Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa

s
Automation and Drives
Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa
Carsten Schmidt
Innowacją nazywamy proces,
w wyniku którego z pomysłów
i wynalazków powstają ekonomiczne
zastosowania praktyczne. Zgodnie
z tą definicją, do rozwiązań
innowacyjnych można z pewnością
zaliczyć nowoczesne aparaty
łączeniowe spełniające funkcje
bezpieczeństwa. Dzięki zwiększaniu
stopnia zintegrowania elektroniki
proste przekaźniki łączeniowe są
coraz bardziej „uszlachetniane”.
Spełniają one w ten sposób warunki
dla perfekcyjnych, ekonomicznych
rozwiązań.
Od listopada 1998 wstęp do europejskiej normy
EN 60204-1 zezwala na stosowanie oprócz
tradycyjnych, zaopatrzonych w zestyki elementów
łączeniowych, również bezpiecznych rozwiązań
elektronicznych. Oczywiście niezbędnym warunkiem
jest, aby urządzenia te gwarantowały ten sam
stopień bezpieczeństwa, jak ich mechaniczni
,koledzy’. Posłużmy się przykładem: centrum
obróbcze zaopatrzone jest w drzwi ochronne
i funkcję wyłączania awaryjnego. W regularnych
odstępach czasu należy dokonywać wymiany
narzędzi obróbczych. W tym celu muszą zostać
otwarte drzwi ochronne. Za pomocą przełącznika
z kluczykiem można dokonywać przełączania
pomiędzy trybem konserwacyjnym i normalnym
trybem pracy. Funkcję taką można zrealizować
w bardzo prosty sposób za pomocą nowego
przekaźnika bezpieczeństwa 3TK2845 produkcji
Siemensa o budowie elektronicznej.
Łańcuch bezpieczeństwa składa się na ogół z funkcji
wykrywania, analizy i reakcji.
y Wykrywanie: rozpoznanie zadania
podyktowanego funkcją bezpieczeństwa, takiego
jak np. wymóg wyłączenia awaryjnego lub
przekroczenie zagrożonego obszaru przez
odpowiednie czujniki (zapory fotooptyczne,
skanery laserowe, wyłączniki krańcowe drzwi,
przyciski wyłączenia awaryjnego itd.)
y Analiza: aparaty łączeniowe bezpieczeństwa
gwarantują, że wypełnienie zadania
bezpieczeństwa doprowadzi do zaprowadzenia
bezpiecznego stanu, nawet wówczas, gdy
w łańcuchu bezpieczeństwa wystąpi błąd.
y
Reakcja: wyłączenie zagrażających ruchów,
np. przez połączone z aparatem styczniki. Aparaty
łączeniowe Siemensa oferowane są również
w wersjach ze zintegrowanymi stycznikami, co
pozwala na uniknięcie okablowania.
Rys. 1 Nowy przekaźnik bezpieczeństwa wielofunkcyjny 3TK2845 jest przydatny przede
wszystkim do zastosowań, w których muszą być jednocześnie kontrolowane przycisk
wyłączenia awaryjnego i drzwi ochronne
Technika Łączeniowa n. n.
Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa / Carsten Schmidt
1/3
s
Automation and Drives
Producenci maszyn i urządzeń wykorzystują
najczęściej aparaty łączeniowe bezpieczeństwa do
realizacji funkcji zabezpieczających w instalacjach
o niewielkiej ekspansji przestrzennej. Typowym
zastosowaniem ukierunkowanych na
bezpieczeństwo niskonapięciowych aparatów
łączeniowych z programu Safety-Integrated
Siemensa są urządzenia nie połączone ze sobą
siecią magistrali.
W przemyśle często mamy do czynienia z sytuacją,
gdy niewielka ilość gęsto upakowanych czujników
musi być w pewny sposób kontrolowana
i analizowana. Nieznaczna liczba czujników
w większości wypadków nie uzasadnia
zastosowania pewnego systemu magistral.
O ile dawniej w takich sytuacjach stosowano
Rys. 2 Elektronika w przekaźniku 3TK2845
wyłącznie aparaty z przekaźnikami, to obecnie ma
umożliwia po przełączeniu przełącznika
miejsce coraz bardziej widoczne otwarcie na
z kluczykiem otwarcie drzwi ochronnych
podzespoły bezpieczeństwa z elektronicznymi
przy jednoczesnym zachowaniu działania
jednostkami analizującymi. Osiągane przez to
wszystkich agregatów pomocniczych
korzyści są widoczne na pierwszy rzut oka: dzięki
pracy bez zużycia mechanicznego uzyskiwana jest
Przewody czujników mogą mieć maksymalną
znacznie wyższa żywotność niż miało to miejsce przy
długość do 200 m, przy czym możliwe jest łączenie
rozwiązaniach czysto mechanicznych. Przekaźniki
szeregowe (kaskadowanie) i programowe załączanie
bezpieczeństwa serii 3TK284 z elektronicznymi,
urządzeń poprzez SPS (zgodnie z wymogami
potencjałowymi obwodami wyzwalającymi mogą
eksploatacyjnymi). Dzięki temu elektroniczne
być oczywiście dodatkowo uzupełniane elementami
aparaty łączeniowe można implementować do
rozszerzeniowymi typoszeregu 3TK2830,
standardowej koncepcji sterowania maszyny lub
w przypadkach gdy w danym zastosowaniu
instalacji, co w znaczny sposób zwiększa ich wartość
potrzebnych jest kilka obwodów wyzwalających lub
dla przemysłu.
gdy mają one pracować jako wolne od potencjałów.
Dla producentów maszyn i urządzeń eksportujących
Dużym plusem w kontekście niezawodności
swoje produkty sprawą pierwszorzędną są liczne
działania są cyklicznie przeprowadzane w aparatach
certyfikaty niskonapięciowych aparatów
elektronicznych autotesty w obwodzie czujnikowym
łączeniowych typoszeregu Sirius, pozwalające na ich
i wykonawczym. Dzięki temu ewentualne błędy
stosowanie na całym świecie. Na przykład rodziny
w łańcuchu bezpieczeństwa są rozpoznawane
aparatów 3TK28 i 3RA71 spełniają, zależnie od
w trakcie pracy, a nie dopiero przy wykonywaniu
zewnętrznego podłączenia wymogi bezpieczeństwa
zadania bezpieczeństwa.
aż do kategorii 4 wg EN954-1 i SIL 3 (Safety Integrity
Level), zgodnie z IEC 61508.
Wielofunkcyjność w typowych zastosowaniach
Nowy przekaźnik bezpieczeństwa 3TK2845 jest
aparatem wielofunkcyjnym, posiadającym kilka cech
wyróżniających. Jest on wyposażony w dwa wejścia
Rys. 3 W łączeniowym aparacie
bezpieczeństwa 3TK28 5
posiada już fabrycznie
zintegrowane styczniki
pomocnicze
czujnikowe, które można połączyć z wyłącznikiem
awaryjnym i jednocześnie z wyłącznikiem
krańcowym drzwi ochronnych. Dzięki
przełączanemu za pomocą przełącznika z kluczykiem
układowi logicznemu bezpieczeństwa obsługujący
maszynę jest w stanie dokonywać wyboru pomiędzy
trybem normalnym i serwisowym. W trybie
normalnym ponowne załączenie urządzenia po
zatrzymaniu awaryjnym lub otwarciu drzwi
ochronnych jest możliwe dopiero po odblokowaniu
wyłącznika awaryjnego i zamknięciu drzwi oraz
obwodu zwrotnego.
Użycie przełącznika z kluczykiem powoduje przejście
przekaźnika bezpieczeństwa do trybu serwisowego.
Oznacza to, że stan wyłączników krańcowych drzwi
ochronnych nie będzie poddawany przez układ
analizie. Dwa z czterech wyjść przekaźnika zostają
w takim wypadku natychmiast wyłączone. Pozostałe
Technika Łączeniowa n. n.
Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa / Carsten Schmidt
2/3
s
dwa pozostają pomimo otwartych drzwi ochronnych
nadal aktywne. To, co w takiej sytuacji może być
dodatkowo nadzwyczaj korzystne, to możliwość
ustawienia zadziałania dwóch z czterech istniejących
wyjść z opóźnieniem czasowym do 300 s. Dzięki
temu uzyskuje się możliwość dokończenia istotnych
procesów bez konieczności specjalnego
uwzględniania tego przy projektowaniu sterowania.
Aparat wielofunkcyjny jest zawsze godny polecenia
w sytuacjach, gdy konieczne są jednocześnie dwa
czujniki bezpieczeństwa. Elektroniczne łączeniowe
aparaty bezpieczeństwa są oferowane również ze
zintegrowanymi stycznikami, pozwalającymi na
załączanie wyższych mocy (DC-13 przy 10 A
i AC 15 przy 6 A). Warianty te osiągają wysoką liczbę
cykli łączeniowych. Z jednej strony elektronika
pracuje bez zużycia mechanicznego, a z drugiej
styczniki zintegrowane z aparatami 3TK28 5 pracują
w sposób alternatywny, tzn., że kolejność załączania
styczników zmienia się wraz z każdym cyklem
łączeniowym. Dzięki równomiernemu obciążeniu
zestyków styczników następuje automatycznie
podwyższenie ich trwałości. W omawianych
aparatach łączeniowych Sirius jednostka analizująca
jest już fabrycznie zmontowana i połączona
elektrycznie z dwoma podłączonymi redundantnie
stycznikami. Również w tym przypadku
przeprowadzany jest permanentnie cykliczny
Rys. 4 Niskonapięciowe aparaty łączeniowe
bezpieczeństwa serii Sirius 3TK28
oferowane są w wersji z zaciskowymi
sprężynami do szybkiego i pewnego
montażu
Automation and Drives
autotest w obwodzie czujnikowym i wykonawczym.
Podobnie jak w innych elektronicznych aparatach
łączeniowych bezpieczeństwa możliwe są kategorie
zatrzymania 0 i 1.
Kompletne, ukierunkowane na bezpieczeństwo
obwody odbiornikowe
Najważniejszymi aspektami przy stosowaniu
elektronicznych aparatów łączeniowych
w obwodach bezpieczeństwa są po pierwsze szeroka
funkcjonalność, a z drugiej strony łatwość ich
wkomponowania w koncepcje sterowania maszyn
i instalacji. Dla prostych koncepcji łączeniowych jak
np. w przypadku pracy frezarki lub podobnych
maszyn obróbczych i przetwórczych, oferowane są
nawet aparaty kombinacyjne.
Dzięki temu projektant układów elektrycznych nie
musi swojego „bezpiecznego” rozwiązania zestawiać
przy dużym nakładzie pracy z pojedynczych
komponentów, tylko może używać kompletnych,
przetestowanych, opracowanych pod kątem
bezpieczeństwa obwodów odbiornikowych.
Rozwiązania takie oferuje Siemens z oznaczeniem
symbolem 3RA71. Aparaty te łączą funkcje
rozruszników silnikowych (z bezpiecznikami lub bez)
w kombinacji z odpowiadającym im wymogom
bezpieczeństwa rozłączaniem.
W przypadku bezbezpiecznikowego obwodu
odbiornikowego napęd jest chroniony przed
przeciążeniem i zwarciami za pomocą wyłącznika
mocy. W sytuacji wymogu bezpieczeństwa personel
obsługujący chroniony jest przez elektronikę
zabezpieczającą. W przypadku, gdy w jednej
maszynie lub urządzeniu pracuje kilka silników,
istnieje możliwość połączenia ze sobą kilku
odbiornikowych obwodów bezpieczeństwa 3RA7.
Kompletnie skonfigurowane, opracowane pod
kątem bezpieczeństwa obwody odbiornikowe
oferowane są do kategorii 4 oraz w kategoriach
zatrzymania 0 i 1. Odgałęzienia są zaprojektowane
do 11 kW (stopień przyporządkowania 2), odporne
przeciwzwarciowo do 50 kA i załączają AC-1 oraz
AC 3. Również przy tym wariancie łączeniowym
możliwe jest kaskadowanie, a także łączenie poprzez
SPS stosownie do produkcji. Pozwala to
projektantowi układów elektrycznych na tworzenie
grup rozłączeniowych.
Podsumowanie/perspektywy
Przytoczone trzy przykłady – aparat wielofunkcyjny,
aparaty elektroniczne ze stycznikami pomocniczymi
i kompletne, zorientowane na bezpieczeństwo.
Obwody odbiornikowe – pokazują, że nowoczesne
rozwiązania ze zintegrowaną elektroniką oferują
znacznie więcej niż ich odpowiedniki mechaniczne.
Pozwala to na budowanie łańcuchów
bezpieczeństwa, składających się z funkcji
wykrywania, analizy i reakcji, równie niezawodnych,
ale w sposób o wiele szybszy, łatwiejszy i bardziej
ekonomiczny.
Technika Łączeniowa n. n.
Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa / Carsten Schmidt
3/3