Zrozumieć kategorie wg ISO 13849-1

Kategoria 120 min read

Kategoria 1

Kategoria 1 wg PN-EN ISO 13849-1 wymaga stosowania wypróbowanych zasad bezpieczeństwa, o których szczegółowo rozpisuje się norma PN-EN ISO 13849-2. Poniżej tylko kilka najbardziej popularnych zasad bezpieczeństwa. Po więcej szczegółów odsyłam do normy PN-EN ISO 13849-2.

Zestyki sprzężone mechanicznie z oddziaływaniem wymuszonym (D.2) – Stosować zestyki sprzężone mechanicznie z oddziaływaniem wymuszonym, np. do funkcji monitorowania w układach kategorii 2, 3 i 4. Co to oznacza?

W przypadku przycisków i blokad bezpieczeństwa, oddziaływaniem mechanicznym jest bezpośrednie działanie w trybie wymuszonym (direct opening action) wg IEC 60947-5-1 Annex K.

Bezpośrednie działanie w trybie wymuszonym osiąga się poprzez bezpośrednie oddziaływanie aktuatora (przycisku) na styk rozwierny NC z pominięciem elementów sprężystych.

Pominięcie elementów sprężystych powoduje, że uzyskuje się pełne otwarcie styku elementu rozwiernego NC, gdy urządzenie uruchamiające (np. przycisk) jest przemieszczane bezpośrednim ruchem wraz z zestykiem z zastosowaniem siły.

Wg K.5.2.7 IEC 60947-5-1 każdy element stykowy z bezpośrednim działaniem w trybie wymuszonym powinien być nieusuwalnie i czytelnie oznaczony na zewnątrz symbolem:

Na elementach tego typu jak na zdjęciu poniżej można taki symbol znaleźć. W poniższym przypadku jest on nad logiem SA (zauważ że występuje on obok styku NC):

W przypadku styczników i przekaźników, mamy 2 rodzaje oddziaływania mechanicznego:

  • styki o przełączaniu wymuszonym,
  • styki lustrzane.

W skrócie omówimy te 2 rodzaje sprzężenia mechanicznego.

Styki o wymuszonym przełączaniu (mechanicznie sprzężone)

Wg EN 60947-5-1 Annex L, dotyczą przekaźników pomocniczych z co najmniej jednym zestykiem zwiernym (NO) i co najmniej jednym zestykiem rozwiernym (NC), wykonanymi za pomocą środków mechanicznych w sposób uniemożliwiający jednoczesne położenie zestyków zwiernych (NO) i rozwiernych (NC) w pozycji zamknięcia.

Przekaźnik powinien być tak wykonany, aby przy zamkniętym zestyku zwiernym (NO) żaden z mechanicznie sprzężonych styków rozwiernych nie miał możliwości zamknięcia oraz, jeśli styk rozwierny (NC) jest zamknięty, aby żaden z mechanicznie sprzężonych zestyków zwiernych (NO) nie miał możliwości otwarcia. Skutki możliwych do przewidzenia uszkodzeń i/lub zużycia się części przekaźnika pomocniczego nie powinny go pozbawiać funkcji wymuszonego przełączania (mechanicznego sprzężenia).

Praca zestyków o wymuszonym przełączaniu polega na tym, że gdy jakikolwiek zestyk zwierny (NO) – z powodu defektu – nie otwiera się przy zasilonym (nie pobudzonym) przekaźniku, to żaden z zestyków rozwiernych (NC) nie powinien się zamknąć. Jeśli jakikolwiek zestyk rozwierny (NC) – z powodu defektu – nie otwiera się przy zasilonym (pobudzonym) przekaźniku, to żaden z zestyków zwiernych (NO) nie powinien się zamknąć.

Wymuszenie występuje wtedy, gdy kombinacja styków NO i NC jest wzajemnie mechanicznie tak ze sobą powiązana, że zestyki zwierne i rozwierne nie mogą być nigdy zamknięte jednocześnie. Są stosowane do samoczynnego nadzoru w obwodach sterowania maszyn. Poniżej przykład wraz symbolem (po prawej stronie), który można spotkać na urządzeniu.

Kategoria 1: Styki o wymuszonym przełączaniu

W praktyce, styki o prowadzeniu wymuszonym realizowane są za pomocą mechanicznego prowadzenia styków podczas załączania i wyłączania stycznika. Standardowy stycznik (lub przekaźnik) prowadzenie styków ma w jedna stronę. Pokazano to na rysunku poniżej. Podczas gdy cewka zostanie zasilona, przyciąga kotwicę, która powoduje, że styki NO zostaną zwarte, a styki NC rozwarte (1). Po odłączeniu zasilania cewki, kotwica wraca za pomocą sprężyny. Również za pomocą sprężyny wracają do stanu spoczynkowego wszystkie styki. Jeśli jednak dojdzie do sklejenia jakiegokolwiek styku, sprężyna, która ma za zadanie sprowadzenie styku do stanu spoczynkowego może sobie z tym nie poradzić (2).

Styki o prowadzeniu wymuszonym są tak skonstruowane, że podczas ruchu kotwicy do stanu spoczynkowego, ruch ten mechanicznie sprzężony jest ze stykami, zapewniając zwiększoną niezawodność działania elementów stykowych. Na obrazku poniżej sprzężenie te zaznaczone jest kolorem czerwonym.

Jeśli stycznik nie posiada styków pomocniczych, a ma możliwość ich zainstalowania w późniejszym etapie, tak jak na obrazku poniżej, to należy sprawdzić, czy dedykowany blok styków zapewnia wymuszone prowadzenie styków. Zdarza się, że producenci nie zapewniają dla takiego rozwiązania warunku prowadzonego wymuszenia. Przed zakupem warto spojrzeć do katalogu lub skontaktować się z producentem.

Zapewnienie warunku wymuszającego dla takich elementów realizowane jest za pomocą odpowiedniej konstrukcji połączenia bloku styków pomocniczych ze stycznikiem.

Brak warunku wymuszającego mógłby spowodować, że styki pomocnicze nie cofną się w przypadku ich sklejenia.

Przykład połączenie bloku styków pomocniczych ze stycznikiem:

Styki lustrzane

Wg EN 60947-4-1 Annex F są pomocniczymi stykami rozwiernymi, które nie mogą być jednocześnie zamknięte z głównymi stykami zwiernymi. Są one dedykowane do niezawodnego nadzoru stanu styczników.

Kategoria 1: styki lustrzane

Mechanicznie wymuszone oddziaływanie (A.2, B.2, C.2) – to wymuszony ruch mechanicznego komponentu, który pojawia się nieuchronnie na skutek ruchu innego me­chanicznego elementu składowego, zarówno poprzez bezpośredni kontakt, jak i poprzez sztywne element. Aby osiągnąć mechanicznie wymuszone oddziaływanie, wszystkie ruchome elementy mechaniczne wymagane do realizacji funkcji bezpieczeństwa powinny w sposób nieunikniony poruszać połączone elementy, np. krzywka rozwiera styki przełącznika elektrycznego, działając raczej bezpośrednio, zamiast polegać na działaniu sprężyny.

Działanie w trybie z wymuszoną aktywacją (D.2) – Mechanicznie wymuszone oddziaływanie występuje, jeśli ruchomy mechaniczny element konstrukcyjny porusza inny element konstrukcyjny poprzez kontakt bezpośredni lub poprzez sztywne elementy. Przykładem jest wymuszone rozwarcie zestyków urządzeń przełączających w obwodzie elektrycznym. Bezpośrednie oddziaływanie jest przenoszone kształtem (a nie przez wytrzymałość) bez elementów podatnych, np. sprężyny pomiędzy elementem aktywującym a stykami.

Poniżej 2 przykłady, które wyjaśniają różnicę pomiędzy wymuszonym a niewymuszonym oddziaływaniem, zaczerpnięty z PN-EN ISO 14119.

Pierwszy przykład – oddziaływanie wymuszone. Trzpień utrzymywany jest przez krzywkę w stanie naciśnięcia, tak długo, jak osłona nie jest zamknięta. Po zamknięciu osłony system wyjściowy zmienia swój stan na skutek działania sprężyny powrotnej. System wyjściowy pozostaje w stanie bezpiecznym, gdy osłona nie jest zamknięta, nawet jeżeli sprężyna pęknie.

Kategoria 1: oddziaływanie wymuszone

Drugi przykład – oddziaływanie niewymuszone. Trzpień utrzymywany przez krzywkę w stanie naciśnięcia, tak długo, jak osłona jest zamknięta. Po otwarciu osłony system wyjściowy zmienia swój stan na skutek działania sprężyny powrotnej. Jeżeli sprężyna pęknie, system wyjściowy może przejść do stanu niebezpiecznego, nawet gdy osłona nie jest zamknięta.

Kategoria 1: oddziaływanie niewymuszone

Minimalizowanie możliwości wystąpienia defektów (D.2) – polega na oddzieleniu funkcji związane z bezpieczeństwem od innych funkcji. Łatwo do zrealizowania w przypadku sterowania opartego o konwencjonalne połączenie obwodów, niewykonalne np. w połączeniach sieciowych.

Zwiększona siła do wyłączenia (A.2, B.2, C.2) – Położenie/stan zapewniające bezpieczeństwo otrzymuje się poprzez zwiększenie siły do wyłączenia względem siły do włączenia. Np. znacznie większego stosunku powierzchni przy ruchu suwaka zaworu do położenia zapewniającego bezpieczeństwo (położenie wyłączenia) niż przy ruchu do położenia włączenia (współczynnik bezpieczeństwa).

Kategoria 1 – przykład

Najprostszy przykład funkcji bezpieczeństwa w kategorii 1 pokazano na schemacie poniżej. Porównaj ten schemat z definicją kategorii B, a łatwo zauważysz, że te wymagania kategorii B, które da się przedstawić na schemacie, zostały tu uwzględnione. Dodatkowym komponentem jest przycisk zatrzymania awaryjnego S3, który jest elementem z bezpośrednim działaniem w trybie wymuszonym, a więc wypróbowanym elementem składowym i elementem spełniającym wypróbowane zasady bezpieczeństwa. Aby stycznik K1 odpowiadał architekturze kategorii 1, powinien mieć styki o wymuszonym przełączaniu.

Kategoria 1 – przykład

Po tych kilku trudnych przykładach pokazujących popularnie stosowane wypróbowane zasady bezpieczeństwa wracamy do definicji kategorii 1 wg PN-EN ISO 13849-1.

Ostatnią rzeczą, która zostanie omówiona to wskaźniki niezawodności.

Kliknij poniżej, aby wyświetlić dalszą część artykułu