Szukaj:

Realizacja układów bezpiecznego zatrzymania maszyny dla różnych typów zatrzymania awaryjnego.

Wpis dodano: 2008-02-25

W praktyce napędowej okazuje się, że określenie kategorii bezpieczeństwa dla wyłączenia danego układu napędowego zgodnie z normą PN-EN 1050 oraz PN-EN 954-1 nie wyczerpuje problemu minimalizacji ryzyka.

Napęd bowiem jako specyficzny rodzaj aktuatora (układu wykonawczego) po pozbawieniu go zasilania może w pewnych przypadkach nie zatrzymać się niezwłocznie, co stwarza dodatkowe zagrożenie dla obsługi maszyny lub osób postronnych. W celu rozwiązania tego ważnego problemu zdefiniowano trzy typy stopu awaryjnego (kategorie zatrzymania) w normie PN-EN 60204-1. Wobec powyższego parametry bezpiecznego zatrzymania napędu w maszynie w pełni definiują dwa parametry, określone jednocześnie: kategoria bezpieczeństwa i typ stopu. Kategoria bezpieczeństwa określa niezawodność wykonania polecenia zatrzymania, natomiast typ stopu sposób jego przeprowadzenia.

Kategorie zatrzymania.

Norma PN-EN 60204-1 wyróżnia trzy kategorie zatrzymania dla układów napędowych.

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.:

0 - zatrzymanie niekontrolowane, poprzez bezzwłoczne odłączenie zasilania od napędów;

1 - zatrzymanie kontrolowane, poprzez odłączenie zasilania od napędów, po uprzednim ich zatrzymaniu;

2 - zatrzymanie kontrolowane, z pozostawieniem zasilania napędów.

 

 

Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa

 

Rys.1 Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa SIGUARD 3TK2840 zapewniająca kategorię bezpieczeństwa 2 (z lewej) i kategorię bezpieczeństwa 3 (z prawej) zgodnie z normą PN-EN 954-1

Wymienione wyżej kategorie zatrzymywania wykorzystuje się (należy wykorzystywać) według podanych niżej reguł:

Kategoria 0

Może być realizowana, jeżeli natychmiastowe wyłączenie zasilania nie powoduje dodatkowego zagrożenia. Sytuacja taka występuje na przykład, gdy napęd jest samohamowny, czyli obciążenie ma naturę samohamowności (duży moment czynny, mały moment bezwładności). Oczywiście charakter obciążenia można zmodyfikować za pomocą dodatkowych urządzeń, wprowadzonych w skład układu napędowego. Należą do nich: hamulce lub luzowniki, sprzęgła i osłony stałe. Wymienione urządzenia muszą spełniać jednak wymagania dotyczące bezpieczeństwa. Tak więc, za pomocą hamulca bezpieczeństwa możliwe jest awaryjne skokowe zwiększenie momentu oporowego, co może kompensować działanie momentu bezwładności. Analogicznie, w przypadku, gdy mamy do czynienia z momentem bezwładności o tak znacznej wartości, że nie jest możliwe gwałtowne (awaryjne) wyhamowanie napędu w sposób aktywny, należy go po prostu osłonić, aby uniemożliwić dostęp do strefy niebezpiecznej. Jeżeli nie jest to możliwe, należy osłonić część układu, który posiada największą bezwładność, a część która musi być dostępna, drogą konstrukcji maszyny pozbawić bezwładności i wyposażyć układ w sprzęgło, które pozwoli rozłączyć ją od elementów o dużej bezwładności.

Kategoria 1

Należy stosować, jeżeli awaryjne wyłączenie stwarza zagrożenie spowodowane niehamowanym wybiegiem. Konieczne jest wówczas wykonanie procedury hamowania dynamicznego (aktywnego), a dopiero następnie odłączenie zasilania. Nie w każdym przypadku realizacja takiego algorytmu jest wykonalna, wobec niniejszego można stosować wyłączenie w powiązaniu z dodatkowymi układami, opisanymi wyżej.

Kategoria 2

Musi być stosowana w układach, w których pozbawienie zasilania stwarzałoby dodatkowe zagrożenie. Nie zmienia to faktu, iż należy w takim wypadku zagwarantować zatrzymanie osi napędowych, lub przejście do prędkości bezpiecznego pełzania. Przy czym w wypadku, gdy maszyna faktycznie nie zatrzymuje się, lecz dany napęd porusza się z prędkością której wartość jest w danym wypadku uznawana za bezpieczną, należy wyeliminować możliwość niekontrolowanego przyspieszenia.

  Kategoria bezpieczeństwa 2
Kategoria bezpieczeństwa 3
Kategoria bezpieczeństwa 4
Kategoria zatrzymania 0Przykład 1 3TK2840 (rys.1)Przykład 2 3TK2840 (rys.1)
Przykład 3 3TK2841 (rys.2)
Kategoria zatrzymania 1Przykład 4 3TK2842 (rys.3)
3TK2842
Przykład 6 3TK2842 (rys.3)

 

 

Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa

 

Rys. 2 Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa SIGUARD 3TK2841 zapewniająca kategorię bezpieczeństwa 4 zgodnie z normą PN-EN 954-1

W maszynie zatrzymanie układu napędowego musi być analizowane zatem jednocześnie dwutorowo, to znaczy konieczne jest ustalenie na bazie analizy ryzyka:

  • w jakiej kategorii musi być zrealizowane sterowanie bezpiecznym zatrzymaniem napędu,
  • jaka kategoria zatrzymania stwarza najmniejsze zagrożenie.
W celu praktycznej realizacji układu sterowania zdolnego do jednoczesnego spełnienia wymienionych wyżej wymagań, projektant musi mieć do dyspozycji odpowiedni asortyment specjalnie skonstruowanych przekaźników bezpieczeństwa. Poniżej zestawiono dla porównania układy sterowania bezpiecznym zatrzymaniem napędu, które posiadają taką samą kategorię bezpieczeństwa, lecz różne kategorie zatrzymania. Pełny asortyment przekaźników bezpieczeństwa powinien zatem zapewniać właściwe dla danej maszyny kategorie bezpieczeństwa i zatrzymania, w zależności od doboru elementów lub ich wzajemnych połączeń. Przy czym druga kategoria zatrzymania jest stosowana bardzo rzadko w praktyce.
Układy przekaźnika bezpieczeństwa - przykłady. Poniżej zamieszczono wybrane, przykładowe aplikacje sterowania bezpiecznym zatrzymaniem układów napędowych dla wymienionych w tabeli 1. kombinacji kategorii bezpieczeństwa (wg normy PN-EN 954-1) i kategorii stopu (wg normy PN-EN 60204-1).
Proszę zwrócić uwagę, że od 3 kategorii bezpieczeństwa jest konieczna redundancji styków w wejściowych obwodach stopu awaryjnego, oraz styków pomocniczych styczników odcinających zasilanie, które stanowią obwód sprzężenia zwrotnego potwierdzające zadziałanie tych styczników.
Również 4 kategoria bezpieczeństwa wymaga od nas redundancji styków ale dzięki 3TK2841 możemy również spełnić kolejny wymóg tej kategorii czyli każdy pojedynczy defekt musi być wykrywany niezwłocznie i ewentualne nagromadzenie się awarii układu bezpiecznego wyłączania nie może prowadzić do utraty funkcji bezpieczeństwa.
Na rysunku 3 możemy zobaczyć zastosowanie przekaźnika 3TK2842, który dzięki dostępnym wyjściom bezpiecznym o opóźnieniu czasowym do 300 s (w zależności od numeru zamówieniowego) możemy uzyskać kategorię zatrzymania 1 według norma PN-EN 60204-1 jak również uzyskać wszystkie cztery kategorie bezpieczeństwa.
Należy zwrócić uwagę na fakt, że chociaż w topologii układu sterowania w kategorii 3 i 4 nie widać istotnych różnic, nie każdy przekaźnik bezpieczeństwa pozwala na realizację funkcji permanentnego monitorowania pojedynczego defektu. Dlatego, na przykład nie ma możliwości uzyskania 4 kategorii w oparciu o aparat 3TK2840.
Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa

Rys. 3 Przykładowa aplikacja z przekaźnikiem bezpieczeństwa SIGUARD 3TK2842 zapewniająca kategorię bezpieczeństwa 2 (z lewej) i 4 (z prawej) zgodnie z normą PN-EN 954-1

Podsumowanie

Układy napędowe w maszynach są powodem jednego z głównych zagrożeń - zagrożenia ruchem. Aby to zagrożenie wyeliminować (zminimalizować) konieczne jest stosowanie poza osłonami również składów bezpiecznego zatrzymania. Rozwój techniki przekształtnikowej umożliwił praktyczną realizację układów sterowania bezpiecznym zatrzymaniem w kategorii 2, gdzie pożądany efekt osiągalny jest przez współdziałanie przekształtnika i przekaźnika bezpieczeństwa ze zwłoką czasową.

Wybór sposobu zatrzymania napędu wynikać musi z analizy ryzyka dla konkretnego przypadku i powinien prowadzić do jego minimalizacji.

Należy również pamiętać, że kategoria bezpieczeństwa i typ stopu są pojęciami różnymi i jest możliwa realizacja funkcji bezpiecznego zatrzymania praktycznie w każdej kombinacji tych dwóch elementów. A w szczególności realizacja stopu typu 1 nie obniża kategorii bezpieczeństwa!

Marek Trajdos
marek.trajdos@t-system.com.pl


kategoria: Artykuły

Oceń ten wpis:

Głosy: 3.8/10 (106 głosów)

Komentarze (0) Dodaj swoją opinię
Zostaw komentarz: