Контрольные цепи в промышленном оборудовании

В моей работе инженера-электронщика на промышленном предприятии часто приходится сталкиваться с контрольными цепями. Оборудование у нас – разных производителей, и такие же разные схемотехнические решения аварийных (контрольных) цепей.

Недавно на работе с коллегами мы проработали эту тему, после того, как произошёл несчастный случай. В данной статье я упорядоченно изложу и поделюсь своими мыслями на этот счёт.

Что такое контрольная цепь

Контрольная цепь – это электрическая схема, которая проверяет, всё ли в порядке с данным оборудованием.

Например, включены все защитные автоматы и мотор-автоматы, не сработала ли тепловая защита, проверяет закрытие всех дверей, люков, наличие ограждений, и тому подобное.

Словом, такая схема даёт возможность предотвратить неправильную или опасную работу оборудования. Иными словами, наличие контрольной цепи позволяет соблюсти технологический процесс и сохранить здоровье и даже жизнь обслуживающему персоналу.

Естественно, контрольные цепи должны обеспечивать с электрической (схемотехнической) точки зрения всё, что я перечислил выше.

Другие названия контрольной цепи – цепь безопасности, защитная цепь, аварийная цепь, и др.

Кстати, ремонт любого промышленного оборудования надо начинать именно с проверки контрольной цепи. Потом – состояние датчиков, и т.д.

В этой статье я постараюсь перечислить и сравнить известные мне варианты схемотехнических решений контрольных цепей.

Составные части контрольной цепи

В более-менее сложных станках и линиях, где присутствует 2 и более двигателя, контрольная цепь (КЦ) обычно делится на две части – аварийная цепь (АЦ) и тепловая цепь (ТЦ).

КЦ = АЦ + ТЦ

Это две разные цепи, поэтому рассмотрим их по отдельности.

Аварийная цепь предназначена для экстренной остановки или невозможности запуска оборудования. Это необходимо прежде всего для безопасности персонала, во вторую очередь – для обеспечения правильности тех.процесса. Основной элемент аварийной цепи – аварийная кнопка.

 

Тепловая цепь состоит из контактов мотор-автоматов, защитных автоматов, тепловых реле, «перегрузочных» контактов частотных преобразователей, термодатчиков двигателей.

 

Аварийный выключатель

Это тот самый «грибок», который должен присутствовать обязательно на любом небытовом оборудовании. Его называют «Аварийный стоп», “Аварийная кнопка”,  «Аварийный выключатель», «Экстренный останов», и тому подобными названиями.

В англоязычном варианте – «Emergency stop».

 

Аварийный выключатель конструктивно представляет из себя нормально замкнутые контакты и механизм кнопки, который обеспечивает фиксацию (если она предусмотрена), монтаж, удобство использования в экстренной ситуации.

Аварийный выключатель показан в заголовке статьи, другие модели – ниже:

Категорически не рекомендую использовать в качестве кнопок аварийного отключения кнопки IEK. Они разваливаются через пару нажатий, а в аварийных ситуациях человек может ударить по ней что есть сил, и… она просто не сработает.

Вот аварийная кнопка от Шнайдер Электрик, гораздо надежнее:

Почему в контрольных цепях нужно применять нормально закрытые контакты

Чтобы проверить нормально открытый контакт, нужно его активировать, то есть нажать. Только тогда станет ясно, замкнулся он или нет. Исправен он, или нет.

А в нормально закрытых контактах через сам контакт постоянно протекает ток, принимая участие в работе схемы. Если нажать на кнопку с нормально закрытыми контактами, она разомкнется. То же самое произойдет, если эти контакты будут неисправны – схема просто-напросто не будет работать. Иными словами, НЗ контакты сами себя проверяют, чего не скажешь о НО контактах.

Иногда происходит путаница в понятиях НЗ и НО применительно к принципам работы конкретных устройств. Например, тепловые реле. В нормальном состоянии НЗ контакт у него замкнут (так же, как у кнопки «Аварийный СТОП»). Контакт размыкается, когда ток через тепловое реле превышает допустимый. И на схемах эти контакты обозначают как нормально замкнутые. Тут всё понятно.

Путаница начинается, когда заходит речь о мотор-автоматах и защитных автоматах. В НОРМАЛЬНОМ состоянии все контакты, в том числе и контакт тепловой цепи у него разомкнуты. Однако, в РАБОЧЕМ состоянии все контакты у него замкнуты, иначе схема не будет работать. Но на схемах все контакты обозначают именно в НОРМАЛЬНОМ состоянии, то есть разомкнутые.

Ясно, чтобы параллельно (одновременно) работали несколько НЗ контактов, их надо включить последовательно. А несколько НО – параллельно. К слову, иногда встречаются и НО аварийные кнопки. Через них в случае аварии подаётся питание на реле с НЗ контактами. Не рекомендую.

Про различные виды контактов также рассказываю с статье про характеристики и применение датчиков.

Схемы контрольных цепей

Ниже приведу и кратко опишу несколько вариантов схем контрольных цепей. При этом защитные автоматы и другие элементы, не имеющие отношения к теме статьи, не рассматриваем.

Схемы идут в порядке увеличения функциональности, сложности и надежности.

Цепи управления – те цепи, которые управляют силовыми цепями. То есть, выключатели, катушки контакторов и реле, различные вспомогательные контакты и устройства, а также индикация. В настоящее время в основном для управления силовыми цепями используют контроллеры (PLC).

Схема 1. Разрыв цепи силового питания

Аварийный выключатель – это нормально замкнутый выключатель, который размыкает цепь питания при нажатии на него.

В простейшем виде его просто ставят в разрыв ввода питания, и в случае нажатия на него питание со всего оборудования (например, станка) просто убирается.

Так делают китайцы, которые в любом оборудовании экономят на всём. Чем черевата такая схема – через контакты Аварийного стопа идёт весь потребляемый ток. И со временем эти контакты портятся, нарушая работу устройства. Хорошо ещё, если в схеме управления предусмотрен штатный останов (кнопка «Стоп», или «Выкл»), и Аварийный стоп используется только в аварийных ситуациях.

 

Схема 2. Разделение цепей управления и силы, гальваническая развязка

В этой схеме силовые цепи (двигатели, и т.п.) питаются напрямую, через свои контакторы и мотор-автоматы. А цепи управления, которые управляют этими контакторами, питаются через контрольную цепь.

Контрольная цепь в этой схеме состоит из контактов Аварийного выключателя ES1, теплового реле RT1, НО контакта мотор-автомата QF1. Когда любой из этих контактов размыкается, цепь рвётся, питание с цепи управления пропадает. Силовая цепь остаётся без управления, и все приводы останавливаются.

Минус схемы – через контакты контрольной цепи идёт весь ток цепи управления. Кроме того, на контактах и проводах (если оборудование имеет большую протяженность) происходит падение напряжения, что негативно влияет на работу цепей управления.

 

Схема 3. Схема управления питается через контакты реле контрольной цепи

В этой схеме вводится реле контрольной цепи КА1. Это реле через свой НО контакт питает схему управления, когда контрольная цепь собрана.

Схема хороша тем, что через контрольные контакты идёт небольшой ток – всего лишь ток реле. А уже реле может иметь мощные контакты, через которые будет питаться вся схема управления.

 Схема 4. Тепловые и аварийные цепи разделены

Соответственно, используются два реле – КА1 и КА2, которые отвечают каждое за свою проверку. Из схемы видно, что пока не будет собрана тепловая цепь, не пройдёт проверку и аварийная. И только когда обе схемы соберутся, поступит питание на схемы управления.

Схема 5. Вводятся кнопки ПУСК и СТОП

Эта схема отличается тем, что в ней могут использоваться кнопки без фиксации. И благодаря обязательному нажатию кнопки “Пуск машины” персонал подтверждает, что машина может быть запущена. Это является важным фактором безопасности. В предыдущих схемах цепь может собраться без участия человека (самоустранение дребезга), и станок самопроизвольно запустится.

Такая схема также называется нулевая защита – станок не запустится, пока оператор не нажмет кнопку “Пуск”, либо “Готовность”. А кнопка не нажмется, пока не будут приведены в рабочее исходное состояние все элементы схемы.

Схема 6. Добавлена индикация

В несчастном случае, с которого я начал статью, слесарь на неработающем станке нажал на кнопку “Аварийный стоп” и полез в станок. Ремонтируя станок, слесарь случайно задел датчик, который запустил привод. В результате – человек очутился в травматологии.

Анализируя, почему на сработало выключение контрольной цепи от аварийного стопа, было сделано заключение, что была неисправна именно кнопка Аварийный СТОП. То есть, при нажатии она зафиксировалась, но ввиду механической поломки контакты не разомкнулись. Всё было бы гораздо однозначней, если бы при нажатии Аварийного стопа работала бы соответствующая индикация.

На схеме показаны три лампочки, которые позволяют персоналу однозначно судить о состоянии машины:

L1, нет ТЦ – отключился мотор-автомат, сработала тепловая защита, перегрев двигателя (выключится реле КА1)

L2, нет АЦ – нажата аварийная кнопка, открыт технологический люк, механизм вышел за пределы рабочей зоны (выключится реле КА2)

L3 – Контрольная цепь собрана, что говорит о том, что машина в работе, и может быть опасна.

Эта схема – наиболее предпочтительна с точки зрения быстроты определения неисправности, оценки состояния оборудования, а главное – безопасности.

 

Современные схемы обеспечения безопасности

Hаука о безопасности не стоит на месте, и вот как можно усовершенствовать вышеприведенные схемы.

1. В схеме 6 реле КА2 включает своими контактами два мощных пускателя, контакты которых включены последовательно и коммутируют питание схемы управления. Этим минимизируется вероятность залипания контактов из-за перегрузки по току или КЗ в КЦ. Кроме того, есть вероятность того, что какое-либо реле “заклинит”, и оно останется включенным при пропадании питания. А чем больше НО контактов включено последовательно, тем меньше такая вероятность.

2. В настоящее время во всём импортном промышленном оборудовании применяется специальный контроллер безопасности, или интеллектуальное реле безопасности. Там логика работы построена так, что риск возникновения опасной ситуации значительно уменьшен. Известные бренды, производящие такие реле – Dold, Pilz, Leuze. Но это уже тема другой статьи.

Пишите в комментариях, как обстоят дела с безопасностью у вас на предприятии, и какие схемы безопасности работают в вашем оборудовании.

С удовольствием, как всегда, отвечу на любые вопросы по теме.

Обновление

Вышла в свет моя новая статья, продолжение этой темы – применение реле безопасности в промышленной аппаратуре. Рекомендую, если дочитали эту статью до конца))

Ещё фото

Вот вариант, как установлена аварийная кнопка в станке. И смех, и грех.

Вон, за решеткой. В случае необходимости к нему можно дотянуться только пальцем. Конструкторская недоработка…

 

Скачать

• ГОСТ Р МЭК 60204-1-2007. Безопасность машин / Официальным языком - про безопасность, pdf, 1.1 MB, скачан: 2534 раз./