Aktuální vydání

celé číslo

07

2020

Řízení distribučních soustav a chytrá města

Měření a monitorování prostředí v budovách a venkovním prostředí

celé číslo

Nové trendy v technice bezpečnostních spínačů a zámků

Německá firma Euchner patří k předním světovým výrobcům komponent určených k zajištění bezpečnosti osob pracujících na strojních zařízeních. Klasické elektromechanické bezpečnostní spínače a zámky jsou v posledních měsících nahrazovány moderními, plně kódovanými bezpečnostními systémy, které usnadňují zákazníkům plnit požadavky nové bezpečnostní normy EN ISO 13 849-1. Přechodné období, po které je ještě možné navrhovat nová zařízení podle starší EN 954-1, bylo sice prodlouženo, avšak nebude trvat věčně.
 

Jak splnit požadavek na dva nezávislé kanály

 
Nový přístup k navrhování bezpečnostních systémů komplikuje vyloučení určitých typů závad. Pro dosažení vyšších úrovní bezpečnosti je již nezbytné používat na každém krytu nebo dveřích dva samostatné mechanické spínače s patřičným vyhodnocením zjištěných údajů. Nadále již nebude možné zabezpečit dveře pouze jedním elektromagnetickým spínačem na dveřích (byť vybaveným petlicí, která minimalizuje možnost prasknutí aktuátoru), jak se často řešil požadavek na bezpečnostní kategorii 3 podle EN 954-1. Instalace a seřizování více mechanických prvků na jedněch dveřích nejsou jednoduché, nabízí se tedy myšlenka splnit požadavky na dva nezávislé kanály pomocí elektroniky, kterou lze zdvojit relativně snadno.
 
Moderní spínače a zámky využívají bezkontaktní princip transpondéru – nahrazují tedy mechanické kódování dané tvarem aktuátoru kódováním elektronickým. Každý aktuátor obsahuje transpondér (nosič dat) s unikátním číselným kódem, elektronika spínače signál ze čtecí hlavy vyhodnocuje dvěma nezávislými procesory, které se navzájem kontrolují. Výstupy spínače jsou obvykle polovodičové, vnitřně bezpečné, chráněné vlastními testovacími pulzy, které odhalí jejich případné nechtěné spojení mezi sebou, popř. zkraty na zem nebo na napájecí napětí. Zákazník tedy za své peníze nedostává jen pouhý elektromagnetický spínač, ale kompletní bezpečností systém odpovídající úrovni vlastností (Performance Level) PLe podle EN ISO 13849-1.
 

Bezkontaktní bezpečnostní spínače CES

 
Firma Euchner nabízí bezpečnostní prvky založené na bezkontaktním transpondéru pod názvem CES již více než dvanáct let. Miniaturizace umožnila významně zmenšit prostor potřebný pro elektroniku spínačů, ta se nyní již běžně integruje přímo do jejich těla. Kromě spínačů, kde se princip transpondérů používá již delší dobu, jsou zákazníkům nabízeny i unikátní dveřní zámky a moduly, které umí dveře i zamknout, a zabránit tak přístupu osob do prostoru, dokud nebezpečí trvá. Některé typy nyní blíže představíme. Základním prvkem celé řady jsou spínače CES-AR (obr. 1), používané tam, kde není nutné dveře či kryty zamykat. Obecně jsou vhodné k rychlému zastavení nebezpečného stroje, např. robotu – než se člověk přes dveře dostane do nebezpečného místa, stroj stojí. Oproti klasickým mechanickým spínačům odpadá přesné seřizování dveří, aktuátor může být vzhledem ke středu čtecí hlavy vyosen i o více než 20 mm, aniž by byla narušena funkce spínače. Také odolnost proti neoprávněné manipulaci je nesrovnatelně větší – spínač reaguje jen na předem naučený číselný kód jediného aktuátoru. Pouzdro spínače má tvar kompaktní kostky, jeho tělo i s aktivní plochou lze natáčet do pěti směrů. Navíc je vybaveno dvěma indikátory LED, které signalizují stav výstupů, popř. poruchový stav spínače.
 

Zámek CET-AR pro zabezpečení krytů

 
Pro stroje s dlouhým doběhem nebo tam, kde je třeba bezpečnostní kryt zamykat, aby při jeho neoprávněném otevření nebylo poškozeno zařízení nebo výrobek, jsou vhodné bezpečnostní zámky typu CET-AR (obr. 2). Mechanický aktuátor je nahrazen velmi robustním zamykacím kolíkem (snese sílu 5 000 N, což je více než dvojnásobek mechanické odolnosti běžných elektromagnetických zámků), v jehož špičce je uložen transpondér. Při zavření krytu zapadne odpružený kolík po najížděcí rampě do zamykací prohlubně, a tím se transpondér dostane do aktivní zóny čtecí hlavy integrované v zámku. Při požadavku na odemčení vytlačí vestavěný elektromagnet kolík nad úroveň prohlubně a dveře je možné otevřít. Zámek lze vybavit mechanickým odblokováním, a to jak z přední strany, tak i zevnitř, z chráněného prostoru. Protože zámek CET-AR vyhovuje PLe podle EN ISO 13849-1 sám o sobě (není třeba druhý spínač pro vytvoření druhého kanálu), lze jím snadno zabezpečit kryt. Zámek má funkci monitorování uzamčení. V jednodušších případech není dokonce ani třeba bezpečnostní relé, zámek totiž bezpečnostní relé kategorie 4 obsahuje – k němu je možné připojit tlačítko monitorovaného startu a zpětnou vazbu od stykačů. Dokáže také detekovat poruchové stavy a zkraty na výstupech.
 

Vícefunkční dveřní modul MGB

 
Zcela unikátní je dveřní modul MGB (obr. 3), který nejen plní funkce bezpečnostní, ale může být použit i jako ovládací panel. Funkčně vychází ze zámku CET, ale jeho mechanické provedení je přizpůsobeno pro použití na dveřích. Obsahuje však dvě čtecí hlavy a dva aktuátory integrované v zamykacím kolíku. Signály indikující uzavření a uzamčení dveří jsou tedy naprosto samostatné. Při jeho srovnání s klasickým řešením je zřejmé, že nahrazuje dveřní zámek, dodatečný bezpečnostní spínač, petlici, systém pro nouzové opuštění nebezpečného prostoru a bezpečnostní relé. Vše je integrováno v jednom zařízení, včetně vnější kliky. Volitelně lze instalovat i vnitřní kliku, která je určena k nouzovému otevření dveří zevnitř chráněného prostoru. Velmi jednoduchá je také montáž – místo instalace několika komponent stačí dvěma šrouby upevnit modul MGB do středové drážky v hliníkovém profilu. Všechny důležité části MGB jsou kovové, snesou tedy hrubé zacházení – blokovací síla je 200 N, modul vydrží bez poškození úder o energii až 300 J. Zamykací mechanismus toleruje i nepřesnou montáž dveří, v horizontálním i vertikálním směru až o ±4 mm.
 
Dveřní modul MGB lze objednat i ve verzi, která je vybavena až čtyřmi ovládacími prvky. Mohou to být tlačítka, indikátory, přepínače na klíček, nebo dokonce i tlačítko nouzového zastavení. Vše je vyvedeno do svorkovnice nebo konektoru, a může tedy být nadřazeným PLC libovolně použito. Tyto ovládací prvky mohou být použity např. jako tlačítka při žádosti o otevření dveří a pro potvrzení signálkou. Není tedy nutné vedle dveří instalovat další dodatečnou plastovou rozvodnici, vše lze vyřešit jednotným provedením modulů MGB. V rozsáhlých bezpečnostních řešeních je možné navíc instalovat dodatečné moduly obsahující další ovládací prvky (obr. 4).
 

Řetězce spínačů a zámků

 
Všechny představené spínače a zámky obsahují kompatibilní elektroniku, která usnadňuje jejich sériové řazení do řetězců (pomocí standardních senzorových kabelů s konektory M12 a Y-rozdvojkami) při dodržení vysoké úrovně bezpečnosti (PLe nebo PLd podle počtu připojených spínačů). Celý řetězec sestavený z libovolné kombinace spínačů, zámků nebo modulů MGB se vyhodnotí jediným bezpečnostním relé nebo PLC. To je naprosto zásadní rozdíl oproti sériovému řazení kontaktů několika klasických elektromagnetických zámků, kde za určitých okolností (např. ulomí-li se aktuátor nebo spínací hlava u dveří, které se nepoužívají často) nelze zaručit detekování poruchy u každého jednotlivého spínače nejpozději při startu dalšího cyklu stroje a kromě toho není zabráněno restartu stroje při výpadku bezpečnostní funkce. Proto nelze hovořit o kategorii bezpečnosti 3 podle EN 954-1, jak dnes mnoho uživatelů předpokládá, nýbrž o kategorii 1.
 
Představme si, že jsou dvoje dveře zabezpečeny spínači zapojenými v sérii. U dveří 1 se zalomí aktuátor uvnitř spínací hlavy, takže spínač neustále hlásí zavřené dveře. Pracovník otevře dveře 2, stroj se zastaví a on uvnitř pracuje. Mezitím jiný pracovník otevře dveře 1. Stroj již stojí, takže nefunkčnost spínače nepozná a vejde dovnitř. První pracovník práci dokončí, vyjde ven, zavře dveře 2. Stroj se rozběhne a může zranit nic netušícího člověka, který vešel dveřmi 1.
 
Výhodou moderních transpondérových spínačů je to, že neustále dynamicky testují přítomnost aktuátoru čtením jeho číselného kódu – zde nemůže nastat žádná obdoba popsané situace se zalomeným mechanickým aktuátorem. Ztráta bezpečnostní funkce každého ze spínačů je ihned detekována. A to je pravý důvod, proč se zamyslet nad tím, zda již nenastal čas opustit roky ověřené a používané cenově výhodné řešení s klasickými elektromagnetickými zámky a spínači, když už je k dispozici novější technika zajišťující bezpečnostní standard lépe odpovídající současné době.
Ing. František Blažek,
 
Obr. 1. Bezpečnostní spínač CES-AR
Obr. 2. Bezpečnostní zámek CET-AR
Obr. 3. Bezpečnostní dveřní modul MGB
Obr. 4. Bezpečnostní dveřní modul MGB s rozšiřujícím ovládacím panelem