Реле безопасности в промышленном оборудовании

Статья является логическим продолжением другой моей статьи про контрольные цепи в промышленном оборудовании. Рекомендую ознакомиться сначала с контрольными цепями, а затем с данной статьёй.

Реле безопасности в настоящее время являются неотъемлемым компонентом любой промышленной аппаратуры.

Если у вас на предприятии есть некитайская электронная техника возрастом менее 10 лет, тот там обязательно будут такие реле безопасности (safety relay). Такие реле сейчас ставятся во всё оборудование, где есть электродвигатели.

Кнопки «Аварийный останов», как раньше, по современным правилам безопасности уже не хватает. По современным стандартам реле безопасности устанавливается везде, где имеется малейшая вероятность повреждения оборудования или травмирования персонала.

Иногда доходит, казалось бы, до маразма – одна и та же кнопка «Аварийный останов» имеет два НЗ контакта, которые входят в разные последовательно соединенные схемы безопасности. И на той же кнопке – НО контакт, дающий информацию на контроллер.

Но, как я писал в предыдущей статье, эти решения приняты оторванными головами, эти правила писаны оторванными руками. И сейчас такое построение схемы – стандарт.

Если хотите обратиться к официальным стандартам, ознакомьтесь с ГОСТ Р МЭК 60204-1-2007. Безопасность машин. Электрооборудование машин и механизмов. А также ГОСТ ISO 13849-1-2014. Безопасность оборудования. Элементы систем управления, связанные с безопасностью.

Надо заметить, такие электронные блоки существенно снижают вероятность опасности при работе оборудования. Логика их работы и схемы включения построены на основе многолетнего опыта схемотехников и анализа причин аварий.

Пионерами реле безопасности я считаю фирмы Pilz и Dold. Сейчас за ними подтягиваются другие фирмы, такие как Sick, Omron, Leuze и другие.

Принцип работы реле безопасности

Чтобы было сразу всё понятно, рассмотрим работу реальных блоков безопасности в реальных схемах включения.

Как обычно, от теории – к практике, от простого – к сложному.

Принципы работы реле безопасности основаны на невозможности включения силовых цепей оборудования в случае каких-либо неисправностей. При этом происходит двойное , четверное и т.д. дублирование. Питание силовых частей станка идёт через 1, 2, 3 или даже 4 ряда последовательно соединенных контакторов. И в случае чего они отключат питание и предотвратят неприятность. Если любой из этих контакторов окажется неисправен, например – залипли контакты или он застрял (заклинил) во включенном положении, станок никак не включится.

А я такие неисправности встречал. Они бывают или из-за механической неисправности контакторов безопасности, или из-за залипания контактов вследствие замыкания или перегрузки в последующей схеме, или из-за человеческого фактора.
Во внутреннюю схему реле безопасности входят обычно два реле (К1 и К2), через последовательные контакты которых включаются силовые контакторы (КМ1 и КМ2).

Обойти такую схему бывает очень сложно, и это к лучшему.

Рассмотрим простейшую схему применения реле безопасности OMRON G9SB.

Вот как это реле выглядит в реале, по центру, красненькое:

Сразу даю схему реле безопасности OMRON G9SB.

Для примера рассмотрим схему цепей безопасности, которая применяется в паковочном станке. Станок содержит 3 двигателя и 4 контакта безопасности (3 кнопки и 1 концевой защитного кожуха).

Питание на входы реле А1 и А2 подается непосредственно с блока питания 24В (постоянное напряжение). Когда аварийная цепь замкнута (собрана), для включения и нормальной работы станка необходимо нажать кнопку Пуск (её часто называют Сброс, Reset). Этих кнопки в данном станке две (S33, S34), можно нажимать на любую, как удобно оператору. Однако, включение внутренних реле К1 и К2 произойдёт, только если линейный контактор безопасности будет во время нажатия кнопки “Сброс” выключен.

Это гарантирует защиту от залипания контактов и неисправности этого контактора. Через этот контактор идёт питание на все силовые части схемы.

Двуступенчатая схема включения реле безопасности

Рассмотрим схему посложнее. Это перерабатывающая линия, тут вероятность получить травму гораздо выше, поэтому и меры безопасности соответствующие.

Тут реализовано двухступенчатое включение цепей безопасности. Сначала через кнопку «Сброс», как в первой схеме, а потом через «Пуск». Применяются два модуля. Первый собирает свою цепь, второй собирается первым и другими цепями.

Тут три кнопки сброса аварии, просто они установлены в разных частях машины. Аварийные цепи – это три кнопки “Аварийный останов”, соединенные последовательно. Причём, каждая кнопка содержит по 2 НЗ контакта, каждый из которых входит в свою независимую цепь безопасности – 1.1 и 1.2.

Создание двух цепей значительно повышает надежность и вероятность правильной работы схемы.

Если у тебе скажут – вероятность того, что оборудование будет работать 10 лет без несчастных случаев с такой схемой – 99%, а с другой – 99,9%, какую схему ты выберешь?

Кроме того, пока не включится первый модуль безопасности, на второй не поступит даже питание.

Вторая ступень:

Во вторую аварийную цепь (обозначена как Авария 2) входит первая цепь (провода 13410 и 13411), концевые защитных барьеров (SQ11, SQ12) и световые барьеры, которые можно замутировать байпасом (провода 1523, 1524).

Кнопка “Сброс” тут названа “Пуск”, т.к. фактически (логически) это так. Первый “Сброс” – это как предварительный пуск, второй “Сброс” – поехали!

Если тут всё собирается, контроллер информируется об этом, и питание (0V) подается на контакторы силовых цепей.

А как же тепловые цепи? В современной аппаратуре считается, что контроллер в состоянии надёжно отследить срабатывание мотор-автоматов и остановить машину, если это заложено в программе.

Хотя, бывает и так, что тепловая цепь заводится в аварийную, далее по схеме.

Ещё пример схемы на реле безопасности Pilz Pnoz

Тема обширная, поэтому даю ещё схемку простейшего реле безопасности Pnoz X7:

Через аварийную цепь подается питание на А1, А2. Пуск  – на Y1, Y2. Через последовательные контакты – питание на защищаемую схему.

Обновление, июнь 2015: По просьбе моего любознательного читателя Артура даю типовую (классическую) схему включения реле безопасности Pnoz Pilz.

Кто читал эту статью, разберется, что к чему, но хоть пару слов:

Через аварийную цепь (АЦ – кнопки “Аварийный стоп”, кожухи безопасности, двери, и т.п.) и тепловую цепь (ТЦ – тепловые реле, мотор-автоматы, аварийные выходы преобразователей частоты, и т.п.) питание подается на реле безопасности. То есть, если АЦ и ТЦ не в порядке, то реле безопасности не включится, не говоря уж о дальнейшей схеме.

Далее, если питание подано (А1, А2), то на сцену выходит пусковая цепь, состоящая из НЗ контактов КМ1, КМ2, и кнопки “Сброс”. Если контакторы безопасности выключены, то нажатие кнопки S0 возымеет своё действие, и контакторы безопасности включатся. И подадут питание (вверху справа на схеме) на схему управления.

Только после этого у различных контакторов и частотников, входящих в схему станка, появится шанс запуститься и привести станок в движение. И то, если того возжелает контроллер)

Контроллер любит знать, что происходит в станке, которым он управляет (контролировать означает управлять). Поэтому часто с различных участков схемы на него подают сигналы. В данной схеме это: АЦ – всё ОК, или разорвана. ТЦ – всё ОК, или произошёл перегруз или перегрев. КМ1, КМ2 – контрольная цепь в норме, станок готов к работе. Все эти сигналы подаются на входы контроллера, и обрабатываются по желанию программиста-электронщика.

Стоит сказать, что продолжение темы – это контроллеры безопасности, применяемые в последние годы. В них программируются все входы, выходы, можно задать логику работы, обеспечить связь между блоками в разных частях машины.

 

Обновление от 15 июня 2017 г:

Схема на реле Pilz с таймером

Схема в данном случае выглядит так:

Добавлена временная задержка включения для дополнительной защиты.

Пишите, задавайте вопросы, делитесь опытом!

 

Фото реле безопасности PILZ

Читатель прислал несколько фото PILZ, и спросил, могу ли я ему выслать такие реле.

Я ответил, что ничего (из комплектующих) не продаю, и добавил: такие реле выходят из строя крайне редко. В 99% проблема в обвязке этого реле. Как правило, это НЗ контакты кнопок безопасности и линейных контакторов. Немаловажен и человеческий фактор, а также питание.

 

 

Скачать

Литературы по этой теме мало, вот, что есть:

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

www.pilz.com/mam/pilz/content/editors_mm/safety_compendium_en_2017_12_low.pdf#page=142