Aktuální vydání

celé číslo

11

2019

Využití robotů, dopravníků a manipulační techniky ve výrobních linkách

Průmyslové a servisní roboty

celé číslo

Bezpečnostní spínače

číslo 4/2004

Bezpečnostní spínače

V článku je popsána problematika bezpečnostních spínačů, princip činnosti, způsob vyhodnocování a normy vztahující se k této problematice.

Bezpečnostní spínače, určené především pro průmyslové použití, musejí splňovat přísné požadavky na spolehlivost a na definované chování při výpadku. Vybrat pro danou aplikaci nejvhodnější spínač není jednoduché. Při návrhu každého projektu je nutné vzít v úvahu odpovídající normy.

Novou alternativou v této oblasti jsou nedávno vyvinuté přibližovací bezpečnostní spínače od firmy ifm electronic. Přestože pracují na indukčním principu, nepotřebují speciální protikus a nejsou citlivé na znečistění.

Elektromechanická ochranná zařízení jsou ve srovnání s elektronickými levnější. Běžně jsou opatřena funkcí přidržení a s ohledem na nucené otevření kontaktů podle normy ČSN EN 60947-5-1 (Spínací a řídicí přístroje nn – Část 5-1: Přístroje a spínací ústrojí řídicích obvodů – Elektromechanické přístroje řídicích obvodů) mohou spínat relativně velké zátěže. Jejich mechanický klíč zajišťuje odolnost proti nepovolené manipulaci, nebude-li ovšem zkopírován. Montáž mechanického spínače vyžaduje velkou přesnost nastavení obou jeho částí proti sobě. Mechanické spínače nejsou odolné vůči znečištění, a proto je jejich použití v provozních podmínkách pouze podmínečné. Jejich mechanické části podléhají opotřebení, a proto je jejich životnost omezená.

Obr. 1.

Bezkontaktně pracující optoelektronické bezpečnostní spínače jsou také choulostivé na znečištění, a tudíž je jejich použití v prašném prostředí problematické. Ochranu proti nežádoucí manipulaci mají tyto spínače již samy o sobě – vyplývá z jejich principu. Všeobecně jsou vhodné k hlídání bezpečnostních zón.

Magnetické spínače jsou sice levné, ale k zabezpečení proti manipulaci potřebují přesně umístěný přídržný magnet. Vyskytují-li se v okolí spínače kovové třísky nebo drobné kovové částice, mohou být magnetem přitahovány a způsobit tím chybné spínání.

Indukční bezpečnostní spínače mají rovněž své výhody i nevýhody. K ochraně před nežádoucí manipulací potřebují stejně jako magnetické spínače vhodný protikus. Ten sice nevykazuje nevýhody magnetu, ovšem vyžaduje přesné nastavení polohy. Každý spínač je nutné paralelně propojit s vyhodnocovací jednotkou (obr. 1) nebo programovatelným automatem.

Není-li požadováno zabezpečení proti nežádoucí manipulaci, je možné pomocí dvou běžných přibližovacích spínačů realizovat redundantní systémy. Takové řešení ovšem není bez problémů; zpravidla předpokládá zvláštní přejímku spínačů příslušnou certifikační institucí. Při analýze rizik musí být brána v úvahu konstrukce použitého spínače. Kovové usazeniny, jako např. kovové perličky vznikající při svařování, mohou vést k chybnému sepnutí a způsobit ztrátu bezpečnostní funkce.

Bezpečnostní spínač odolný proti manipulaci

Příkladem indukčního bezpečnostního spínače s ochranou proti nežádoucí manipulaci je speciální spínač určený k hlídání polohy tažného lana odvíjejícího se po kladkách lanovek. Nové řešení, použité při jeho konstrukci, je základem nových typů indukčních přibližovacích spínačů. K jejich výhodám patří odolnost proti nepříznivým vnějším vlivům a velká spolehlivost. Na rozdíl od běžných indukčních spínačů nepotřebují žádný protikus, na nějž by reagovaly. Znečištění neovlivňuje jejich funkci a jejich mechanické nastavení není z hlediska přesnosti nijak významné.

Obr. 2.

Reakční oblast bezpečnostního spínače je rozdělena do tří zón. Vztaženo k běžné konstrukční oceli (ČSN 11373, resp. St37 podle DIN), odpovídá vzdálenost v rozsahu 10 až 15álenosti nad 25ínací zóně a zůstane-li v ní po určitou definovanou dobu (podle typu 0,5 až 2,5 s), sepne se taktovaný výstup bezpečnostního senzoru. Mimo tuto oblast je výstup rozpojen. Na bezpečnostní požadavek reagují senzory během 20 ms. Pokus o nežádoucí manipulaci přiložením kovového předmětu přímo na čelo senzoru nezpůsobí sepnutí, protože vzdálenost od čela senzoru je příliš malá. Standardně nejsou bezpečnostní senzory záměrně opatřeny signalizací spínacího stavu, takže bez dalších prostředků nelze zjistit, v jakém stavu se spínač nachází. Toto opatření ztěžuje nežádoucí ovlivňování senzoru.

Bezpečné vyhodnocení

Protože senzor nepoužívá speciální protikus, je možná přímá reakce na kovový prvek, který má být hlídán. Spínač může fungovat i jako počítadlo kovových součástí.

Certifikovaný bezpečnostní spínač odpovídá klasifikaci PDF-S podle normy ČSN EN 60947-5-3 Spínací a řídicí přístroje nn – Část 5-3: Přístroje a spínací prvky řídicích obvodů – Požadavky na bezdotykové přístroje s definovaným chováním v podmínkách poruchy. To znamená, že při výskytu jedné jediné chyby spínač neztratí svoje definované chování a pracuje naprosto korektně dále, nebo přejde po dané době do vypnutého stavu, v němž potom zůstane. Tak je při projektování zařízení možné s ohledem na normy ČSN EN 954-1 (Bezpečnost strojních zařízení – Bezpečnostní části řídicích systémů – Část 1: Všeobecné zásady pro konstrukci), popř. prEN 954-2 (Část 2: Validace; norma je v návrhu), vyloučit výpadek senzoru. Naproti tomu redundantní konstrukce s indukčními přibližovacími spínači, které neprošly přejímkou, vyžaduje kompletní sledování chyb a speciální technickou přejímku celého zařízení. Zkrat mezi vstupem a výstupem naruší časovou posloupnost signálu a je okamžitě rozpoznán PLC nebo vyhodnocovací jednotkou.

Obr. 3.

Jinak je tomu u indukčních senzorů, které jsou zapojeny pseudosériově (obr. 2). Tímto způsobem může být větší počet spínačů zapojen do série na jediné PLC nebo vyhodnocovací jednotku. Takové zapojení představuje úsporu nákladů na vyhodnocení a na propojovací kabeláž. Výstupní signál celé zapojené sestavy je invertován, jestliže počet bezpečnostních spínačů napojených na vyhodnocovací jednotku je lichý; je-li tento počet sudý, výstupní signál invertován nebude (obr. 3). Podle toho, zda je na vyhodnocovací jednotku napojen sudý nebo lichý počet spínačů, musí být naprogramována vyhodnocovací jednotka. Budou-li použita nově vyvinutá propojovací tzv. T-konektorová propojení (obr. 4), bude i v tomto zapojení vždy zaručeno, že signál bude invertován.

Vstupy a výstupy bezpečnostních spínačů jsou kompatibilní s ČSN EN 61131-2 (Programovatelné řídicí jednotky – Část 2: Požadavky na zařízení a zkoušky). To umožňuje generovat a vyhodnocovat signály pomocí bezpečnostního PLC nebo pomocí jednotky certifikované podle normy ČSN EN 954-1, kategorie 4. Společnost ifm electronic má k dispozici větší počet různých typů vyhodnocovacích jednotek, kterými je možné přímo ovládat např. bezpečnostní akční členy. Tyto jednotky jsou opatřeny spínacími polovodičovými výstupy. Jiné typy jsou opatřeny reléovými výstupy s nuceně vedenými kontakty a jsou vybaveny bezpečnostní funkcí nouzového vypnutí. Na základě speciálního obvodového řešení je doba reakce na iniciaci příkazu nouzového vypnutí rovna 0 až 10 ms.

Obr. 4.

Normy vztahující se k bezpečnostním spínačům

Pro samostatné bezpečnostní spínače jsou vypracovány výrobní normy, k nimž patří ČSN EN 61496-3 Bezpečnost strojních zařízení – Elektrická snímací ochranná zařízení – Část 3: Zvláštní požadavky na aktivní optoelektronická ochranná zařízení citlivá na rozptylový odraz (AOPDDR) a již zmíněné ČSN EN 60947-5-1 pro mechanické bezpečnostní spínače a ČSN EN 60947-5-3 pro přibližovací spínače s definovaným chováním v podmínkách poruchy. Norma ČSN EN 954-1 spolu s ČSN EN 292-1 Bezpečnost strojních zařízení – Základní pojmy, všeobecné zásady pro konstrukci – Část 1: Základní terminologie, metodologie a ČSN EN 292-2 +A1 Část 2: Technické zásady a specifikace vycházejí z toho, že ochranná zařízení nebudou moci být jednoduchým způsobem obcházena nebo zbavena své účinnosti (odolnost proti neoprávněné manipulaci).

Specifické normy pro zařízení s bezpečnostními spínači

Rizikový potenciál zařízení je mimo jiné analyzován v normách ČSN EN 1050 Bezpečnost strojních zařízení – Zásady pro posouzení rizika a ČSN EN 292-1. S ohledem na stanovená rizika popisuje norma ČSN EN 954-1 všeobecné zásady uspořádání bezpečnostních řídicích částí a ty rozděluje do různých kategorií. V SRN se ještě lze setkat s klasifikací AK 1 až AK 8 podle DIN V 19250 (její platnost končí v srpnu 2004). Také DIN V 19251 definuje požadavky na opatření k bezpečné funkci podle tříd. V úvahu je nutné vzít rovněž normu DIN V VDE 0801 a její změnu A1. Tyto normy stanovují zásady pro počítače v systémech určených pro bezpečnostní úkoly. Protože pojmu počítač zde bylo nutné rozumět obecně, platí uvedená norma také pro systémy s mikropočítači. Platnost již zmíněných německých norem zanedlouho také skončí. Nová evropská norma EN 61508-1 (a s ní harmonizovaná ČSN EN 61508-1 Funkční bezpečnost elektrických/elektronických/programovatelných elektronických systémů souvisejících s bezpečnos), která z nich vychází a nahradí je, rozděluje bezpečnostní prvky a systémy do kategorií SIL. Nelze rovněž pominout všeobecně platné normy pro elektrickou bezpečnost, jako např. ČSN EN 60204-1 Bezpečnost strojních zařízení – Elektrická zařízení strojů – Část 1: Všeobecné požadavky, evropskou směrnici 98/37/EU pro strojní zařízení a normy pro elektromagnetickou kompatibilitu (EMC).

Ing. Oldřich Klos,
ifm electronic

ifm electronic s. r. o.
U Křížku 571
252 43 Průhonice
tel.: 267 990 211
fax: 267 750 180
e-mail: info.cz@ifm-electronic.com
http://www.ifm-electronic.cz

Inzerce zpět