Bezpieczeństwo procesów produkcyjnych

Rozwiązania automatyki przekaźnikowej, a bezpieczeństwo procesów produkcyjnych

Artykuł poświęcony jest wybranym profesjonalnym rozwiązaniom automatyki przekaźnikowej, które znajdują zastosowanie w procesach produkcyjnych i obwodach bezpieczeństwa. Poświęcę uwagę kilku zasadniczym kwestiom zarówno z punktu widzenia zachowania ciągłości i bezpieczeństwa procesu jak i unikania ewentualnych usterek.

Dobór komponentów na etapie projektowania i wdrożenia linii technologicznych to jedno z kluczowych działań w całym procesie. Prawidłowo dobrane komponenty pozwolą zachować wysoką sprawność, bezpieczeństwo i wydajność konstruowanych maszyn czy urządzeń.

Finder to wiodący europejski producent przekaźników elektromagnetycznych, czasowych i gniazd. Bogate doświadczenie firmy w branży i ścisła specjalizacja powoduje, że dostarczany asortyment jest unikalny pod względami technicznymi dzięki czemu nasi odbiorcy otrzymują wysoką sprawność i bezpieczeństwo instalowanych komponentów. Procesy produkcyjne to część branży, w której zauważalna jest obecność firmy m.in. w aplikacjach przemysłowych, spożywczych, energetyce itp.

Rozwój technologii sprawił, że dążymy do zwiększenia wydajności procesów, bezpieczeństwa oraz ich efektywności w czasie. Projektując komponenty od początku zwraca się szczególną uwagę na detale wprowadzając szereg udogodnień w prefabrykacji rozdzielnic, zwiększając niezawodność i bezpieczeństwo oraz trwałość mechaniczną i elektryczną.

Przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyków (zestyki sprzężone mechanicznie)

Przekaźniki z mechanicznie ze sprzężonymi zestykami to jedno z pierwszych rozwiązań w dziedzinie bezpiecznego monitorowania czujników i urządzeń wykonawczych procesów produkcyjnych. Ich zastosowanie w obrębie systemów bezpieczeństwa gwarantuje ich funkcjonalne bezpieczeństwo i niezawodność oraz przyczynia się do podniesienia standardów bezpieczeństwa w środowisku pracy. Idea bezpieczeństwa polega na tym, że co najmniej jeden zestyk NO i jeden zestyk NC są sprzężone mechanicznie (z wymuszonym prowadzeniem). Tak więc jeśli jeden z zestyków jest otwarty, to drugi jest zabezpieczony przed otwarciem (i odwrotnie). Ta cecha wykorzystywana jest np. do wykrywania błędów. Pozwala to na wykrywanie niebezpiecznych błędów np. sklejenie zestyku, co gwarantuje wysoki stopień bezpieczeństwa.

Przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyku realizujące zadania bezpiecznego monitorowania funkcji maszyn i instalacji oparte są na technologii regulowanej w dyrektywnie maszynowej EN 61810-3(wcześniej EN 50205). Dyrektywa opisuje ich dwa typy:

• Typ A: wszystkie zestyki mają wymuszone prowadzenie
• Typ B: niektóre zestyki mają wymuszone prowadzenie.

Zgodnie z powyższą normą w układach z zestykami przełączanymi tylko NO jednego bieguna i NC drugiego bieguna mogą być realizowane jako zestyki z wymuszonym prowadzeniem. Ponieważ w takim układzie występują również inne zestyki seria przekaźników 50.12 produkcji Finder jest sklasyfikowana jako typ B. Firma w swojej ofercie posiada wykonania serii 50 i wszystkie wykonania serii 7S, które są skategoryzowane również jako typ A.

Zagwarantowany poziom bezpieczeństwa obliguje przekaźniki serii 7S również do zastosowań w aplikacjach SIL 2 zgodnie z EN 61508. Oferta produktów Finder w zakresie przekaźników z mechanicznie sprzężonymi zestykami wzbogaciła się o rozwiązania przystosowane do pracy w aplikacjach SIL3 zgodnie z normą EN 62061.

Główne obszary zastosowań przekaźników z mechanicznie sprzężonymi zestykami to:

• łączenia pomiędzy obwodami o różnych napięciach
• realizacja separacji elektrycznej
• powielenia styków w obwodach bezpieczeństwa
• maszyny przemysłowe
• branża windowa
• moduły bezpieczeństwa
• bariery bezpieczeństwa
• aplikacje kolejowe

Niezawodność komponentu

W projektowaniu systemów kontroli bezpieczeństwa procesów produkcyjnych należy uwzględnić niezawodność komponentów. Najbardziej przewidywane uszkodzenie przekaźnika wynika ze zużycia styku podłączonego do obciążenia. W oparciu o normę EN 61810-2 przekaźniki należą do komponentów nienaprawialnych, co należy wziąć pod uwagę przy szacowaniu statystycznego prawdopodobieństwa wystąpienia niebezpiecznych awarii systemu na godzinę.

Jeśli uszkodzony przekaźnik zostaje wymieniony, jego parametr MTTF (średni czas do awarii) można traktować do kalkulacji jako parametr MTBF (średni czas między awariami) dla urządzenia. Mechanizm zużywania i wypalania styków przekaźnika można wyrazić w kategoriach MCTF (średnia ilość cykli do uszkodzenia). Znając częstotliwość pracy f (częstość cykli wyrażoną w cyklach na godzinę) przekaźnika w urządzeniu, liczbę cykli można przekształcić w odpowiedni czas (wyrażony w godzinach) podając efektywną wartość MTTF dla danego przekaźnika w aplikacji:

gdzie:
MTTF – średni czas do awarii
MCTF – średnia ilość cykli do uszkodzenia
f – częstotliwość cykli wyrażona w cyklach na godzinę

Trwałość elektryczna zestyku przekaźnika Finder może być interpretowana jako wartość liczbowa przekaźnika B10 którą należy szacować jako statystyczne 10% fraktalu czasu życia (spodziewany czas, w którym zawiodło 10% populacji). Dla przekaźników Finder istnieje możliwość oszacowania następującej relacji:

gdzie:
MCTF – średnia ilość cykli do uszkodzenia
B10 – spodziewany czas, w którym zawiodło 10% populacji

Wartość B10d odnosi się do niebezpiecznych uszkodzeń i jest pochodną wartości B10 zgodnie z zależnością:

gdzie:
Nd - jest ilością niebezpiecznych uszkodzeń zarejestrowanych na 10 testowanych przekaźników

Precyzyjne wartości uzyskuje się dla przetestowanych min. 10 przekaźników. Dla przekaźników produkcji Finder można zastosować przybliżenie: