Безопасность на рабочем месте - важный аспект при организации любого технологического процесса, где используется человеческий труд. Выбор соответствующих элементов и их конфигурация позволяет снизить риск возникновения опасностей в рабочем пространстве машины.
Одним из основных защитных элементов являются реле безопасности. В их задачи входят отключение электропитания в случае возникновения ситуации, угрожающей жизни или здоровью оператора или повреждения машины, механизма или установки.
Вначале был контактор
Цепи безопасности изначально были реализованы с использованием одного электромеханического контактора (пускателя) с исполнительным механизмом безопасности, подключенным к силовой цепи. Однако это решение не обеспечивало полной защиты в случае повреждения контактора, например, залипания его контактов. Тогда, несмотря на нажатие предохранительного выключателя, машина могла продолжать движение.
Одним из решений этой проблемы было добавление в схему дополнительного контактора, что снизило вероятность ошибки. Это позволило повысить надежность системы, но что делать, если другой компонент цепи безопасности был поврежден?
Образец контактора Schneider Electric. Источник: Schneider Electric
Вместо контактора - реле!
В ответ на этот вопрос были разработаны электронные устройства, оснащенные как минимум двумя реле и микропроцессорной системой, то есть так называемыми реле безопасности. Их конструкция позволяет не только исключить риски, связанные с использованием одного контактора, но и позволяет контролировать состояние устройств ввода и вывода.
Устройство и работа реле безопасности
В типовой конструкции реле безопасности используется классическая комбинация 3 контакторов. Такое резервирование системы обеспечивает повышенную надежность устройства. Два реле К1 и К2 с контактами, управляемыми положительным потенциалом, обеспечивают безопасное переключение контактов.
Каждый из них возбуждается одной из двух входных цепей S11 / S12 и S21 / S22. Работа этих цепей определяется не только сигналом, подаваемым на их выводы, но и так называемым "Стартовый сигнал". Между его выводами Y1 и Y2 находится цепь контроля, которая проверяет положение исполнительных механизмов и позволяет их включать или выключать через контакты безопасности.
Схематический пример реле безопасности Preventa XPSAF13AP. Источник: Schneider Electric
Итак, как это работает?
После включения питания устройство выполняет серию самотестирования. Сначала проверяются устройства ввода. Если их цепи замкнуты, это означает, что достигнуто безопасное состояние.
Затем проверяются устройства вывода. Когда они также подтверждены, реле безопасности ожидает сигнала пуска, при получении которого активируются выходные устройства. Также активируются защитные функции устройства, и реле готово к реализации выбранной функции безопасности.
Что такое конечный выключатель и как его согласовать с системой безопасности машины?
Концевой выключатель (более правильное название конечный выключатель либо путевой выключатель) - это элемент системы безопасности машины, который запускает сигнал, который останавливает, блокирует или выключает машину.
Сигнал должен запускаться элементом, ограничивающим машину, например, охраной. Конечный выключатель следует выбирать и подключать таким образом, чтобы при открытии крышки на активатор оказывалось давление.
Для обеспечения безопасности необходимо использовать как минимум два конечных выключателя для защиты любого элемента.
Сохранение резервирования в этом случае является необходимым условием правильно спроектированной системы безопасности машины.
Благодаря двум конечным выключателям вы уменьшите коэффициент события, а также обнаружите, когда один из конечных выключателей работает некорректно, например, из-за заклинивания.
Пример подключения конечного выключателя, источник Schneider Electric
Для чего нужна синхронизация входов в реле безопасности?
Это функция, которая контролирует работу реле. Это делает дальнейшую работу реле зависимой от активации входов в соответствующий интервал времени.
В случае режима 2 с / 4 с, если сработал конченый выключатель S1, конечный выключатель S2 должен быть активирован в течение 2 секунд, иначе будет выдано сообщение об ошибке. Однако, если переключатель S2 активируется первым, у переключателя S1 есть 4 секунды для срабатывания.
В режиме 0,5 с функция работает аналогично, только время в обоих случаях ограничено 0,5 с. Синхронизация очень полезна, потому что она снижает риск случайного срабатывания системы безопасности - например, из-за того, что ограждение не закрывается должным образом.
Сброс ошибки требует отключения обоих конечных выключателей и повторного включения, так что на практике - полное открытие и закрытие крышки.
Схема подключения конечных выключателей к реле безопасности XPSUAF13AP, источник: ASTOR
Как видите, подключить конечные выключатели очень просто - сложнее выбрать сам конечный выключатель и настроить реле с точки зрения оптимизации работы системы безопасности.
Реле безопасности в шкафу управления. Источник: Schneider Electric
Защитные функции систем безопасности
В зависимости от потребностей приложения системы безопасности могут выполнять множество защитных функций. Для конкретных приложений требуется соответствующая конфигурация логического устройства и компонентов системы. Возможные функции безопасности включают:
- контроль цепей аварийной остановки, для которых входным устройством чаще всего является выключатель аварийной остановки; контроль доступа в опасную зону через такие элементы, как защитные замки и засовы, световые завесы, сканеры, маты или разрешающие устройства;
- управление и ограничение скорости движущихся частей с помощью датчиков, контролирующих частоту вращения или остаточного напряжения на клеммах двигателя, или сканеров безопасности или кнопок, которые замедляют движение машины;
- контроль границ безопасности с указанием, среди прочего, перемещение элементов машины или манипулятора робота с помощью сканеров безопасности с определенной безопасной рабочей зоной.
Preventa XPS - универсальное реле безопасности с функцией E-STOP. Источник: ASTOR
Реле безопасности используются в каждой из упомянутых выше функций. Очень часто они являются ядром таких систем, реализуя часть, отвечающую за анализ и логическую работу. Они широко используются в машинах благодаря своей компактной конструкции и высокой надежности.
Среди реле безопасности мы можем найти однофункциональные и многофункциональные устройства, которые обычно позволяют контролировать до трех различных функций безопасности. Это означает, что в дополнение к классическим функциям аварийной остановки и блокировки они также могут контролировать световую завесу, магнитный переключатель или защитные коврики.
Реле безопасности и контроллер безопасности
Иногда использования традиционных реле безопасности может быть недостаточно. Высокая сложность приложения и системы безопасности делает их использование обременительным или даже невозможным.
Программируемые реле безопасности, то есть контроллеры безопасности, используются для реализации более крупных и сложных систем.
В то время как отдельное реле используется в стандартной комплектации для каждого устройства, контроллеры позволяют заменять до десятка из них, экономя место в шкафу управления. Кроме того, они используют управляющую программу для управления процессами, которые можно изменить или исправить в любое время без восстановления периферийных устройств.
Центральный блок контроллера безопасности Astraada Safety. Источник: ASTOR
Программируемые реле безопасности состоят из модулей ввода и вывода и центрального блока. ЦП выполняет алгоритм управления, хранящийся в памяти, на основе данных, считываемых модулями ввода.
Затем управляющие сигналы отправляются на модули вывода, задача которых - передать их соответствующим исполнительным механизмам, подключенным к релейным выходам. Их программирование может быть выполнено с компьютера с использованием соответствующей программы или с помощью встроенной клавиатуры и дисплея.
Короче говоря, контроллеры безопасности - это устройства, которые позволяют реализовать больше функций безопасности, чем отдельные реле. Чаще всего они встречаются в передовых системах безопасности, где необходимы высокоразвитая связь и обмен данными.
Широкий ассортимент представленных на рынке товаров позволяет подобрать логическое устройство под конкретный проект, обеспечивая не только безопасность станка, но и позволяя оптимизировать затраты на его изготовление и сроки реализации.