PLC ile Güvenlik Sistemleri Tasarımı

Endüstriyel otomasyonda güvenlik, yalnızca bir öncelik değil, aynı zamanda yasal bir zorunluluktur. Bir otomotiv fabrikasında robotların operatörleri tehlikeye atmaması, bir gıda tesisinde konveyörün yanlışlıkla çalışmaması veya bir lojistik merkezinde forkliftlerin güvenli hareket etmesi, iyi tasarlanmış güvenlik sistemleriyle mümkün olur. Programlanabilir Lojik Kontrolörler (PLC), bu güvenlik sistemlerinin kalbidir; özellikle güvenlik PLC’leri, endüstriyel güvenlik standartlarına uygun olarak tehlikeleri algılar ve hızlı müdahale eder. ISO 13849, IEC 61508 ve IEC 62061 gibi standartlar, güvenlik sistemlerinin tasarımını ve uygulanmasını düzenler. PLC’ler, acil durdurma, güvenlik perdeleri ve kilitleme sistemleri gibi uygulamalarda kritik bir rol oynar. Bir PLC programcısı olarak, bir güvenlik sisteminin operatörleri koruduğunu ve üretimi aksatmadan çalıştığını görmek, bu işin en tatmin edici yanlarından biridir.

Endüstriyel güvenlik sistemleri, insan hayatını ve ekipmanları korumak için tasarlanır. ISO 13849-1, makine güvenliği için performans seviyelerini (PL, Performance Level) tanımlar ve sistemlerin risk azaltma kapasitesini sınıflandırır (PLa’dan PLe’ye). IEC 61508, fonksiyonel güvenliğin genel çerçevesini sunar ve Güvenlik Bütünlüğü Seviyelerini (SIL, Safety Integrity Level) belirler (SIL 1’den SIL 4’e). IEC 62061, makineler için SIL tabanlı fonksiyonel güvenlik gerekliliklerini detaylandırır. Bu standartlar, bir güvenlik sisteminin ne kadar güvenilir olması gerektiğini ve hangi risklere karşı koruma sağlaması gerektiğini belirtir. Örneğin, bir robotik kolun operatöre zarar verme riski yüksekse, sistemin PLe veya SIL 3 seviyesinde olması gerekebilir. PLC’ler, bu standartlara uygun güvenlik fonksiyonlarını yerine getirmek için özel olarak tasarlanmış güvenlik PLC’leri (örn. Siemens S7-1500F, Allen-Bradley GuardLogix) kullanır. Güvenlik PLC’leri, standart PLC’lerden farklı olarak, yedekli işlemciler, hata teşhis mekanizmaları ve güvenli haberleşme protokolleri (örn. PROFIsafe) içerir.

Güvenlik PLC’lerinin temel farkı, fonksiyonel güvenlik sağlamasıdır. Bir güvenlik PLC’si, bir arıza durumunda sistemin güvenli bir duruma geçmesini garantiler (fail-safe). Örneğin, bir acil durdurma butonuna basıldığında, PLC, motorları anında durdurur ve tehlikeli hareketleri önler. Güvenlik PLC’leri, Güvenlik Giriş/Çıkış (I/O) modülleriyle çalışır; güvenlik sensörleri (güvenlik perdeleri, acil durdurma butonları) güvenli girişlere bağlanır, güvenlik aktüatörleri (röleler, kilitleme cihazları) ise güvenli çıkışlara. Siemens’in Safety Integrated sistemi, TIA Portal’da güvenlik programlarını standart programlarla entegre eder; Allen-Bradley’in GuardLogix platformu, Studio 5000’de benzer bir yaklaşım sunar. Güvenlik programları, genellikle Ladder Logic veya Yapılandırılmış Metin (ST) ile yazılır ve standart programlardan ayrı olarak derlenir. Aşağıdaki SCL kodu, Siemens TIA Portal’da bir acil durdurma fonksiyonunu gösterir:

IF NOT "Emergency_Stop".Signal THEN // Acil durdurma butonu
    "Safety_Relay".Activate := FALSE; // Güvenlik rölesini kapat
    "Motor_Control".Run := FALSE; // Motoru durdur
ELSE
    "Safety_Relay".Activate := TRUE; // Normal çalışma
END_IF;

Bu kod, acil durdurma butonuna basıldığında motorun durmasını sağlar. Güvenlik PLC’si, bu tür komutların doğru çalıştığını sürekli izler ve bir arıza tespit ederse sistemi güvenli duruma geçirir.

Güvenlik sistemlerinin tasarımı, risk analiziyle başlar. ISO 13849-1’e göre, önce tehlikeler belirlenir (örn. bir robotun operatöre çarpma riski), ardından risk seviyesi değerlendirilir. Bu, PL veya SIL seviyesini belirler. PL, makine güvenliği için beş seviye tanımlar (PLa: düşük risk, PLe: yüksek risk); SIL, daha geniş kapsamlıdır ve dört seviye içerir (SIL 1: düşük, SIL 4: çok yüksek). Aşağıdaki tablo, SIL ve PL seviyelerini karşılaştırır:

Seviye	Risk Azaltma	Uygulama Örneği
PLa / SIL 1	Düşük risk, basit koruma	Konveyör durdurma butonu
PLb / SIL 1	Orta-düşük risk	Güvenlik kapı kilidi
PLc / SIL 2	Orta risk, yedekli sistem	Güvenlik perdesi
PLd / SIL 2	Yüksek risk, gelişmiş teşhis	Robotik kol durdurma
PLe / SIL 3	Çok yüksek risk, tam yedeklilik	Kimyasal reaktör güvenliği
SIL 4	Ekstrem risk (nadir)	Nükleer tesis kontrolü

Risk analizi sonrası, güvenlik fonksiyonları tanımlanır (örn. “operatör bölgeye girerse robot durur”). Güvenlik PLC’si, bu fonksiyonları yerine getirir. Örneğin, bir otomotiv fabrikasında bir robotik kol, bir güvenlik perdesiyle korunur. Operatör perdeden geçtiğinde, güvenlik PLC’si robotu durdurur (PLd/SIL 2). Siemens S7-1500F, PROFIsafe üzerinden güvenlik perdesinin sinyalini okur ve robot sürücüsüne durdurma komutu gönderir. Allen-Bradley GuardLogix, CIP Safety protokolüyle benzer bir işlevi yerine getirir.

Endüstriyel uygulamalarda PLC’lerin güvenlik sistemlerindeki rolü çeşitlidir. Bir otomotiv fabrikasında, bir robotun çalışma alanına operatör girdiğinde, güvenlik perdesi sinyali PLC’ye ulaşır ve PLC, robotu anında durdurur. Bir gıda tesisinde, bir konveyörün bakım sırasında çalışmasını önlemek için güvenlik kilitleme cihazı kullanılır; PLC, kilidin durumunu izler ve motoru devre dışı bırakır (PLc/SIL 2). Bir lojistik merkezinde, acil durdurma butonu, tüm konveyör sistemini durdurur; PLC, buton sinyalini değerlendirir ve güvenli durdurma sağlar (PLa/SIL 1). Geçen yıl bir otomotiv projesinde, bir güvenlik PLC’si ile robotik bir hattı entegre ettik; güvenlik perdesi ve acil durdurma sistemi, operatör güvenliğini sağladı ve üretim kesintisiz devam etti. Ancak, bir kablo bağlantı hatası yüzünden güvenlik perdesi sinyali kesildi; bu, saha testlerinin önemini gösterdi.

Güvenlik sistemlerinin tasarımında dikkat edilmesi gereken birkaç nokta vardır. İlk olarak, risk analizi kapsamlı olmalıdır; eksik bir analiz, yanlış PL/SIL seviyesi belirlenmesine yol açar. İkinci olarak, yedeklilik ve teşhis sağlanmalıdır; güvenlik PLC’leri, çift kanal girişler ve hata teşhis mekanizmaları kullanır. Üçüncü olarak, haberleşme güvenliği kritiktir; PROFIsafe ve CIP Safety gibi protokoller, veri bütünlüğünü korur. Dördüncü olarak, düzenli test ve doğrulama yapılmalıdır; güvenlik fonksiyonları, devreye almadan önce ve periyodik olarak test edilir. Siemens TIA Portal’da Safety Evaluation Tool, PL/SIL hesaplamalarını kolaylaştırır; Allen-Bradley’de Safety Automation Builder, benzer bir işlev sunar. Son olarak, operatör eğitimi ihmal edilmemelidir; güvenlik sistemleri, ancak doğru kullanıldığında etkili olur.

PLC’ler, endüstriyel güvenlik sistemlerinin temel taşıdır. Güvenlik PLC’leri, ISO 13849, IEC 61508 ve IEC 62061 standartlarına uygun olarak tasarlanır ve operatörleri, ekipmanları ve çevreyi korur. Bir programcı olarak, bir güvenlik sisteminin hem güvenliği sağladığını hem de üretimi aksatmadığını görmek, bu işin değerini hissettiriyor. Teknolojiye ilgi duyan ve hayat kurtaran sistemler tasarlamaktan keyif alanlar için, PLC ile güvenlik sistemleri tasarımı, otomasyonun en kritik ve ödüllendirici alanlarından biridir.