Przekaźniki bezpieczeństwa

Rola i funkcja w obwodzie sterowania 

Bezpieczeństwo maszyn jest kluczowym aspektem podczas projektowania stanowiska roboczego. Odpowiedni dobór produktów oraz określenie stopnia zagrożenia, które może powstać na skutek uszkodzenia lub awarii danego układu bądź maszyny, pozwala nie tylko zmniejszyć, lecz także wyeliminować zagrożenia, jakie mogą pojawić się w przestrzeni pracy maszyny. Jednym z głównych elementów, które pełnią funkcję ochronną pracowników, są przekaźniki bezpieczeństwa. To właśnie do przekaźników bezpieczeństwa należy m.in. kontrola stanu załączenia danego obwodu lub odłączenie zasilania w przypadku wystąpienia stanu zagrażającego życiu lub zdrowiu operatora.

Co oznaczają skróty SIL2, SIL3 

SIL to skrót od Safety Intergrity Level, co tłumaczy się jako poziom nienaruszalności bezpieczeństwa. Jest to miara służąca do określenia stopnia redukcji ryzyka wystąpienia zagrożeń podczas pracy urządzeń przemysłowych, w porównaniu z instalacją standardową. Stopień ten jest obliczany na podstawie uprzednio dokonanej analizy potencjalnych zagrożeń i szans ich wystąpienia. Redukcję ryzyka osiąga się najczęściej poprzez wprowadzenie dodatkowych obwodów zabezpieczających, które powinny zadziałać w sytuacji, gdy wystąpi zagrożenie. W zależności od stopnia SIL, liczba dodatkowych obwodów i ich niezawodność są inne. Najniższym poziomem SIL jest SIL1, natomiast najwyższym jest SIL4. Kategorie bezpieczeństwa określa projektant układu na podstawie danych, które zostały opisane kilka zdań wcześniej, natomiast kategorie SIL precyzyjnie zostały zapisane w polskiej normie PN-EN 61508.

Pierwsze aplikacje bezpieczeństwa

 Obwody bezpieczeństwa początkowo realizowane były przy użyciu pojedynczego stycznika elektromechanicznego z aktywatorem bezpieczeństwa wpiętym w obwód zasilania. Rozwiązanie to nie zapewniało jednak pełnej ochrony w przypadku uszkodzenia stycznika, np. sklejenia się jego styków. Wówczas pomimo naciśnięcia wyłącznika bezpieczeństwa maszyna mogła pozostać w ruchu.
Jednym z rozwiązań tego problemu było wstawienie do obwodu dodatkowego stycznika, co zmniejszało prawdopodobieństwo wystąpienia błędu. Pozwoliło to wprawdzie na zwiększenie niezawodności układu, ale co w sytuacji, gdyby uszkodzeniu uległ inny komponent wchodzący w skład obwodu bezpieczeństwa?

Jeżeli nie stycznik to może przekaźnik?

W odpowiedzi na to pytanie powstały urządzenia elektroniczne wyposażone w co najmniej dwa przekaźniki oraz układ mikroprocesorowy, czyli tak zwane przekaźniki bezpieczeństwa. Ich budowa umożliwia nie tylko eliminację ryzyka, jakie wiąże się z użyciem pojedynczego stycznika, ale także pozwala na monitorowanie stanu urządzeń wejściowych i wyjściowych. Diagnostyka ta realizowana jest poprzez obserwację takich wielkości jak zwarcie międzykanałowe, czas przełączania styków między jednym a drugim kanałem oraz ciągłość obwodu podłączonego do wyjść układu logicznego.

Przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyków – seria 50 od firmy Finder

Przekaźniki z mechanicznie sprzężonymi zestykami to jedno z pierwszych rozwiązań w dziedzinie bezpiecznego monitorowania czujników i urządzeń wykonawczych procesów produkcyjnych. Ich zastosowanie w obrębie systemów bezpieczeństwa gwarantuje ich funkcjonalne bezpieczeństwo i niezawodność oraz przyczynia się do podniesienia standardów bezpieczeństwa w środowisku pracy. Idea bezpieczeństwa polega na tym, że co najmniej jeden zestyk NO i jeden zestyk NC są sprzężone mechanicznie (z wymuszonym prowadzeniem). Jeśli więc jeden z zestyków jest otwarty, to drugi jest zabezpieczony przed otwarciem (i odwrotnie). Ta cecha wykorzystywana jest np. do wykrywania błędów. W szczególności pozwala to na wykrywanie niebezpiecznych błędów (np. sklejenie zestyku), co gwarantuje wysoki stopień bezpieczeństwa.
Przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyku realizujące zadania bezpiecznego monitorowania funkcji maszyn i instalacji oparte są na technologii regulowanej w dyrektywie maszynowej EN 61810-3 (wcześniej EN 50205). Dyrektywa opisuje ich dwa typy:

• typ A: wszystkie zestyki mają wymuszone prowadzenie,
• typ B: niektóre zestyki mają wymuszone prowadzenie. 
   

Zgodnie z powyższą normą w układach z zestykami przełączanymi tylko NO jednego bieguna i NC drugiego bieguna mogą być realizowane jako zestyki z wymuszonym prowadzeniem. Ponieważ w takim układzie występują również inne zestyki – seria przekaźników 50.12 produkcji Finder jest sklasyfikowana jako typ B. Finder w swojej ofercie ma wykonania serii 50 i wszystkie wykonania serii 7S, które są skategoryzowane również jako typ A. 

Przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyków – seria 7S od firmy Finder

Przekaźniki serii 7S do zastosowań w aplikacjach SIL2 muszą spełniać normę EN 61508, natomiast przekaźniki do zwiększenia bezpieczeństwa w maszynach i zakładach przemysłowych muszą być zgodne z EN 13849-1. 

Warto jednak podkreślić, że różnorodność w układzie zestyków w przekaźnikach do obwodów bezpieczeństwa daje nam szerokie możliwości zastosowań, ponieważ przekaźniki serii 7S, które mogą pracować w aplikacjach SIL 2 zgodnie z normą 61508, mogą mieć następujące konfiguracje:

• 2 zestyki (1 Z + 1 R),
• 4 zestyki (2 Z + 2 R) lub (3 Z + 1 R), 
• 6 zestyków (4 Z + 2 R) lub (5 Z i 1 R),
• 3 zestyki (2 Z + 1 R).
   

Oferta produktów Finder w zakresie przekaźników z mechanicznie sprzężonymi zestykami wzbogaciła się o rozwiązania przystosowane do pracy w aplikacjach SIL3 zgodnie z normą EN 61508.

Niezawodność komponentów w obwodach bezpieczeństwa

Dla projektanta, którego zadaniem jest stworzenie funkcji bezpieczeństwa, kluczowe jest pozyskanie danych na temat niezawodności komponentów bezpieczeństwa, które nie zawsze są łatwo dostępne. O jakich wartościach jest mowa? Są to parametry takie jak  dla komponentów mechanicznych, hydraulicznych, elektronicznych,  dla komponentów pneumatycznych i elektromechanicznych. Dla osób, które nie miały styczności z aplikacjami bezpieczeństwa, wymienione przed chwilą parametry są całkowitą nowością, jednak w kwestiach bezpieczeństwa układów sterowania ich znajomość jest niezbędna. 
W dokumentacji dostępnej na stronie internetowej firmy Finder znajdują się dane, z których można odczytać niezbędne parametry pozwalające projektantowi układu bezpieczeństwa zastosować przekaźniki serii 7S w tworzonych aplikacjach. 

Z przekaźnikami bezpieczeństwa jest… bezpieczniej

Wraz z postępem przemysłu oraz automatyzacji rosną wymogi dotyczące bezpieczeństwa przy budowie i eksploatacji maszyn. Aktualnie istnieje kilka poziomów zdefiniowanych przez specjalne normy: B, 1, 2, 3 i 4, gdzie B jest podstawowym poziomem, a 4 – zaawansowanym. Każdy z tych poziomów stawia coraz bardziej rygorystyczne warunki odnośnie do bezpieczeństwa, zaczynając od rozłączenia zasilania, a kończąc na monitorowaniu i redundancji układów. W gruncie rzeczy żaden z poziomów nie narzuca bezpośrednio wykorzystania przekaźnika serii 7S lub 50, ale zdecydowanie w wielu układach i aplikacjach to właśnie komponenty produkowane są przez firmę Finder doskonale spełnią pokładane w nich nadzieje.
 

Tab. 1. Parametry niezbędne do wyznaczenia bezpieczeństwa aplikacji