Bezpieczeństwo procesów produkcyjnych

Finder to wiodący europejski producent przekaźników elektromagnetycznych, czasowych i gniazd od 1954 r. Nasze doświadczenie w branży i ścisła specjalizacja powodują, że dostarczamy asortyment unikalny pod względami technicznymi, dzięki czemu odbiorcy mogą liczyć na wysoką sprawność i bezpieczeństwo instalowanych podzespołów. Procesy produkcyjne to część branży, w której można zauważyć naszą obecność w różnych aplikacjach przemysłowych, spożywczych, energetyce itp. Rozwój technologii sprawił, że dążymy do zwiększenia wydajności procesów, ich efektywności w czasie oraz eliminowania związanych z nimi zagrożeń. Projektując komponenty, od początku zwracamy też szczególną uwagę na detale, wprowadzając szereg udogodnień w prefabrykacji rozdzielnic, zwiększając niezawodność i bezpieczeństwo oraz trwałość mechaniczną i elektryczną.

Przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyków (sprzężonych mechanicznie)

Przekaźniki z mechanicznie sprzężonymi zestykami to jedno z pierwszych rozwiązań w dziedzinie monitorowania czujników i urządzeń wykonawczych procesów produkcyjnych. Ich zastosowanie w obrębie systemów bezpieczeństwa gwarantuje 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 pozostaje zabezpieczony przed otwarciem – i odwrotnie. Ta cecha wykorzystywana jest np. do wykrywania błędów. Pozwala zwłaszcza na wykrywanie groźnych błędów, np. sklejenia zestyku, co gwarantuje wysoki stopień bezpieczeństwa.

 

Rys. 1. Przekaźnik z mechanicznie sprzężonymi zestykami serii 50. Alternatywny wybór położenia zestyków (przy zwieraniu/rozwieraniu) z wymuszonym przełączaniem (wymuszonym prowadzeniem) zestyków, zgodnie z normą EN 61810-3 (typ B)

Przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyku, realizujące zadania bezpiecznego monitorowania funkcji maszyn i instalacji, oparte są na technologii regulowanej w dyrektywie 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 firmy Finder jest sklasyfikowana jako typ B. Finder w swojej ofercie ma 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 SIL 3 zgodnie z normą EN 62061.

 

Rys. 2. Przekaźnik modułowy serii 7S z dwoma, trzema, czterema lub sześcioma połączonymi mechanicznie zestykami, do aplikacji bezpieczeństwa do poziomu SIL 2 (zależnie od typu)

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 produkcji Finder istnieje możliwość oszacowania następującej relacji:

gdzie:

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

Wartość B_10d odnosi się do niebezpiecznych uszkodzeń i jest pochodną wartości B₁₀, zgodnie z zależnością:

gdzie:

• Nd – jest ilością niebezpiecznych uszkodzeń zarejestrowanych na dziesięć testowanych przekaźników.

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

Przykład

Przekaźnik serii 40.31, przełączający prąd 10 A
obciążenia rezystancyjnego przy 250 V_AC,

 

Rys. 3. Trwałość łączeniowa (dla AC) w funkcji prądu na zestykach

z częstotliwością pracy 10 cykli na godzinę:

• z wykresu na rys. 3 - przedstawiającego zależność trwałości łączeniowej (dla AC) w funkcji prądu na zestykach – odczytujemy oczekiwaną trwałość elektryczną, która wynosi 200 tys. cykli i w dalszych obliczeniach traktujemy ją jako równoważną parametrowi B₁₀;
• wartość parametru MCTF (średnia ilość cykli do uszkodzenia) wynosi:

parametr MTTF (średni czas do awarii) obliczamy z następującej zależności:

dokonujemy estymacji parametru B_10d zgodnie z poniższym wzorem:

Podsumowanie

W artykule przedstawiono profesjonalne rozwiązania automatyki przekaźnikowej z ukierunkowaniem na przekaźniki z wymuszonym prowadzeniem zestyków produkcji firmy Finder. Zastosowanie opisanych rozwiązań w układach sterowania procesami produkcyjnymi odgrywa znacząca rolę w zagwarantowaniu ich bezpieczeństwa. Szczególną uwagę poświęcono parametrom i wskaźnikom, które pozwalają na oszacowanie niezawodności komponentów. Na ich podstawie istnieje możliwość odpowiednio wczesnej kontrolowanej ingerencji w układ sterowania, w celu zapewnienia wysokiego wskaźnika bezpieczeństwa procesów produkcyjnych.

Łukasz Fryska

Finder Polska Sp. z o.o.
www.findernet.com/pl/polska