E-Stop: realizacja funkcji bezpieczeństwa z użyciem przekaźnika GSR SI

Ocena bezpieczeństwa: Cat. 3 PLd wg ISO 13849-1

Opis funkcji bezpieczeństwa

Trzy przyciski E-stop są połączone szeregowo z jednowejściowym przekaźnikiem bezpieczeństwa Guardmaster. Jeden kanał przechodzi przez trzy wyłączniki E-stop pomiędzy wyjściem impulsowym S11 i wejściem S12, a drugi kanał poprowadzony jest pomiędzy wyjściem impulsowym S21 i wejściem S22. Przekaźnik bezpieczeństwa monitoruje strumień impulsów na każdym wejściu, aby potwierdzić, że każdy kanał E-stopu jest w odpowiednim stanie.

Po naciśnięciu dowolnego przycisku E-stop te dwa obwody są przerywane. Przekaźnik bezpieczeństwa Guardmaster SI reaguje na to przerwanie obwodu, otwierając styki bezpieczeństwa (13,14 i 23,24), co odłącza zasilanie cewek K1 i K2. Po odłączeniu zasilania niebezpieczny ruch zostaje zatrzymany (kategoria zatrzymania 0). Niebezpieczny ruch nie może zostać uruchomiony, dopóki nie zostanie zwolniony E-stop, a następnie przycisk resetowania nie zostanie naciśnięty i zwolniony.

Aby potwierdzić prawidłowy stan dwóch styczników bezpieczeństwa 100S przed zezwoleniem na uruchomienie lub zresetowanie, przeprowadzono zasilanie 24 V szeregowo przez styk pomocniczy N.C. na każdym styczniku 100S do przycisku RESET przekaźnika bezpieczeństwa Guardmaster SI. Jeśli styk bezpieczeństwa jednego lub obu styczników 100S zostanie sklejony, odpowiedni pomocniczy styk N.C. pozostanie otwarty, co spowoduje przerwanie obwodu 24 V do przycisku Reset.

W omawianym przykładzie zastosowania GSR SI skonfigurowany jest z użyciem ręcznego resetu. Gdy wejścia E-stop są w prawidłowym stanie, a dwa styczniki 100S są prawidłowo odłączone od zasilania, naciśnięcie i zwolnienie przycisku RESET powoduje, że GSR SI zasila dwa styczniki bezpieczeństwa 100S. Jeśli przycisk RESET zostanie naciśnięty na krócej niż 0,250 sekundy, lub dłużej niż 3 sekundy, przekaźnik bezpieczeństwa nie zostanie zresetowany. Funkcja ta zapobiega niezamierzonemu zresetowaniu i uniemożliwia „przywiązanie” przycisku Reset.

Dlaczego PLd, a nie Ple?

Impulsowe wyjścia przekaźnika GSR SI (zaciski S11 i S21) są prowadzone oddzielnie przez ciągi styków E-stop (E-stop 1 do E-stop 2 do E-stop 3) odpowiednio do zacisków wejściowych S12 i S22 (czyli mamy tu połączenie szeregowe). Taka konfiguracja umożliwia przekaźnikowi bezpieczeństwa wykrywanie luźnego przewodu, zwarcia do 24 V, zwarcia do GND i usterek międzykanałowych (ze względu na zastosowanie wyjść testujących S11 i S21).

Istnieje jednak możliwość, że np. jeden ze styków w jednym z wyłączników E-stop może zostać uszkodzony np. poprzez sklejenie, a awaria ta może zostać zamaskowana przez działanie innych wyłączników E-stop. Jest to maskowanie błędu polegające na tym, że wejścia testujące powinny otrzymać sygnał w tym samym czasie. Jeżeli w przycisku E-stop jeden z zestyków zostanie sklejony i nie rozwarty w czasie wciskania przycisku, to zwolnienie tego przycisku nie pozwoli na uruchomienie maszyny, dlatego że wejścia S12 i S22 nie otrzymały sygnału w tym samym czasie. Jeżeli jednak operator po tym działaniu wciśnie i zwolni drugi przycisk, to awaria pierwszego przycisku zostanie zamaskowana (przekaźnik otrzyma sygnały na wejścia S12 i S22 w tym samym momencie).

Raport techniczny ISO/TR 24119 wskazuje, że PL e nie jest dozwolone dla urządzeń z zestykami bezpotencjałowymi połączonymi szeregowo. Maksymalnie można osiągnąć PLd, dlatego taką właśnie ocenę otrzymał nasz układ.

Takie maskowanie zmniejsza efektywne pokrycie diagnostyczne (DCAvg) każdego wyłącznika awaryjnego. Ta niższa wartość DCAvg zmniejsza maksymalny poziom wydajności każdego z trzech wyłączników bezpieczeństwa E-stop do PLd, a struktura kategorii staje się CAT 3 (ponieważ tylko niektóre usterki zostaną wykryte).

Działanie funkcji RESET

Guardmaster SI reaguje na wejścia E-stop i wykryte usterki obwodu E-stop, otwierając swoje styki bezpieczeństwa (13,14 i 23,24), a to działanie odłącza cewki K1 i K2. Przekaźnika nie można zresetować, dopóki wyłącznik awaryjny nie zostanie zwolniony lub usterka nie zostanie usunięta.

Przekaźnik monitoruje (wejściem S34) również styczniki 100S pod kątem zgrzanych styków poprzez sprzężenie zwrotne z dwóch styków N.C. w szeregu, po jednym z każdego 100S, w obwodzie resetowania. Jeśli styk 100S jest zgrzany, styk N.C. pozostaje otwarty, co przerywa obwód resetowania.

Schemat połączeń elektrycznych

Materiały dodatkowe

Zachęcamy do zapoznania się z materiałami uzupełniającymi niniejszą treść. Ten wpis powstał na bazie noty aplikacyjnej, która bardzo dokładnie opisuje aplikację. Podobnych not jest oczywiście więcej i jest spora szansa, że mamy gotowe rozwiązanie do Twojej aplikacji. Możesz to sprawdzić kontaktując się z nami lub przeglądając przygotowany przez inżynierów Rockwell Automation: safety-at999_-en-p.xlsx

Dokumentacja

• Pełna nota aplikacyjna zawierająca między innymi projekt do programu SISTEMA (walidacja): E-stop String Safety Function Application Technique
• Instrukcja podłączenia przekaźnika SI: https://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/in/440r-in042_-mu-p.pdf