Οι επαφές βαθμού ασφαλείας απαιτούνται σε βιομηχανικές εφαρμογές για να διασφαλιστεί ότι τα μηχανήματα και τα συστήματα μπορούν αξιόπιστα και απρόβλεπτα να αλλάξουν σε ασφαλή κατάσταση, συνήθως σε περίπτωση λειτουργικών σφαλμάτων ή λειτουργικών απαιτήσεων ασφάλειας. Το πρώτο βήμα στο σχεδιασμό ενός συστήματος βιομηχανικής ασφάλειας είναι να προσδιοριστεί εάν η εφαρμογή απαιτεί Επίπεδο Ακεραιότητας Ασφαλείας (SIL) (όπως ορίζεται στο IEC 62061, έως SIL 2) ή Επίπεδο Απόδοσης επιπέδου C (PL) όπως καθορίζεται στο ISO 13849. Ορισμένες εφαρμογές απαιτούν υψηλότερο επίπεδο ασφάλειας.
Εξετάστε τις κατευθυντήριες αρχές στο IEC 60947-4-1 και στο ISO 13849-1, όπου το πρώτο επικεντρώνεται στο σχεδιασμό και τη δοκιμή διακοπτών χαμηλής τάσης και εξοπλισμού ελέγχου, ενώ το δεύτερο παρέχει γενικές αρχές για το σχεδιασμό και την ενοποίηση τμημάτων συστημάτων ελέγχου που σχετίζονται με την ασφάλεια, συμπεριλαμβανομένου υλικού και λογισμικού.
Αυτό το άρθρο εισάγει τον τρόπο χρήσης του επαφέα επιπέδου ασφαλείας 3RT2 της Siemens με λειτουργία ασφαλούς λειτουργίας για την κατασκευή ενός συστήματος ασφαλείας, προκειμένου να επιτευχθεί η βέλτιστη λύση βιομηχανικής ασφάλειας. Το άρθρο εξέτασε επίσης τον τρόπο επίτευξης υψηλότερων επιπέδων SIL και PL, καθώς και ζητήματα ολοκλήρωσης συστήματος, όπως η θερμική διαχείριση των επαφών. Τέλος, ασχολήθηκε με τον τρόπο προσαρμογής των λύσεων ασφαλείας χρησιμοποιώντας περιττές διασυνδέσεις, καταστολείς υπερτάσεων, λειτουργικές μονάδες και άλλα αξεσουάρ για την επίτευξη περαιτέρω εφαρμογής και βελτιστοποίησης ασφάλειας.
Ο επαφέας 3RT2 προσφέρει επιλογή μεταξύ παραδοσιακών και στερεών τρόπων λειτουργίας, με προδιαγραφές που κυμαίνονται από S00 έως S2 και μέγιστη ισχύ έως 37 kW. Για επαφές που χρησιμοποιούν μηχανισμούς λειτουργίας στερεάς κατάστασης, θα πρέπει να καθοριστεί ένα προαιρετικό σήμα υπολειπόμενης ζωής.
Αυτοί οι επαφές συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις της κατηγορίας IEC 60947-4-1 AC-3e και μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε συνδυασμό με κινητήρες IE3 ή IE4 υψηλής απόδοσης. Έχουν πολλαπλές βοηθητικές διαμορφώσεις εξόδου, συμπεριλαμβανομένων επαφών κανονικά ανοικτών (NO) και κανονικά κλειστών (NC), οι οποίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παροχή ανατροφοδότησης σχετικά με το εάν το κύριο κύκλωμα είναι ενεργοποιημένο ή απενεργοποιημένο. Επιπλέον, η ανάδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση ενδεικτικών λυχνιών, συναγερμών ή άλλων συσκευών ελέγχου. Το παράδειγμα του επαφέα 3RT2 είναι το εξής:
3RT20152AP611AA0-S00 προδιαγραφή, ονομαστικό ρεύμα 7 A, 3 kW/400 V, 3 πόλοι, 220 VAC 50 Hz/240 VAC 60 Hz, βοηθητική επαφή: 1 ΟΧΙ, με ακροδέκτη ελατηρίου
Προδιαγραφή 3RT20231AK60- S0, ονομαστικό ρεύμα 9 A, 4 kW/400 V, 3 πόλοι, 110 VAC 50 Hz/120 VAC 60 Hz, βοηθητικές επαφές: 1 NO+1 NC, ακροδέκτης με σπείρωμα (Εικόνα 1)
Προδιαγραφή 3RT20281AN20- S0, ονομαστικό ρεύμα 38 A, 18,5 kW/400 V, 3 πόλοι, 220 VAC, 50/60 Hz, βοηθητικές επαφές: 1 NO+1 NC, ακροδέκτης με σπείρωμα
Προδιαγραφή 3RT20371_S2, ονομαστικό ρεύμα 65 A, 30 kW/400 V, 3 πόλοι, 24 VDC, με ενσωματωμένη μεταβλητή αντίσταση, βοηθητικές επαφές: 1 NO+1 NC, ακροδέκτης με σπείρωμα
Προδιαγραφές 3RT20371SF30-S2, με είσοδο F-PCL-IN, ονομαστικό ρεύμα 65 A, 30 kW/400 V, 3 πόλοι, 83 VAC έως 150 VAC/VDC, 50/60 Hz, με ενσωματωμένη μεταβλητή αντίσταση, βοηθητική επαφή NC, thread 1
Προδιαγραφές S0 επαφέα ονομαστικής ισχύος εικόνας 4 kW
Εικόνα 1: Η ονομαστική ισχύς αυτού του επαφέα προδιαγραφών S0 είναι 4 kW, με μία βοηθητική έξοδο NC και μία NO. (Πηγή εικόνας: Siemens)
Ο χρόνος απόκρισης είναι κρίσιμος για την ασφάλεια
Η κατανόηση του αντίκτυπου του συνολικού χρόνου απόκρισης είναι ζωτικής σημασίας κατά το σχεδιασμό λύσεων βιομηχανικής ασφάλειας. Αποτελείται από πολλαπλές παραμέτρους. Κατά τη διεξαγωγή αξιολόγησης κινδύνου, ο χρόνος απόκρισης ορίζεται ως ο συνολικός χρόνος που απαιτείται για να σταματήσει οποιαδήποτε επικίνδυνη κίνηση όταν προκύψουν απαιτήσεις ασφαλείας. Οι παράγοντες που επηρεάζουν τον χρόνο απόκρισης περιλαμβάνουν:
Ο χρόνος απόκρισης εισόδου των αισθητήρων σε συσκευές παρακολούθησης ασφαλείας
Ο χρόνος κύκλου του σχεδίου ασφαλείας
Χρόνος καθυστέρησης πρωτοκόλλου επικοινωνίας
Χρόνος υπέρβασης που προκαλείται από αδράνεια κινητήρα ή ενεργοποιητή
Ο χρόνος θραύσης του επαφέα
Το IEC 60947-4-1 καθορίζει το χρόνο θραύσης για ηλεκτρομηχανικούς επαφές και εκκινητήρες κινητήρα. Αυτό το πρότυπο καθορίζει τις απαιτήσεις για ασφαλή διακοπή ρεύματος υπό διάφορες συνθήκες εργασίας.
Ορίζει επίσης κατηγορίες χρήσης για την ταξινόμηση των τύπων φορτίου και των συνθηκών λειτουργίας των επαφών, όπως το AC-3e για κινητήρες υψηλής απόδοσης. Αυτό το πρότυπο περιλαμβάνει διαδικασίες για τη δοκιμή του χρόνου θραύσης και άλλων χαρακτηριστικών απόδοσης των επαφών.
Ο χρόνος θραύσης του επαφέα είναι βασική παράμετρος στο σύστημα ασφαλείας. Ο ορισμός του είναι ο χρόνος από την αφαίρεση της τάσης του πηνίου έως την αποσύνδεση της κύριας επαφής, συμπεριλαμβανομένου του χρόνου καθυστέρησης αποσύνδεσης (OD) και του χρόνου τόξου επαφής (AT).
Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε έναν επαφέα με απόδοση διακόπτη όπως φαίνεται στο Σχήμα 2, ο χρόνος θραύσης OD+AT είναι μεταξύ 50 και 75 ms. Κατά τον υπολογισμό του συνολικού χρόνου απόκρισης, είναι απαραίτητο να λαμβάνεται πάντα υπόψη η τιμή της χειρότερης περίπτωσης, η οποία είναι 75 ms σε αυτό το παράδειγμα (Εικόνα 2).