となりました。標準化された安全コンセプトにより、機器サプライヤーや機械メーカーは、自社の安全システムが厳格にテスト・検証されているという信頼を顧客に与えることができ、ユーザーは機械やシステムの故障リスクを分析するために時間とリソースを費やす必要がなくなりました。

機能安全と関連規格の導入により、機械メーカーは安全設計の作業から（ほぼ）解放され、安全コンタクタ、リレー、スイッチ、IO、ブレーキコントローラなどのハードウェアの購入、設置、接続の必要性からも解放された。

以前は、オペレータがエンクロージャに入ったり、ライトカーテンを壊したりするなど、安全条件に違反した場合に電源を遮断するリレーを使用して、機械の安全運転を実現していました。機能安全は、ハードウェアとコストのかかる承認プロセスをソフトウェアに置き換えた。その結果、真に「機能的」な安全性が実現されただけでなく、エンドユーザーにとっては稼働時間の増加、生産性の向上、スクラップの削減が実現されました。

従来のハードウェアベースの安全システムとは異なり、機能安全は安全定格コンポーネントに依存している。主な違いは、多くの安全コンポーネントを使用する代わりに、その多くを例えばサーボドライブに統合できることです。最終的な目標は、安全ハードウェアのほとんどをFSoE（Failsafe over EtherCat）などのソフトウェアに置き換えることです。機器の動作パラメータを制御するために、安全ブレーキ、IO、エンコーダなど、一部のハードウェアはまだ必要です。

機能安全システムは、安全パラメータに違反した場合に軸への電力を即座にカットするのではなく、軸の動きを制限します。これにより、システムは事前に定義された安全レベルを維持しながらフォルトを処理し、自己診断と自動化されたアラートによってユーザーに通知することができます。

 

監視と対応

ドライブベースの安全機能は、ドライブの安全な停止から、速度、位置、トルクなどのモーションパラメータの監視まで、幅広いタスクに対応しています。一部のサーボドライブに統合されている安全機能には、以下のようなものがあります：

  • セーフ・トルク・オフ（STO）。これはモーターへの電力を取り除きます。運動エネルギーがなくなるまで、シャフトはトルクを加えることなくフリーホイールを続けます。ドライブはより速い再始動のために通電されたままです。STO は、2 つのハードウェア信号または FSoE 通信によって起動できます。
  • セーフストップ1 (SS1)。ア ク テ ィ ブブ レー キ ン グに よ り 、 軸の回転が停止する よ う に、 軸を急速かつ制御された状態で停止する。こ の時点でSTO が呼び出される。SS1 は、 軸の動きが人や機器に危険を及ぼす可能性がある と き に使用 さ れる。
  • セーフ・オペレーティング・ストップ（SOS）。ドライブはトルクを除去することなくモータをゼロ速度に保持します。装置はリセットなしですぐに再始動できます。

Elmoプラチナ・サーボ・ドライブは、包括的な安全機能を組み込むと同時に、必要な安全コンポーネントの数を減らし、消費電力、複雑さ、機械コストを削減します。

セーフストップ2（SS2）。制御されたブレーキングにより、高運動エネルギーの機器を制御された状態で停止させ、その時点でSOSが発動されます。さらなる動きが人や製品、機器に危険を及ぼす可能性がある場合に使用されます。

  • 安全ブレーキ制御（SBC）。これは外部パワーオフ・ブレーキを安全に制御するもので、一般的に垂直軸で使用される。冗長ブレーキシステムが故障した場合、ドライブは通常SOSを呼び出します。
  • 安全制限速度（SLS）。これは最高速度を設定する。フ ォル ト でシ ス テ ムが し き い値を超え る と 、 ド ラ イ ブは軸を安全状態にする。
  • 安全制限トルク（SLT）。これは、ドライブから供給される電流を制限することで、モータのトルクを制限します。
  • セーフリー・リミテッド・ポジション（SLP）。これは、エンコーダフィードバックを介して位置を監視することにより、負荷が移動できる範囲を制限します。これにより、負荷が許容範囲を越えて移動したことが報告されると、SS1/STOまたはSS2/SOSを使用して負荷が停止されます。これらの機能の迅速な応答は、装置周辺の安全マージンを最小にします。
  • セーフ入出力。セーフI/Oを搭載したサーボドライブ（Elmoプラチナシリーズなど）では、診断用のテストパルス出力付きデジタル入力と、ライトバリアやライトカーテンなどのOSSD（出力信号切替装置）付きデジタル入力の2種類のデジタルセーフ入力に対応しています。セーフブレーキ出力はSIL3に対応しています。安全入力ロジックはFSoE制御と同様で、安全出力ロジックはFSoEステータスと同様です。

機能安全には、セルフチェックを含む安全規格プロトコルに基づく通信ネットワークが必要です。破損したデータや通信障害を検出すると、軸は既知の安全状態になります。FSoEはTÜV認証のセーフティネットワークを使用しており、ロボットなどのアプリケーションでは特に有益です。なぜなら、安全性のために必要なケーブルは1本だけであり、ロボットアーム内のスペースを最小限に抑えることができるからです。