Szukaj:

Realizacja układów bezpiecznego zatrzymania maszyny w różnych kategoriach bezpieczeństwa.

Wpis dodano: 2008-02-25

Łańcuch elementów toru sterowania bezpiecznym wyłączeniem musi składać się z określonych rodzajów elementów bezpieczeństwa, takich jak czujnik lub przycisk aktywujący, przekaźnik bezpieczeństwa, element wykonawczy, obwód sprzężenia zwrotnego i posiadać funkcję kasowania (resetu) ręcznego lub automatycznego.
Z uwagi na wymagania Dyrektywy Maszynowej (MD) elementy układu bezpieczeństwa muszą być certyfikowane.
Bardzo istotne jest też zrozumienie faktu, że samo zastosowanie przekaźnika bezpieczeństwa w maszynie nie wystarcza do osiągnięcia wymaganej funkcjonalności układu sterowania bezpieczeństwem danej aplikacji przemysłowej.
Ponadto ogólnie, wymagane bezpieczeństwo maszyny jest osiągane głównie przez właściwe zaprojektowanie samej maszyny, aby była jak najbardziej bezpieczna.
Następnie stosuje się ochronę o charakterze podstawowym realizowaną przez proste elementy, takie jak osłony montowane na stałe lub ruchome oraz inne elementy, jak na przykład wyciągi wentylacyjne dla szkodliwych oparów itd.
I dopiero tak zaprojektowaną maszynę uzupełnia się w układ sterowania bezpieczeństwem, który stanowi ochronę dodatkową w sytuacji, gdy dwa opisane wyżej etapy projektowania nie wystarczają do zapewnienia wymaganego poziomu bezpieczeństwa. Tak rozumiany proces projektowania układu bezpieczeństwa maszyny opisuje norma PN-EN 12100-1 i -2.
Kategorie bezpieczeństwa. W celu zrozumienia podstaw realizacji układu sterowania bezpieczeństwem maszyny konieczne jest zdefiniowanie tak zwanych kategorii bezpieczeństwa, które tworzą układ odniesienia dla określenia koniecznego w danym przypadku poziomu bezpiecznego dla maszyny lub konkretnej jej części lub sekcji. Kategorie bezpieczeństwa maszyny zostały zdefiniowane w normie PN-EN 954-1.
Norma PN-EN 954-1:2001 wyróżnia następujące kategorie bezpieczeństwa i precyzuje wymagania dotyczące każdej z nich w rozdziale 6.2.:
Kategoria 1 - elementy spełniające wymagania niniejszej kategorii powinny być budowane na bazie wypróbowanych elementów składowych i przy wykorzystaniu sprawdzonych zasad bezpieczeństwa.
Przez wypróbowane elementy należy rozumieć:
  • powszechnie używane w przeszłości,
  • wytwarzane według sprawdzonych zasad.
Historia wcześniejszego użycia lub technologia wytwarzania pozwalają na wprowadzenie założenia o niezawodności.
Przez sprawdzone zasady bezpieczeństwa należy rozumieć:
  • zapobieganie określonym defektom (np. zwarciom),
  • minimalizację prawdopodobieństwa wystąpienia określonych defektów (np. nie obciążanie obwodów w sposób maksymalny),
  • ukierunkowanie na określony rodzaj defektu (np. funkcja otwarcia obwodu w wypadku konieczności odcięcia dostawy energii po wykryciu defektu)
  • bardzo wczesne wykrywanie defektu,
  • ograniczanie skutku defektu (np. wyłączanie w wypadku przebicia izolacji)
Schemat analizy ryzyka
 
Rys. 1. Schemat analizy ryzyka
 
Kategoria 2 - analogicznie jak w przypadku kategorii 1, konieczne jest spełnienie wymagań kategorii B, a ponadto należy zagwarantować, że funkcja bezpieczeństwa jest sprawdzana (kontrolowana) w trybie automatycznym lub ręcznym przez system sterowania maszyny.
W szczególności w następujących sytuacjach:
  • podczas uruchamiania maszyny,
  • przed wystąpieniem każdej sytuacji niebezpiecznej,
  • okresowo w czasie pracy, gdy jest to konieczne (ze względu na rodzaj pracy lub ocenę ryzyka)
Kategoria 3 - tak jak w przypadku każdej kategorii, konieczne jest spełnienie wymagań kategorii bezpieczeństwa B, a także konieczne jest zastosowanie sprawdzonych zasad bezpieczeństwa i spełnienie wymagań specyficznych dla danej kategorii.
Wymaganiem głównym, specyficznym dla kategorii 3. jest, aby pojedynczy defekt w układzie bezpieczeństwa nie powodował utraty jego funkcji. Kluczowa jest tu analiza efektów znaczących awarii, dla których istnieje wysokie prawdopodobieństwo utraty funkcji bezpieczeństwa. Obszary te muszą być monitorowane w celu wykrycia defektu, co najmniej przed najbliższym w czasie wywołaniem funkcji bezpieczeństwa. Wobec powyższego należy się jednak spodziewać, że w szczególnym wypadku może nastąpić utrata funkcji bezpieczeństwa w wyniku nagromadzenia się defektów, jednak prawdopodobieństwo takiego zdarzenia jest oczywiście wielokrotnie niższe niż defektu pojedynczego.
W projektowaniu układów bezpieczeństwa należy zatem przeprowadzić analizę w kierunku następstw ewentualnych uszkodzeń oraz prawdopodobieństwa ich wystąpienia. Istnieje również zalecenie w tym zakresie dla projektantów norm typu C.
 
Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa.

Rys. 2. Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa SIGUARD 3TK2840 zapewniająca kategorię bezpieczeństwa 2 zgodnie z normą PN-EN 954-1
 
Kategoria 4 - tak jak w przypadku każdej kategorii, konieczne jest spełnienie wymagań kategorii bezpieczeństwa B, a także konieczne jest zastosowanie sprawdzonych zasad bezpieczeństwa i spełnienie wymagań specyficznych dla danej kategorii.
Dla danej kategorii obowiązują dwie zasady główne:
  • analogicznie jak w przypadku kategorii 3. pojedynczy defekt nie może powodować utraty funkcji bezpieczeństwa,
  • pojedynczy defekt musi być albo wykrywany niezwłocznie, albo ewentualne nagromadzenie się awarii układu bezpiecznego wyłączenia, nie może prowadzić do utraty funkcji bezpieczeństwa. Niniejszy warunek odróżnia kategorię 4. od 3.
Analizę projektową defektów można ograniczyć do dwóch w następujących trzech przypadkach:
  • niewielkiej intensywności defektów,
  • defekty, które mogą wystąpić w kombinacji są niezależne od siebie,
  • utrata funkcji bezpieczeństwa może nastąpić tylko w określonej sekwencji (kolejności).
Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa SIGUARD
 
Rys. 3. Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa SIGUARD 3TK2840 zapewniająca kategorię bezpieczeństwa 2 zgodnie z normą PN-EN 954-1
 
Jeżeli kolejne defekty są wynikiem następstwa pierwszego defektu (zasada domina), to taki ciąg traktować należy jako defekt pojedynczy.
W ramach danej aplikacji w uzasadnionych warunkach możliwe jest łączenie elementów związanych z układem bezpieczeństwa należących do różnych kategorii jak również podział ciągu technologicznego na sekcje, dla których układy bezpieczeństwa są niezależne.
Osiąganie wymienionych wyżej kategorii bezpieczeństwa wynika z analizy ryzyka dla danej maszyny lub jej określonego obszaru. Normy specjalistyczne typu C, również dokładnie precyzują konieczne minimalne kategorie bezpieczeństwa dla opisywanych przez nie maszyn lub ich części.
Pomocny w analizie ryzyka jest zamieszczony niżej schemat decyzyjny (pochodzący również z wymienionej wyżej normy.
W analizie ryzyka wychodzi się od ustalenia na jakie rodzaje ryzyka jest narażony człowiek obsługujący maszynę. Daje to pewną liczbę punktów startowych do rozpatrzenia. Następnie, należy ustalić w trzech kolejnych etapach potencjalną ciężkość urazów, częstość i czas narażenia oraz możliwość przeciwdziałania powstawaniu urazów. Na podstawie analizy ustala się konieczną kategorię bezpieczeństwa, którą należy zapewnić środkami dodatkowymi (np. układem sterowania bezpiecznym zatrzymaniem). Można stosować środki dopuszczalne lub nadmiarowe. Na rys. 1 i 2 przedstawione są przykłady aplikacyjne związane z realizacją funkcji bezpiecznego zatrzymania maszyny. Przy zastosowanie przekaźników bezpieczeństwa pozwala na osiąganie kategorii 2, 3 i 4. W kategoriach B i 1 zastosowanie specjalnych przekaźników nie jest potrzebne.
Układy przekaźnika bezpieczeństwa - przykłady. Poniżej, na rysunkach 2. i 3. zostały zamieszczone dwa schematy aplikacyjne w których wykorzystano taki sam przekaźnik bezpieczeństwa typu 3TK2840, jednak ze względu na różny układ połączeń, w układzie sterowania jest osiągana odpowiednio 2. i 3. kategoria bezpieczeństwa dla zatrzymania napędu elektrycznego, zgodnie z normą PN-EN 954-1.
Na uwagę zasługuje fakt redundancji (to podwojenia) styków w wejściowych obwodach inicjującego przycisku dłoniowego - stopu awaryjnego, oraz styków pomocniczych styczników odcinających zasilanie silnika, stanowiących obwód sprzężenia zwrotnego potwierdzającego zadziałanie tych styczników.
Same styczniki, również są redundantne. Schemat zamieszczony na rys.3. dzięki redundancji pozwala na uzyskanie 3 kategorii bezpieczeństwa w układzie sterowania. Na osiągnięcie 4 kategorii nie pozwalają wewnętrzne właściwości samego przekaźnika (służy do tego celu inny model).
Podsumowanie
Praktyczna realizacja układu bezpiecznego zatrzymania maszyny wymaga ustalenia kategorii bezpieczeństwa, którą dany układ musi spełniać, aby jego niezawodność była adekwatna do stawianych wymagań.
Nawet za pomocą praktycznie tych samych elementów układu, możliwe jest uzyskanie różnych kategorii bezpieczeństwa, jak to pokazano na przykładzie przekaźnika SIGUARD 3TK2840. Należy przy tym pamiętać, że zgodnie z dokumentacją przekaźnik ten spełnia kategorię 2 lub/i 3. Spełnienie kategorii 4 wymaga zastosowania na przykład przekaźnika 3TK2841.

kategoria: Artykuły

Oceń ten wpis:

Głosy: 3.6/10 (102 głosów)

Komentarze (0) Dodaj swoją opinię
Zostaw komentarz: