s Automation and Drives

Technika Łączeniowa n. n. 1 / 3 Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa / Carsten Schmidt

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. 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.)

Analiza: aparaty łączeniowe bezpieczeństwa gwarantują, że wypełnienie zadania bezpieczeństwa doprowadzi do zaprowadzenia bezpiecznego stanu, nawet wówczas, gdy w łańcuchu bezpieczeństwa wystąpi błąd.

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

s Automation and Drives

Technika Łączeniowa n. n. 2 / 3 Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa / Carsten Schmidt

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 wyłącznie aparaty z przekaźnikami, to obecnie ma miejsce coraz bardziej widoczne otwarcie na podzespoły bezpieczeństwa z elektronicznymi jednostkami analizującymi. Osiągane przez to korzyści są widoczne na pierwszy rzut oka: dzięki pracy bez zużycia mechanicznego uzyskiwana jest znacznie wyższa żywotność niż miało to miejsce przy rozwiązaniach czysto mechanicznych. Przekaźniki bezpieczeństwa serii 3TK284 z elektronicznymi, potencjałowymi obwodami wyzwalającymi mogą być oczywiście dodatkowo uzupełniane elementami rozszerzeniowymi typoszeregu 3TK2830, w przypadkach gdy w danym zastosowaniu potrzebnych jest kilka obwodów wyzwalających lub gdy mają one pracować jako wolne od potencjałów. Dużym plusem w kontekście niezawodności działania są cyklicznie przeprowadzane w aparatach elektronicznych autotesty w obwodzie czujnikowym i wykonawczym. Dzięki temu ewentualne błędy w łańcuchu bezpieczeństwa są rozpoznawane w trakcie pracy, a nie dopiero przy wykonywaniu zadania bezpieczeństwa.

Przewody czujników mogą mieć maksymalną długość do 200 m, przy czym możliwe jest łączenie szeregowe (kaskadowanie) i programowe załączanie urządzeń poprzez SPS (zgodnie z wymogami eksploatacyjnymi). Dzięki temu elektroniczne aparaty łączeniowe można implementować do standardowej koncepcji sterowania maszyny lub instalacji, co w znaczny sposób zwiększa ich wartość dla przemysłu. Dla producentów maszyn i urządzeń eksportujących swoje produkty sprawą pierwszorzędną są liczne certyfikaty niskonapięciowych aparatów łączeniowych typoszeregu Sirius, pozwalające na ich stosowanie na całym świecie. Na przykład rodziny aparatów 3TK28 i 3RA71 spełniają, zależnie od zewnętrznego podłączenia wymogi 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 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

Rys. 2 Elektronika w przekaźniku 3TK2845 umożliwia po przełączeniu przełącznika z kluczykiem otwarcie drzwi ochronnych przy jednoczesnym zachowaniu działania wszystkich agregatów pomocniczych

Rys. 3 W łączeniowym aparacie bezpieczeństwa 3TK28 5 posiada już fabrycznie zintegrowane styczniki pomocnicze

s Automation and Drives

Technika Łączeniowa n. n. 3 / 3 Niezawodne ogniwa łańcucha bezpieczeństwa / Carsten Schmidt

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

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.

Rys. 4 Niskonapięciowe aparaty łączeniowe bezpieczeństwa serii Sirius 3TK28 oferowane są w wersji z zaciskowymi sprężynami do szybkiego i pewnego montażu