Efektivní řešení funkční bezpečnosti strojních zařízení: modulární bezpečnostní systém Sirius 3SK2

Bezpečnost strojních zařízení je nejdůležitější částí každého stroje, zařízení a systému, kde nějaká jeho část vykonává mechanický pohyb. Provozovatelé strojních zařízení proto předpokládají, že jejich instalovaná strojní zařízení splňují požadavky kladené na funkční bezpečnost. Zároveň očekávají, že jejich stroje zvládnou budoucí požadavky jen v podobě částečných úprav. Přesně takové řešení nabízejí bezpečnostní moduly typové řady Sirius 3SK, které jsou konstruovány v souladu s bezpečnostními normami pro elektrická zařízení strojů. Samozřejmostí je certifikace pro použití ve smyslu mezinárodních norem IEC 62061 a ISO 13849-1, které jsou v České republice harmonizovány jako ČSN EN 62061 a ČSN EN ISO 13849-1. Bezpečnostní relé Sirius 3SK1 a modulární bezpečnostní systém Sirius 3SK2 nebo 3RK3 zajistí výrobcům strojů a provozovatelům strojních zařízení hospodárné a efektivní řešení. Přístroje jsou součástí průmyslové bezpečnostní platformy Sirius Safety Integrated společnosti Siemens.

Bezpečnostní relé 3SK1

Při realizaci bezpečnostních funkcí jednoduchých strojních zařízení nebo menších automatizovaných technologických procesů vystačíte s bezpečnostními relé typové řady 3SK1 (obr. 1 a článek v čísle 11/2014). Jeho uvedení do provozu je mimořádně jednoduché, hospodárné. Bezpečnostní systém je připraven na plánované rozšíření nebo budoucí úpravy stroje. Maximální konfigurace bezpečnostních relé představuje až deset elektronických, popř. elektromechanických jednokanálových senzorů, tedy přístrojů snímajících požadavek na bezpečnostní funkci, a přitom lze využít až dvacet bezpečnostních výstupů. Nastavení bezpečnostních parametrů se provede z části zapojením, z části DIP přepínači na čelních panelech základního a rozšiřovacích modulů. Programové vybavení není v tomto případě nutné.

Obr. 1 Bezpečnostní moduly Sirius 3SK1 jsou vhodné k realizaci bezpečnostních částí řídicích systémů jednodušších strojních zařízení nebo menších automatizovaných technologických procesů. Vyobrazena je sestava, která se skládá z/ze (zleva): vstupního rozšiřovacího modulu, základního modulu Advanced, výstupního rozšiřovacího modulu a výkonového výstupního rozšiřovacího modulu power.

Potřebujete-li kromě bezpečnostní řídicí funkce nouzové zastavení snímané elektromechanickým spínačem, např. hřibovým tlačítkem nebo lankovým polohovým spínačem nebo monitorovat polohu ochranného krytu elektronickým RFID polohovým spínačem s tranzistorovým výstupem, nemusíte hned sáhnout po dalším základním modulu jen proto, že budou připojeny různé druhy senzorů – elektromechanický a elektronický. Výhodnější je zvolit vstupní rozšiřovací modul, který monitoruje dva jednokanálové nebo jeden dvoukanálový senzor a šetří pořizovací náklady i místo v rozvaděči. 

Modulární bezpečnostní systém 3SK2

K vytvoření většího počtu bezpečnostních funkcí, které musejí být vzájemně provázány, a k realizaci selektivního vypínání částí strojního zařízení je výhodnější využít modulární bezpečnostní systém 3SK2. Bezpečnostní výstupy mohou totiž spínat nezávisle na sobě podle vytvořené grafické parametrizace. Zároveň je možné definovat, kterými vstupními signály (senzory) budou ovládány příslušné výstupy (akční členy), na rozdíl od bezpečnostních relé 3SK1, u nichž lze v maximální konfiguraci získat 20 bezpečnostních výstupů, které však spínají současně. Realizace konceptu selektivního vypínání pomocí bezpečnostních relé 3SK1 je sice možná, avšak relativně komplikovaná.

V závislosti na rozsahu aplikace je možné zvolit buď centrální modul s deseti vstupy a dvěma tranzistorovými výstupy široký 22,5 mm, nebo centrální modul s dvaceti vstupy a čtyřmi tranzistorovými výstupy široký 45 mm. Oba centrální moduly jsou umístěny v nových krytech se stejným designem jako bezpečnostní relé 3SK1 (obr. 2). Počet výstupů se dá zvětšit pomocí stejných rozšiřovacích modulů, které se používají pro bezpečnostní relé 3SK1. Tím se snižuje počet provedení přístrojů, zjednodušuje se jejich výběr, ale i vedení skladového hospodářství a logistika. K propojení rozšiřovacích modulů se používají propojovací napájecí patice. Uživatel tak má k dispozici plný počet výstupů na centrálním modulu a s každým rozšiřovacím modulem zvětší počet bezpečnostních výstupů o čtyři. Výrobce se přitom vyvaruje chyb při zapojování a zároveň zkrátí dobu montáže.

Obr. 2 Nový design krytů přístrojů Sirius 3SK, bezpečnostní relé 3SK1 (první dva přístroje zleva) a modulární bezpečnostní systém 3SK2 v provedení 22,5 mm a 45 mm: ∃ připojovací svorky, % krytka s označením svorek, & signalizace stavů pomocí LED, ( DIP přepínače k nastavení parametrů, ) tlačítko SET / RESET k uložení nastavených parametrů, * plombovatelná krytka, + systémové rozhraní pro připojení k PC, , kód pro automatizovaný sběr dat usnadní získání dokumentace v portálu Siemens Online Support, - paměťový modul . malý displej

Užší provedení centrálního modulu 3SK2 (22,5 mm) je vybaveno interní pamětí, zatímco varianta o šířce 45 mm se dodává s externím paměťovým modulem, jenž dovoluje případnou výměnu přístroje bez použití počítače a propojovacího kabelu. Malý zobrazovač širšího přístroje umožňuje jednoduchou diagnostiku. K oběma provedením se dá připojit externí displej, který slouží k základní diagnostice stavů bezpečnostních obvodů strojního zařízení a k rychlé detekci závady. Výměna procesních a diagnostických dat s programovatelným automatem probíhá prostřednictvím komunikačního rozhraní Profibus-DP. 

Bezpečnostní vypnutí motoru

Místo výstupního rozšiřovacího modulu je možné použít bezpečnostní kompaktní spouštěč motoru 3RM1 v provedení failsafe (obr. 3). Provozní zapínání a vypínání i bezpečnostní vypnutí motoru do 7 A (3 kW, 400 V) se tak nechá řídit jedním bezpečnostním výstupem, při reverzačním spouštění dvěma výstupy. Monitorování stavu spouštěče pomocným rozpínacím zrcadlovým kontaktem (tzv. nucené vedení) jako u stykače přitom není nutné, protože spouštěče 3RM1 v provedení failsafe jsou vybaveny vlastním monitorováním stavů v souladu s požadavky na dosažení úrovně integrity SIL3 podle ČSN EN / IEC 62061, popřípadě s požadavky na úrovně vlastností PLe podle ČSN ISO 13849-1. Všechny spouštěče 3RM1 v provedení failsafe mohou spouštět a chránit proti přetížení motory určené do prostředí s nebezpečím výbuchu (certifikace ATEX). Realizace bezpečnostního řetězce „senzor – vyhodnocení – reakce“ se podstatně zjednoduší. V porovnání s tradičně zapojenými modulárními motorovými vývody je zapojení s motorovými spouštěči Sirius 3RM1 kompaktnější, protože přímý i reverzační vývod je široký 22,5 mm, jednodušší, jelikož vývod obsahuje méně přístrojů a vyžaduje méně propojování, a hospodárnější, neboť se dosáhne rychlejšího propojení s nižší chybovostí. Bezpečnostní signál pro vypnutí až pěti motorových spouštěčů se přenáší propojovacími napájecími paticemi. Další pětici spouštěčů lze připojit k dalšímu z reléových nebo tranzistorových výstupů stejného základního nebo rozšiřovacího bezpečnostního modulu. 

Obr. 3 Modulární bezpečnostní systém 3SK2 v konfiguraci 20 bezpečnostních vstupů, 4 tranzistorové bezpečnostní výstupy, 8 reléových bezpečnostních výstupů, 1 kompaktní spouštěč motorů 3RM1 failsafe (SIL 3 nebo PL e) do 7 A (3 kW, 400 V) se zvětšeným rozsahem nastavení proudu ochrany motoru proti přetížení (class 10A) a s certifikací ATEX EEx e. Zastavěná šířka v rozvaděči 122,5 mm.

Konfigurace v softwareu Safety ES

Parametrizační a diagnostický software Safety ES je společný pro bezpečnostní modulární systémy 3SK2 a 3RK3. Jste-li s bezpečnostním modulárním systémem 3SK2 spojeni v režimu online, načte se vaše hardwarová konfigurace a nemusíte ji v tomto případě vytvářet ručně. Potom stačí umístit na pracovní plochu funkční bloky požadovaných bezpečnostních funkcí, přiřadit k nim bezpečnostní vstupy a výstupy, nastavit „bezpečnostní parametry“, nebo případně propojit pomocí časovačů, čítačů, klopných obvodů anebo logických hradel s dalšími bezpečnostními a standardními signály stroje. Dalšími kroky jsou online testování s grafickým zvýrazněním testovaných obvodů, uzavření a schválení odladěné konfigurace, při němž je vygenerován jedinečný kontrolní kód měnící se při každém pokusu o změnu konfigurace, jež je uveden v protokolu pro danou hardwarovou a softwarovou konfiguraci bezpečnostního modulárního systému. Závěrečným krokem je přechod do tzv. safety módu (režimu), v němž jsou aktivní veškeré zvolené monitorovací funkce systému. Vytvořená konfigurace je chráněna přístupovými hesly. 

Aplikace

Software Safety ES obsahuje kromě funkčních bloků pro běžné bezpečnostní řídicí funkce, jako například nouzové zastavení nebo monitorování polohy ochranných krytů, také funkční bloky pro monitorování bezpečnostních podložek, bezdotykových ochranných zařízení (světelných závor nebo skenerů), přepínače režimů stroje nebo zamykání ochranných krytů.

Jednou z typických aplikací je rovněž dvouruční ovládání stroje. Pult dvouručního ovládání se kromě hřibového tlačítka nouzového zastavení skládá ze dvou elektromechanických tlačítek nebo dvou bezkontaktních kapacitních tlačítek (obr. 4), která jsou konstruována k ovládání stroje dotykem. Obsluha tedy nemusí vynaložit tlak na stisknutí tlačítka. Obě tlačítka musí být stisknuta současně s tolerancí 0,5 s, aby došlo ke spuštění příslušné funkce strojního zařízení. Poloha obou rukou obsluhy je tak během trvání nebezpečí vázána na tlačítka. K monitorování časového souběhu 0,5 s včetně křížového spojení mezi oběma kanály slouží hardwarově parametrizovatelná bezpečnostní relé 3SK1 nebo softwarově parametrizovatelné modulární bezpečnostní systémy 3SK3 nebo 3RK3.

Obr. 4 Robustní kapacitní tlačítko Sirius ACT 3SU1200-1SK10-2SA0 k ovládání průmyslových strojních zařízení dotykem prstů.Při ovládání není nutné vynaložit tlak jako u elektromechanického tlačítka, stačí se dotknout prsty. Dvě LED signalizují připojení k napájení a stav výstupního obvodu. Stupeň krytí IP89K

Konkrétní příklady zapojení a nastavení parametrů včetně vyhodnocení dosažené úrovně bezpečnosti SIL 3 podle ČSN EN 62061 a PL e ČSN EN ISO 13849-1 najdete na portálu Siemens Online Support na webové stránce https://support.industry.siemens.com/cs/ww/de/view/109479531.