Využití prvků Eaton v pracovních strojích s ohledem na aktuální bezpečnostní normy

Společnost Eaton nabízí ucelený sortiment přístrojů pro funkční bezpečnost u strojů a strojních zařízení. Cílem těchto prvků je snížit riziko ohrožení na co nejnižší úroveň dle platných bezpečnostních norem ČSN EN ISO 13849-1 příp. ČSN EN 62061 popisujících bezpečnostní části ovládacích systémů. Uvedené normy používají různé způsoby klasifikace a definice bezpečnostních tříd a uplatňují se v závislosti na technologii, kategorizaci rizik a struktuře systému.

Pro snížení nebezpečí postupujeme v následujících krocích:

• 1. krok – zamezení nebezpečí: eliminování rizik již ve fázi plánování stroje,
• 2. krok – ochrana před nebezpečím: snížení rizik zavedením nezbytných ochranných opatření,
• 3. krok – uvedení zbývajících zdrojů: eliminace nebezpečí informováním o zbytkovém riziku.

Nemůže-li být nebezpečí vyloučeno nebo dostatečně omezeno stavební konstrukcí stroje, měla by být v druhém kroku volena ochranná zařízení, jako jsou bezpečnostní části ovládacích systémů. Tyto prvky musí být vybírány tak, aby byla minimalizována pravděpodobnost funkčních poruch. Pokud to není možné, nesmí příp. závada způsobit ztrátu bezpečnostní funkce. Bezpečnostní části ovládacích systémů jsou zahrnuty do celého řetězce bezpečnostní funkce a dělíme je do tří skupin:

• Vstup – prvky, které detekují nebezpečí (tlačítko nouzového zastavení, polohový spínač, atd.).
• Logika – prvky, které zpracovávají signál a na základě bezpečnostní funkce ho vyhodnotí (bezpečnostní relé ESR5, bezpečnostní řídicí relé easySafety).
• Výstup – prvky, které spínají a odpínají silovou část (stykače DILM, ventily, atd.).

Obecným cílem je navrhovat tyto díly tak, aby bezpečnostní funkce korespondovala s mírou snížení rizika, jak je stanoveno v analýze nebezpečí. Čím vyšší je úroveň snížení rizika, tím vyšší jsou požadavky na technické vlastnosti jednotlivých dílů a jejich monitorování. S uvedenými přístroji je tedy možné řešit bezpečnostní funkce jako např. nouzové zastavení, dvouruční ovládání, kontroly poloh pohyblivých ochranných zařízení, monitorování klidových stavů atd.


Způsob určení rizika a ověření zvolených opatření dle ČSN EN ISO 13849-1
Koncem roku 2006 byla tato norma oficiálně prohlášena jako nástupce ČSN EN 954-1. Používá tzv. úrovně vlastností (PL - Performance Level), které definují na realizaci bezpečnostních schopnosti bezpečnostních částí ovládacích systémů k vykonávání bezpečnostní funkce a jsou vyjádřeny pravděpodobností nebezpečné poruchy za hodinu. PL je rozdělen do pěti úrovní (a, b, c, d, e), kde "a" vyjadřuje nejnižší a "e" nejvyšší stupeň a tudíž i nejvyšší nároky funkcí.

V první řadě je důležité správně definovat tzv. požadovanou úroveň vlastností PLr, která bude respektovat veškeré možné nebezpečí konstruovaného stroje. K tomuto slouží výběrový diagram, jenž je součástí normy, kde výběrem závažnosti případného zranění, četnosti vystavení nebezpečí a možného vyvarování se nebezpečí docílíte požadovaného PL. Dále následuje volba bezpečnostních funkcí a použitých zařízení s tím spojených. Pomocí následujících požadavků normy lze následně ověřit, zda volba bezpečnostních částí ovládacích systémů je dostačující pro definovanou úroveň vlastností PL. Toto ověření by mělo být realizováno pro každou bezpečnostní funkci.


Identifikace struktury systému
Struktura systému je základní parametr pro dosažení úrovně vlastností PL. Udává se v pěti kategoriích od kategorie B (základní) do kategorie 4 (dvoukanálová struktura s diagnostikou). Pro každou strukturu je provedeno typické znázornění jako bezpečnostní blokové schéma. Součástí normy je také tabulka, která popisuje požadavky, systém chování a zásady používané k dosažení bezpečnosti pro danou strukturu.

Výpočet MTTFd (střední doba do nebezpečné poruchy)
Hodnota MTTFd každého kanálu je dána ve třech úrovních a musí být vzata individuálně pro každý kanál. Tento parametr lze získat od výrobce použitých bezpečnostních prvků nebo výpočtem na základě hodnoty B10d (Počet cyklů do 10% nebezpečných selhání součástí), kterou opět udá výrobce, eventuálně ji lze získat v obecných tabulkách, jenž jsou opět součástí této normy.

Určení DC (diagnostické pokrytí)
Hodnota diagnostického pokrytí je dána čtyřmi úrovněmi. Ve většině případů může být pro odhad diagnostického pokrytí použita metoda režimu poruchy a analýzy poruch (FMEA, viz IEC 60812) nebo podobné metody. Pro zjednodušení nabízí norma přílohu, ve které je DC uvedeno k jednotlivým zařízením.

Odhad pro poruchy se společnou příčinou CCF
Pro odhad poruchy se společnou příčinou se využívá tabulky, která obsahuje několik opatření s určitým počtem bodů. Pokud jsou opatření splněna, je zapsáno dané bodové hodnocení. Po součtu všech bodů musí být celková hodnota vyšší než 65. Pokud tomu tak není, je nutné opatření doplnit a proces realizovat znovu.



Blokovací zařízení ochranných krytů
V sortimentu společnosti Eaton naleznete různé řady přístrojů pro blokování ochranných krytů. Základní rozdělení je na blokovací zařízení bez přidržení a blokovací zařízení s přidržením. Blokovací zařízení bez přidržení je mechanický nebo elektrický přístroj, který povoluje ovládání stroje, pouze pokud je kryt uzavřen (např. bezpečnostní polohový spínač s odděleným ovládačem LS-ZB). Toto ochranné opatření předchází nebezpečné situaci, pokud je kryt otevřený. Otevřením krytu během provozu je dán povel k zastavení. Blokovací zařízení s přidržením povoluje ovládání stroje jen v případě, že je kryt uzavřen a uzamčen (např. bezpečnostní polohový spínač s ovládačem a přidržením LS-ZBZ). V tomto případě zůstane kryt uzamčený, dokud není vyloučeno riziko poranění nebezpečnou částí stroje (např. pomocí kontroly nulových otáček).


Nouzové zastavení
Základní bezpečnostní funkce nouzového zastavení musí předcházet nebo omezit nebezpečí, které by mohlo ohrozit zdraví obsluhy, způsobit škodu na stroji nebo pracovním materiálu. Toto nebezpečí může nastat v případě poruchy stroje kvůli špatným vlastnostem zpracovávaného materiálu nebo ho způsobí lidská chyba. Funkce nouzového zastavení se dělí do dvou kategorií.

• STOP kategorie 0 – okamžité odpojení
• STOP kategorie 1 – kontrolované zastavení

Pro tuto bezpečnostní funkci se využívá tlačítek nouzového zastavení s nuceným rozepnutím (např. tlačítka nouzového zastavení M22-PV). Vyhodnocení signálu je možné provést bezpečnostním relé ESR5 nebo easySafety a připojení / odpojení zátěže k síti stykači DILM.



Dvouruční ovládání
Dvouruční ovládání je bezpečnostní zařízení, které zabrání přístupu do nebezpečných oblastí v průběhu nebezpečného procesu. Výběr vhodného typu a konstrukce dvouručního ovládání je závislé na:

• úrovni nebezpečí,
• zhodnocení rizik,
• technologii aplikace,
• dalších vlivech, jako je prevence náhodného sepnutí nebo obcházení bezpečnostní funkce.

V této bezpečnostní funkci můžeme využít např. tlačítka M22-DP, bezpečnostní relé ESR5 nebo easySafety a stykače DILM.

Pro bezpečné zpracování vstupních informací ze senzorů, polohových spínačů, světelných závor, modulů dvouručního ovládání, tlačítek nouzového zastavení atd. využíváme bezpečnostních modulů. Firma Eaton v této oblasti nabízí elektronické bezpečnostní relé ESR5 a řídicí bezpečnostní relé easySafety. Obě řady přístrojů umožňují realizaci aplikace v souladu s nejvyššími bezpečnostními požadavky mezinárodních norem. Splňují úroveň vlastností PL e dle ČSN EN ISO 13849-1 nebo SIL CL 3 dle ČSN EN 62061.



Bezpečností relé ESR5
Elektronická bezpečnostní relé ESR5 poskytují až 4 bezpečnostní spínací kontakty a 2 pomocné kontakty v instalační šířce pouhých 22,5 mm. Po zapnutí přístroje jsou pomocí elektroniky kontrolovány bezpečnostní obvody a sepnutí je umožněno přes výstupní relé. Odpojení motoru od sítě je možné buď okamžitě (Stop kategorie 0) nebo se zpožděním (Stop kategorie 1). Pokud je vyžadováno více kontaktů, je možné použít nabízený rozšiřující modul. Samozřejmostí je jednokanálové nebo dvoukanálové řešení s nebo bez resetovací funkce a kontroly výstupních prvků.

Bezpečnostní relé ESR5 jsou určeny pro:

• kontrolu obvodů nouzového zastavení,
• monitorování bezpečnostních krytů a světelných závor,
• monitorování dvouručního ovládání,
• obvody se zpožděním.

Bezpečnostní řídicí relé easySafety
EasySafety spojuje bezpečnostní funkce a klasické řídicí funkce do jednoho zařízení. Nabízí mnoho bezpečnostních a standardních funkčních bloků, čímž nejen šetří náklady, ale zvyšuje také flexibilitu dané aplikace, protože dokáže okamžitě reagovat na měnící se požadavky. Díky vysokému počtu bezpečnostních funkčních bloků je možné toto relé využívat v širokém spektru aplikací za využití pouze jednoho zařízení.

Všechny konvenční bezpečnostní funkce jsou vybírány ze seznamu bezpečnostních funkčních bloků a sekvence je definována jednoduchým přiřazením bezpečnostních vstupů a výstupů. EasySafety obsahuje následující zpracované a otestované bezpečnostní funkční bloky.

• obvod nouzového zastavení
• kontroly zpětnovazebního modulu
• uvolňovací kontakt
• bezpečnostní kryt
• bezkontaktní bezpečnostní přístroje
• dohled nad bezpečností kotlů
• dvouruční ovládání
• nášlapný spínač
• monitorování klidového stavu
• kontroly max. rychlosti
• přepínač provozního režimu
• bezpečnostní časové relé

Komfortní konfigurační prostředí zajišťuje software easySoft-Safety. Používá se k vytvoření bezpečnostního a standardního spínacího schématu, simulaci funkce a nahrání vytvořeného programu do přístroje (stejná filozofie jako u standardních řídicích relé easy).