نظام تحكم آمن للرافعة العلوية: فرامل مزدوجة SIL3 وبروتوكول PROFIsafe
نظام التحكم الآمن للرافعة: هندسة الكبح المزدوج بمستوى SIL3 وبنية PROFIsafe الآمنة. يُعد نظام التحكم في السلامة للرافعة العلوية خط الدفاع الأخير لحماية المعدات والأفراد، حيث يعمل بمنطق أمان SIL3 مستقل فوق طبقة التحكم الحركي لوحدة PLC القياسية، ويتواصل مع محولات التردد ووحدات الإدخال/الإخراج الآمنة عبر بروتوكول PROFIsafe، محققاً استجابة أمان خلال 20ms في الحالات الخطرة مثل التوقف الطارئ، والسرعة الزائدة، وتجاوز حدود المسار، وانزلاق الحمولة.
يمثل نظام التحكم في السلامة للرافعة العلوية خط الدفاع الأخير لضمان سلامة المعدات والأفراد، حيث يعمل بمنطق أمان SIL3 مستقل تماماً عن طبقة التحكم الحركي لوحدة PLC القياسية، ويتواصل مع محولات التردد ووحدات الإدخال/الإخراج الآمنة عبر بروتوكول PROFIsafe، محققاً استجابة أمان فورية خلال 20ms في الحالات الحرجة مثل التوقف الطارئ، والسرعة الزائدة، وتجاوز حدود المسار، وانزلاق الحمولة. قامت شركة كيلود للصناعات الثقيلة ببناء بنية نظام تحكم موحدة تعتمد على وحدات المعالجة الآمنة من سلسلة S7-1500F من سيمنز، تتضمن أربع وظائف أمان رئيسية: إيقاف عزم الدوران الآمن (STO)، وتحديد السرعة الآمن (SLS)، والتحكم الآمن في الفرامل (SBC)، ومراقبة الاتجاه الآمن (SDI). تستعرض هذه المقالة الهندسة العملية كاملةً بدءاً من تصميم النظام، واختيار المكونات، وبرمجة منطق الأمان، وصولاً إلى الاختبار والاعتماد.
الهندسة العامة لنظام التحكم الآمن ومستويات سلامة الأمان
يتبع نظام التحكم الآمن للرافعة العلوية معيار IEC 61508 ومعيار ISO 13849-1 لسلامة الآلات المتعلقة بأنظمة التحكم، بهدف تحقيق مستوى سلامة الأمان SIL3 (احتمالية فشل خطير في الساعة أقل من 10⁻⁷). يعتمد تصميم النظام على مبدأ الفصل بين طبقة الأمان المستقلة وطبقة التحكم القياسية: تنفذ طبقة التحكم القياسية منطق الحركة عبر وحدة المعالجة S7-1500 (مثل 1513-1 PN)، بينما تشغل طبقة الأمان منطق السلامة بشكل مستقل عبر وحدات المعالجة الآمنة من سلسلة S7-1500F (مثل 1515F-2 PN أو 1517F-3 PN/DP)، وتعمل الطبقتان معاً على نفس شبكة PROFINET باستخدام بروتوكول PROFIsafe.
| مستوى سلامة الأمان | الخطر لكل ساعةفشلالاحتماليةPFH | توافر السلامة | مجالات الاستخدام |
|---|---|---|---|
| SIL1 | ≥10⁻⁶~<10⁻⁵ | 90%~99% | البساطةرافعة علويةوظيفة التحذير |
| SIL2 | ≥10⁻⁷~<10⁻⁶ | 99%~99.9% | المتوسطة والخفيفةرافعة علويةسرعةالتقييد |
| SIL3 | ≥10⁻⁸~<10⁻⁷ | 99.9%~99.99% | SIL3نعمرافعة علويةالتحكم في السلامةالمعيارالدرجة |
| SIL4 | ≥10⁻⁹~<10⁻⁸ | ≥99.99% | مناولة النفايات النووية,الصناعات العسكرية |
يتكون الهيكل المادي لنظام التحكم في السلامة من ثلاث طبقات. تشمل طبقة الكشف وحدات الإدخال الرقمي الآمنة من الأعطال F-DI (التي تجمع إشارات زر التوقف الطارئ، ومحددات، وقفل باب الأمان، ومفتاح السرعة الزائدة) ووحدات الإدخال التناظري الآمنة F-AI (التي تجمع إشارات المشفر الآمن ومستشعر الحمل). في طبقة التحكم، تقوم وحدة المعالجة المركزية الآمنة S7-1500F بتشغيل برنامج السلامة، حيث تتم كتابة منطق السلامة بلغة F-LAD أو F-SCL والتحقق منه باستخدام أداة Safety Admin في بيئة TIA Portal. تشغل طبقة التنفيذ مرحلات السلامة، والصمامات الكهرومغناطيسية للمكابح، وأطراف STO في محولات التردد عبر وحدات الإخراج الرقمي الآمنة F-DQ، والتي تتميز بوظيفة فصل ثنائية القنوات مدمجة لضمان عدم تسبب أي عطل فردي في فقدان وظيفة السلامة.
اختيار وحدة المعالجة المركزية الآمنة F-CPU والاتصال الآمن PROFIsafe
تقوم وحدات المعالجة المركزية الآمنة من سلسلة S7-1500F بدمج بيئة التشغيل الآمنة F-runtime في وحدة المعالجة المركزية القياسية. تعمل F-runtime كطبقة تنفيذ مستقلة تشارك نفس وحدة المعالجة المركزية مع برنامج المستخدم القياسي. تتم كتابة برنامج السلامة في F-LAD ويتم تجميعه كرمز أمان معتمد باستخدام أداة Safety Admin في TIA Portal. تختار كيلود للصناعات الثقيلة نماذج مختلفة من F-CPU بناءً على سعة الحمولة وتعقيد وظائف السلامة في مشاريع الرافعات العلوية: تستخدم الرافعات العلوية القياسية من 20 إلى 50 طنًا وحدة المعالجة المركزية CPU 1515F-2 PN (مع ذاكرة برنامج مدمجة تبلغ 128 كيلوبايت وذاكرة أمان تبلغ 256 كيلوبايت)، بينما تستخدم الرافعات العلوية الثقيلة التي تزيد عن 50 طنًا أو السيناريوهات التي تتطلب وظائف أمان موسعة وحدة المعالجة المركزية CPU 1517F-3 PN/DP (مع ذاكرة برنامج تبلغ 512 كيلوبايت ودعم الإدخال/الإخراج الآمن الموزع)، وتستخدم ترقيات أمان الرافعات العلوية البسيطة وحدة المعالجة المركزية CPU 1511F-1 PN (مع ذاكرة برنامج تبلغ 48 كيلوبايت وإدخال/إخراج أمان مدمج، ويتم نشرها في خزانة تحكم مدمجة).
بروتوكول الاتصال الآمن PROFIsafe هو الأساس لنقل البيانات الآمن بمستوى SIL3. يضيف PROFIsafe طبقات أمان F-host وF-device فوق اتصال PROFINET RT القياسي. يتبادل F-host (وحدة المعالجة المركزية الآمنة) وF-device (وحدات F-DI/F-DQ، ووظائف أمان محول التردد) بيانات الأمان عبر رسائل PROFIsafe. تحتوي كل رسالة PROFIsafe على 2 بايت من بيانات الأمان و1 بايت من المجموع الاختباري CRC (16 بت CRC + 8 بت CRC). يتم تضمين عداد مراقبة مستمر (F_WD_Time الافتراضي 150 مللي ثانية) ومعرف الاتصال (F_Source_Add/F_Dest_Add) في إطار الاتصال لضمان سلامة البيانات وتوقيتها وصحتها. تنتقل رسائل PROFIsafe بالتوازي مع رسائل PROFINET القياسية في دورة الإدخال/الإخراج دون التأثير على الأداء الزمني الحقيقي للتحكم في الحركة. يتطابق معدل تحديث بيانات الأمان مع دورة الإدخال/الإخراج، بقيمة نموذجية تتراوح بين 4 إلى 8 مللي ثانية.
لتكوين PROFIsafe في TIA Portal، يجب إنشاء اتصال F بين وحدة المعالجة المركزية الآمنة ووحدات F-DI/F-DQ في عرض الأجهزة، وتعيين F_Source_Add وF_Dest_Add لمعاملات وحدة F (النطاق 1~65534)، وتكوين وقت مراقبة F_WD_Time ورقم إصدار التحقق F_iPar_CRC. يتم تجميع برنامج السلامة والتحقق منه باستخدام محرر وإجراءات الاختبار في Safety Administration في TIA Portal. تقوم F-runtime تلقائيًا بإنشاء معرف CRC 16 بت لكل كتلة أمان؛ أي تعديل على الكود سيؤدي إلى تغيير CRC، مما يؤدي إلى إعادة التحقق من الروتين الفرعي للسلامة.
تصميم دائرة التوقف الطارئ ثنائية القناة وتكرار الإدخال/الإخراج الآمن
تستخدم دائرة التوقف الطارئ في نظام التحكم في الرافعة العلوية تصميمًا مزدوج القنوات (تكرار ثنائي القنوات)، حيث تكون القناتان مستقلتين كهربائيًا ومنطقيًا تمامًا، ويمكن لأي قناة أن تقطع طاقة المحرك بشكل مستقل. تجمع القناة A إشارات جهات الاتصال المغلقة عادةً لأزرار التوقف الطارئ (SB1~SB4) عبر وحدة F-DI 16×24V DC. تنفذ وحدة المعالجة المركزية الآمنة مقارنة ثنائية القنوات في برنامج السلامة — يجب أن تكون حالات إشارة القناة A والقناة B متطابقة خلال 500 مللي ثانية، وإلا يتم تشغيل خطأ F-Diff ويدخل النظام في حالة التوقف. تتصل القناة B مباشرة بجهات الاتصال المساعدة لأزرار التوقف الطارئ عبر أسلاك الإدخال/الإخراج، ويتم توصيلها بدائرة التحكم في ملف الملامس الرئيسي KM1 عبر جهات الاتصال الموجهة قسريًا لمرحل السلامة K1. يلبي هذا التصميم ثنائي القنوات متطلبات نظام IEC 61508 لمستوى SIL3 — لا يمكن لأي عطل فردي أن يتسبب في فقدان وظيفة السلامة.
يتبع اختيار وحدات الإدخال/الإخراج الآمنة مبدأ السلامة من الأعطال — في حالة حدوث أي عطل فردي في المكونات الداخلية للوحدة، يجب أن يتحول الإخراج تلقائيًا إلى حالة آمنة (أي الفصل/انقطاع التيار). تحتوي كل قناة إدخال في وحدة F-DI 16×24V DC على مولدي نبضات اختبار مستقلين، يرسلان نبضتين اختباريتين متعاكستين في الطور إلى المستشعر/الزر، ويكتشفان قصر الدائرة وأعطال الأرضي عن طريق قراءة النبضات المرتجعة. تتميز قنوات الإخراج في وحدة F-DQ 8×24V DC/2A بوظيفة فصل ثنائية القنوات مدمجة — يتكون كل إخراج من مفتاحي طاقة متسلسلين مستقلين، ويمكن لأي منهما فصل مصدر طاقة الحمل. تردد نبضة الاختبار لإشارات الإخراج الآمن هو 1 هرتز (أي مستوى عالٍ لمدة 500 مللي ثانية + مستوى منخفض لمدة 500 مللي ثانية للاختبار)، وتقوم وحدة المعالجة المركزية الآمنة بتحديث حالة إخراج F-DQ بشكل متزامن في كل دورة فحص أمان (20 مللي ثانية).
يتبع وضع أزرار التوقف الطارئ المعيار ISO 13850 لسلامة الآلات — مبادئ التصميم للتوقف الطارئ. تم تجهيز كل رافعة علوية بزر توقف طارئ في غرفة التشغيل، وجهاز التحكم عن بعد الأرضي، ومنصة الصيانة، وعربتي النهاية. جميع أزرار التوقف الطارئ من النوع ذي الرأس الفطري الأحمر (القطر ≥ 30 مم) وتوضع على خلفية صفراء على اللوحة. تستخدم المحددات بنية جهات الاتصال ذات الفتح الإيجابي لضمان إمكانية فتح دائرة الأمان حتى في حالة لحام جهات الاتصال. يتم تركيب محددات النهاية ومحددات التباطؤ بشكل مستقل ولا تشترك في حامل التركيب.
التحكم في الفرامل المزدوجة والحماية من انزلاق الحمولة
يعد نظام الكبح لآلية الرفع في الرافعة العلوية مكون التنفيذ الأساسي للتحكم في السلامة. تقوم كيلود للصناعات الثقيلة بتجهيز كل رافعة علوية بمكبحين قرصيين مستقلين (المكبح A والمكبح B) ضمن بنية السلامة SIL3. يتكون كل مكبح من ملف كهرومغناطيسي مستقل ومجموعة وسادات احتكاك. تشترك الفرامل المزدوجة في عجلة فرامل واحدة ولكن تركيبها الميكانيكي مستقل تمامًا. أثناء التشغيل العادي، يفتح المكبحان ويغلقان في وقت واحد. في حالة تعطل أحد المكابح، يمكن للمكبح الآخر تنفيذ وظيفة الكبح بشكل مستقل، مما يلبي متطلبات تحمل الأخطاء الفردية لمستوى SIL3.
التسلسل الزمني للتحكم في الفرامل المزدوجة هو المفتاح لمنع انزلاق الحمولة. تسلسل الفتح: ترسل وحدة المعالجة المركزية الآمنة أمر الفتح إلى كل من المكبح A وB في وقت واحد عبر وحدة F-DQ — القناة 1 من F-DQ تقود الملف الكهرومغناطيسي MK1 للمكبح A، والقناة 2 تقود الملف الكهرومغناطيسي MK2 للمكبح B. بعد تنشيط MK1 وMK2، يتم تحرير مجموعتي الوسادات في وقت واحد. يتم اكتشاف إشارة التحرير الكامل بواسطة المفاتيح التقاربية المغناطيسية SQ1 (للمكبح A) وSQ2 (للمكبح B) على المكابح، ويتم إرسالها مرة أخرى إلى وحدة المعالجة المركزية الآمنة عبر وحدة F-DI. فقط بعد التأكد من فتح كلا المكبحين بالكامل، يحصل محول التردد على تمكين التشغيل. تسلسل الإغلاق: ترسل وحدة المعالجة المركزية الآمنة أمر الإغلاق بعد أن يخفض المحرك سرعته إلى الصفر — يتم قطع الطاقة عن القناتين 1 و2 من F-DQ في وقت واحد. بعد فقدان الطاقة لـ MK1 وMK2، تضغط الوسادات على عجلة الفرامل في وقت واحد تحت تأثير قوة النابض. بعد تأكيد الإغلاق الكامل، تحافظ وحدة المعالجة المركزية الآمنة على سرعة الصفر لمدة 300 مللي ثانية قبل تحرير تمكين محول التردد.
آلية اكتشاف عدم تزامن المكابح: تسجل وحدة المعالجة المركزية الآمنة فرق وقت التشغيل Δt بين MK1 وMK2 (من إصدار الأمر إلى انعكاس حالة المفتاح التقاربي) في كل دورة رفع. عندما يتجاوز Δt حد التزامن المحدد (افتراضي 50 مللي ثانية)، يسجل النظام حدث انحراف تزامن واحد. إذا تجاوز الانحراف الحد المسموح به لمدة 3 دورات متتالية أو تجاوز الانحراف الفردي 100 مللي ثانية، تقوم وحدة المعالجة المركزية الآمنة بتشغيل إنذار F-Diff — يتوقف PLC فورًا عن التشغيل ويقوم بتمكين STO، وتعرض لوحة التشغيل رمز الخطأ "عدم تزامن المكابح". لا يمكن إعادة التعيين إلا بعد أن يفحص موظفو الصيانة جهد إمداد الملف الكهرومغناطيسي وحالة اهتراء الوسادات. بالنسبة لتعويض اهتراء المكابح، يسجل النظام بشكل تراكمي وقت الفتح t_open ووقت الإغلاق t_close لكل تعشيق فرامل. بعد المقارنة مع القيم الاسمية الأولية (t_open≈150 مللي ثانية، t_close≈100 مللي ثانية)، يضبط تلقائيًا مقدار التقدم لأمر الفتح بناءً على اتجاه اهتراء الوسادات، مما يضمن بقاء نقطة الفتح الفعلية وعزم الكبح ضمن النطاق الآمن. يتم إجراء الضبط الذاتي للمعامل تلقائيًا بعد 2000 دورة.
خامسًا: تحقيق وظائف السلامة: STO/SLS/SBC/SDI
يتم تحقيق وظائف السلامة الأربع الرئيسية لنظام التحكم الآمن للرافعة العلوية من خلال التعاون بين وحدة المعالجة الآمنة S7-1500F ومحول التردد G120 عبر واجهة PROFIsafe. تُبرمج جميع وظائف السلامة في لغة F-LAD وتُختبر عبر TIA Portal Safety Admin، وتشتمل كل وحدة وظيفة أمان على معالجة الإشارات عبر قناتين مزدوجتين، والمقارنة التبادلية (Cross-Comparison)، ومنطق الإخراج الآمن ضد الأعطال.
يُعد فصل عزم الدوران الآمن STO (Safe Torque Off) الوظيفة الأساسية لنظام التحكم الآمن في السلامة، ويقابل الوظيفة الفرعية STO وفق معيار IEC 61800-5-2. يقوم STO بقطع إشارة تمكين النبض لمحول التردد G120 مباشرة عبر PROFIsafe، مما يمنع المحرك من توليد عزم دفع غير مقصود، ويكون زمن الاستجابة أقل من 20ms. تشمل شروط التفعيل: الضغط على زر التوقف الطارئ في غرفة التشغيل، أو تفعيل جهاز التحكم عن بعد الأرضي للطوارئ، أو تجاوز أي محدد حد، أو فتح قفل باب الأمان، أو خلل في تغذية الفرامل المزدوجة، أو خطأ في الفحص الذاتي لوحدة المعالجة الآمنة. بعد تفعيل STO، ينفذ محول التردد الكبح الداخلي تلقائيًا (حقن التيار المستمر DC)، وتتوقف الرافعة العلوية بشكل طبيعي تحت تأثير القصور الذاتي والحمولة. يتطلب إعادة تعيين STO تأكيدًا يدويًا من لوحة التشغيل (زر Reset)، وبعد أن تتحقق وحدة المعالجة الآمنة من زوال جميع شروط التفعيل وإغلاق الفرامل بالكامل، يُسمح بإعادة التمكين والتشغيل.
يعمل تحديد السرعة الآمن SLS (Safely Limited Speed) على مراقبة سرعة دوران المحرك لحظيًا عبر مشفر أمان (مشفر تزايدي يقرأ إشارات النبض عبر F-DI، أو مستشعر سرعة آمن يغذي مباشرة). عندما تقترب العربة أو جسر الرافعة من محدد النهاية بسرعة مقدرة على مسافة 200mm، ترسل وحدة المعالجة الآمنة قيمة حد السرعة (10% من السرعة المقدرة) إلى محول التردد عبر PROFIsafe، وينفذ محول التردد التباطؤ تلقائيًا، وتستمر وحدة المعالجة الآمنة في مراقبة ما إذا كانت السرعة ضمن النطاق الآمن المحدد (≤0.3m/s). إذا اكتشفت وحدة المعالجة الآمنة تجاوز السرعة لحد SLS (تقوم وحدة المعالجة الآمنة بمقارنة السرعة: السرعة الفعلية n_act > حد SLS n_sls وتستمر لأكثر من 50ms)، يتم فورًا تفعيل خطأ SLS وتنفيذ STO. زمن استجابة وظيفة SLS أقل من 50ms.
يعمل التحكم الآمن في الفرامل SBC (Safe Brake Control) بالتنسيق مع التحكم التكراري للفرامل المزدوجة المذكور سابقًا. تُنفذ وظيفة SBC عبر كتلة F-SBR داخل وحدة المعالجة الآمنة، حيث تُخرج F-SBR أمرين مستقلين لفتح الفرامل SBC_Open إلى وحدة F-DQ، يتحكم كل منهما في المغناطيس الكهربائي للفرامل A وB على التوالي. تنفذ وحدة المعالجة الآمنة فحص حالة SBC في كل دورة مسح أمان: عند تفعيل STO أو تحفيز SLS أو اكتشاف وحدة المعالجة الآمنة تجاوز زمن التوقف الصفري لمحول التردد، تقوم F-SBR تلقائيًا بإغلاق الفراملين، وبعد الاغلاق الكامل ترسل إشارة "تأكيد إغلاق الفرامل" إلى محول التردد عبر PROFIsafe. يتضمن SBC أيضًا مراقبة عزم الكبح — حيث يتم استنتاج كفاية عزم الكبح من خلال إشارة مستشعر الحمل وحالة السرعة الصفرية للمحرك بعد إغلاق الفرامل، وعندما ينخفض عزم الكبح عن 80% من القيمة المقدرة، يتم تفعيل تحذير SBC.
يمنع مراقبة الاتجاه الآمن SDI (Safe Direction Indication) حدوث خطأ في الاتجاه غير المقصود قبل استلام آلية العربة أو جسر الرافعة لأمر عكسي. يحدد SDI اتجاه الحركة الفعلي من خلال علاقة الطور بين نبضات المشفر الآمن، ويقارنه باتجاه التشغيل المرتجع من محول التردد. عندما تكتشف وحدة المعالجة الآمنة أن اتجاه الحركة الفعلي معاكس لاتجاه أمر التحكم ويستمر ذلك لأكثر من 100ms، يتم تفعيل خطأ SDI وتنفيذ STO. عادةً ما ينتج تعارض اتجاه SDI عن خطأ في تكوين معاملات محول التردد (عكس ترتيب الطور في كابل المحرك) أو خطأ في توصيلات المشفر، وبعد تفعيل STO يلزم موظفو الصيانة بفحص التوصيلات والمعاملات ثم إعادة التعيين يدويًا.
| وظيفة السلامة | IECالمعيار | وقت الاستجابة | شروط الإطلاق | طريقة إعادة الضبط |
|---|---|---|---|---|
| STO | IEC 61800-5-2 | <20ms | إيقاف الطوارئ/التجاوز/باب الأمان/العطل | يدويReset |
| SLS | IEC 61800-5-2 | <50ms | الاقتراب من نهاية الحد(200mm) | الإلغاء التلقائي |
| SBC | IEC 61800-5-2 | <130ms | STOالإطلاق/انتهاء مهلة تثبيت السرعة الصفرية | تلقائي+يدوي |
| SDI | IEC 61800-5-2 | <100ms | عدم تطابق الاتجاه مع الأمر | يدويReset |
سادسًا: إجراءات الضبط والتحقق وشهادة السلامة
يتم ضبط والتحقق من نظام التحكم الآمن للرافعة عبر ست خطوات قياسية. الخطوة الأولى: تكوين معاملات وظائف السلامة — يتم إنشاء برنامج السلامة (F-LAD) في محرر السلامة في TIA Portal، وتكوين معاملات اتصال PROFIsafe لوحدات F-CPU وF-DI/F-DQ: F_Source_Add (عنوان F-CPU)، F_Dest_Add (عنوان الوحدة F)، F_WD_Time (الافتراضي 150ms)، رقم إصدار التحقق F_iPar_CRC ومعامل F_Param_CRC. يتم تكوين متغيرات قناتين مزدوجتين لكل كتلة وظيفة أمان، ويتم إنشاء منطق المقارنة المتقاطعة تلقائيًا بواسطة بيئة F-runtime. بعد الترجمة، يتم الحصول على توقيعي F-prog CRC وF-CRC، وإذا لم يتطابقا فهذا يعني أن برنامج السلامة قد تم تعديله ويحتاج إلى إعادة تحقق.
الخطوة الثانية: التحقق عبر المحاكاة غير المتصلة — يتم تحميل برنامج السلامة باستخدام PLCSIM Advanced، وربط وحدات F-DI/F-DQ الافتراضية، ومحاكاة ثلاث حالات تشغيل عبر ميزة محاكاة السلامة في PLCSIM: تفعيل زر التوقف الطارئ، وتجاوز حد السير، وخلل في تغذية المكبح الراجعة. في بيئة المحاكاة، يتم التحقق من زمن استجابة STO (≤20ms)، وعتبة السرعة لتفعيل SLS (الدقة ≤5%)، ومراقبة انحراف مزامنة الفرامل المزدوجة SBC (عتبة 50ms لتفعيل إنذار F-Diff)، وكشف تعارض الاتجاه SDI (عتبة 100ms لتفعيل STO). بعد اجتياز جميع وظائف السلامة في المحاكاة، يتم إنشاء تقرير التحقق من السلامة.
الخطوة الثالثة: التحقق من التوصيلات الميدانية — باستخدام ملتيميتر وراسم ذبذبات، يتم التحقق نقطة بنقطة من نبضة الاختبار لوحدة F-DI (موجة مربعة 1Hz، سعة 24V) ووظيفة الفصل ثنائية القناة لوحدة F-DQ. يتم قياس توصيلات القناتين المزدوجتين لزر التوقف الطارئ بشكل منفصل: شكل موجة النبضة لطرف F-DI في القناة A، وتوصيل وفصل نقاط التلامس المساعدة السلكية في القناة B، للتأكد من أن القناتين تقطعان دائرة الأمان بشكل صحيح عند الضغط على زر التوقف الطارئ. القيمة المقاسة لجهد تغذية المغناطيس الكهربائي للمكبح ضمن نطاق 22.8~24.5V، ويلتقط راسم الذبذبات منحنى تيار المغناطيس الكهربائي (الذروة حوالي 1.6A، تيار الاستقرار حوالي 0.8A).
الخطوة الرابعة: اختبار وظائف الحمولة — يتم تنفيذ ثلاثة اختبارات تفعيل في ظروف عدم التحميل والحمولة المقدرة: تفعيل زر التوقف الطارئ في غرفة القيادة، وتفعيل التوقف الطارئ من جهاز التحكم عن بعد، وتفعيل تجاوز حد السير. يجب التحقق في كل تفعيل من تنفيذ جميع وظائف السلامة STO/SLS/SBC/SDI بشكل صحيح: بعد تفعيل STO، يتم فصل تمكين نبضات محول التردد خلال 20ms، وتتغير حالة Drive-CLiQ لمحول التردد إلى Fault؛ بعد تفعيل SLS، يتطابق ميل منحنى السرعة مع معاملات التباطؤ لمحول التردد، مع حد أقصى للتجاوز ≤10%؛ بعد تفعيل SBC، يتم إغلاق الفراملين في وقت واحد، Δt≤50ms؛ يتم التحقق من محاكاة تعارض اتجاه SDI عبر عكس توصيل الطورين A/B للمشفر. يتم تسجيل جميع بيانات الاختبار في تقرير الضبط.
الخطوة الخامسة: التحضير لشهادة TÜV — تنظيم الوثائق المتعلقة بالسلامة: وثيقة وصف بنية النظام (تصف التقسيم الوظيفي والواجهات بين طبقة السلامة وطبقة التحكم القياسية)، جدول تعريف وظائف السلامة (تحديد كمي لشروط التفعيل وزمن الاستجابة وطريقة إعادة الضبط لـ STO/SLS/SBC/SDI)، جدول تحليل FMEA (يسرد جميع الأعطال أحادية النقطة المتوقعة وتقييم تأثيرها على وظائف السلامة)، جدول تكوين معاملات اتصال PROFIsafe وتقرير التحقق من المحاكاة. يتم إعداد الوثائق وفقًا لمتطلبات تنسيق EN ISO 13849-1 وIEC 62061.
الخطوة السادسة: المراقبة المستمرة والفحص الدوري — بعد تشغيل نظام التحكم في السلامة، تقوم وحدة المعالجة المركزية للسلامة تلقائيًا بتسجيل سجل أحداث السلامة (عدد مرات تفعيل التوقف الطارئ، عدد مرات تفعيل SLS، عدد أحداث عدم تزامن الفرامل، عدد أعطال F-Diff)، ويتم إنشاء ملخص حالة تشغيل السلامة كل 24 ساعة وإرساله عبر OPC UA إلى منصة إدارة السلامة في غرفة التحكم المركزية. يقوم موظفو الصيانة الميدانية بإجراء اختبار شامل لوظائف السلامة كل ثلاثة أشهر (وفقًا للبنود المتعلقة بالسلامة في معيار ISO 4301 / FEM 1.001 لتصميم الرافعات)، وتقوم هيئة فحص خارجية تابعة لجهة ثالثة (مثل TÜV أو هيئة فحص المعدات الخاصة الوطنية) بإجراء تحقق ميداني من وظائف السلامة كل 12 شهرًا، وتُحفظ سجلات الاختبار حتى دورة الفحص التالية.
