Obwody i funkcje sterowania- wybrane zagadnienia, część 1

Polska Norma PN-EN 60204-1 dotyczy elektronicznego, elektrycznego oraz programowalnego wyposażenia i układów maszyn, które nie są trzymane w dłoniach w czasie ich pracy oraz grup maszyn pracujących razem w sposób skoordynowany.

Jej znajomość, a także respektowanie są absolutnie nieodzowne dla pracowników tak z biura projektowego, jak i z produkcji. W IMI Polska Sp. z o.o. przywiązujemy do kwestii bezpieczeństwa szczególną uwagę. Poniżej postaramy się przybliżyć wybrane wytyczne.

Obwody i funkcje sterowania- wybrane zagadnienia, część 1

W poprzednim artykule Zabezpieczenie nadprądowe oraz przeciwprzepięciowe- wybrane zagadnienia poruszaliśmy tematykę zabezpieczania poszczególnego wyposażenia oraz układów maszyn przed zagrożeniami związanymi ze zjawiskami nadprądowymi i przepięciami. W niniejszej oraz następnej publikacji, skupimy się na jednym z niezwykle istotnych elementów, który musi być objęty takimi zabezpieczeniami, a mianowicie Obwodami Sterowania.

Obwody sterowania (maszyny)

Obwody sterowania to obwody elektryczne używane do sterowania włącznie z monitorowaniem maszyny i wyposażenia elektrycznego. W takich obwodach znajdują się urządzenia sterujące, które to sterują działaniem maszyny. Jako przykłady takich urządzeń sterujących można podać czujniki położenia, łączniki uruchamiane ręcznie, przekaźniki, styczniki oraz zawory elektromagnetyczne.

Zasilanie obwodów sterowania

• Jeżeli obwody sterowania zasila się ze źródła prądu przemiennego, nieodzowne jest zastosowanie do zasilania obwodów sterowania odpowiednich transformatorów sterowania. Takie transformatory powinny posiadać rozdzielone uzwojenia. Jeśli stosuje się kilka transformatorów zalecane jest takie łączenie ich uzwojeń, aby napięcia wtórne były w fazie.
• W miejscach, w których obwody sterowania prądu stałego pobieranego ze źródła prądu przemiennego, przyłącza się do układu połączenia ochronnego, należy zasilać je z oddzielnego uzwojenia transformatora obwodu sterowania lub tez z zupełnie innego transformatora obwodu sterowania.
• Nie ma konieczności stosowania transformatorów, jeśli dana maszyna wyposażona jest w jedno urządzenie uruchamiające silnik bądź maksymalnie w dwa urządzenia sterujące. Przykładem takich urządzeń mogą być urządzenia blokujące bądź też stacyjka sterowania startem/zatrzymaniem maszyny.

Napięcia obwodów sterowania

Ogólna zasada nakazuje stosować wartość napięcia znamionowego odpowiednią do prawidłowego działania tego obwodu sterowania. Jednakże, jeśli jest ono uzyskiwane z transformatora, to napięcie znamionowe nie powinno przekraczać 277 V.

Zabezpieczenie

Obwody sterowania powinny być wyposażone w stosowne urządzenie zabezpieczające przed przetężeniem. Zachęcamy do zapoznania się z nieco bardziej szczegółowymi informacjami na ten temat w naszym poprzednim artykule Zabezpieczenie nadprądowe oraz przeciwprzepięciowe- wybrane zagadnienia

Funkcje sterowania

Informacje o aspektach związanych z bezpieczeństwem funkcji sterowania są szczegółowo podane w ISO 13849-1, ISO 13849-2 i IEC 62061.

Funkcje uruchamiania

Takie funkcje powinny działać, gdy nastąpi zasilenie właściwego obwodu. Bardziej szczegółowe warunki dotyczące bezpieczeństwa przedstawiono w podpunkcie Uruchomienie.

Funkcje zatrzymywania

Rozróżniane są następujące trzy funkcje zatrzymywania:

• kategoria zatrzymywania 0: do tej kategorii klasyfikujemy zatrzymanie poprzez bezzwłoczne odłączenie zasilania od napędów maszyny. Zatrzymanie takie nazywane jest zatrzymaniem niekontrolowanym, jednak definicja ta nie implikuje za sobą jakiegokolwiek szczególnego stanu innych (na przykład nieelektrycznych) urządzeń zatrzymujących, czyli przykładowo hamulców mechanicznych lub hydraulicznych, które nie mieszczą się w zakresie Polskiej Normy PN-EN 60204-1
• kategoria zatrzymywania 1: czyli zatrzymanie kontrolowane, które definiuje się jako zatrzymywanie ruchu maszyny z pozostawieniem dopływu energii elektrycznej do elementów napędowych maszyny podczas procesu zatrzymywania, zaś w tym konkretnym przypadku po zatrzymaniu zasilanie jest odłączane.
• kategoria zatrzymywania 2: jak powyżej, jednak po zatrzymaniu kontrolowanym, pozostawia się zasilanie napędów maszyny.

Rodzaje pracy

Każda maszyna może dysponować jednym lub większa ilością rodzajów pracy. Określa je typ maszyny oraz jej zastosowanie. Jednakowoż, jeśli określony, wybrany rodzaj pracy w danej sytuacji może spowodować warunki zagrożenia, należy zadbać o uniemożliwienie wybrania go bez stosownych uprawnień i/lub nieumyślnie. Można to zrealizować stosując odpowiednie środki, czyli przykładowo przełącznik uruchamiany odpowiednim kluczem czy kodem dostępu.

Praca maszyny nie powinna zostawać zainicjowana poprzez sam wybór rodzaju pracy. Należy zadbać, by właściwe uaktywnienie było odrębną funkcją uruchamiania.

Zależnie od rodzaju pracy należy zapewnić wprowadzenie odpowiednich funkcji bezpieczeństwa i/lub stosownych środków zabezpieczających.

Powinno być klarownie wskazane, który rodzaj pracy został wybrany. Realizuje się to przykładowo położeniem przełącznika rodzaju pracy, wskaźnikiem świetlnym bądź wyświetlaczem.

Zawieszanie funkcji bezpieczeństwa i/lub zabezpieczeń

Niekiedy występuje konieczność czasowego zawieszenie funkcji bezpieczeństwa i/lub działania zabezpieczeń. Taką sytuacją może być regulacja nastawień lub przeprowadzanie prac serwisowych. Należy wtedy zapewnić ochronę poprzez wyłączenie wszystkich innych rodzajów pracy (sterowania) i inne odpowiednie środki. Mogą one obejmować jeden lub kilka spośród następujących:

• Uruchomienie przez urządzenie sterujące podtrzymywania ruchu lub równoważne.
• Sterownik przenośny z urządzeniem zatrzymania awaryjnego i w sytuacji, gdy jest to właściwe, wraz z urządzeniem zezwalającym. Jeśli stosuje się sterownik przenośny, to uruchomienie może być zainicjowane jedynie z tego sterownika.
• Sterownik bezprzewodowy z urządzeniem zatrzymania awaryjnego i w sytuacji, gdy jest to właściwe, wraz z urządzeniem zezwalającym. Jeśli stosuje się sterownik bezprzewodowy, to uruchomienie może być zainicjowane jedynie z tego sterownika.
• Ograniczenie prędkości albo energii ruchu.
• Ograniczenie zakresu ruchu.

Działanie

Należy przewidzieć funkcje bezpieczeństwa i/lub środki ochronne, które są konieczne do bezpiecznego działania.

Powinny zostać przewidziane środki uniemożliwiające uruchomienie maszyny w sposób niezamierzony po zatrzymaniu jej w dowolny sposób. Przykładem takiego zatrzymania niech będzie rozblokowanie, defekt zasilania, wymiana akumulatora, czy też utrata sygnału w przypadku sterowania bezprzewodowego.

Jeżeli maszyna wyposażona jest we więcej niż jedną stacyjkę sterowniczą, konieczne jest przedsięwzięcie środków w celu zapewnienia, że zainicjowanie poleceń z różnych stacyjek sterowniczych nie doprowadzi do sytuacji zagrożenia.

Uruchomienie

Należy zadbać, aby możliwość uruchomienia maszyny występowała tylko, jeśli wszelkie funkcje bezpieczeństwa i/lub urządzenia ochronne znajdują się na swoich miejscach i działają w sposób poprawny. Jednak i od tego występuje wyjątek, a są nim okoliczności wspomniane w podpunkcie Zawieszanie funkcji bezpieczeństwa i/lub zabezpieczeń

W niektórych maszynach (których przykładem mogą być maszyny mobilne) nie sposób przy określonych działaniach zastosować funkcji bezpieczeństwa i/lub urządzeń ochronnych. W takiej sytuacji sterowanie ręczne powinno się odbywać przy użyciu urządzeń sterowniczych do podtrzymywania ruchu, a jeśli jest to właściwe- łącznie z urządzeniami zezwalającymi.

Jeśli prawidłowe uruchamianie następuje w sposób sekwencyjny konieczne jest zastosowanie stosownych blokad.

Jeżeli maszyna wymaga do uruchomienia więcej niż jednej stacyjki sterującej należy każdą z tych stacyjek wyposażyć w oddzielne, ręcznie uruchamiane urządzenie sterujące uruchomieniem.

Wskazane jest, by zainicjowanie uruchomienia wymagało spełnienia kolejno wszelkich warunków wymaganych do uruchomienia maszyny, ustawienia wszelkich urządzeń sterujących uruchomieniem w pozycję włączoną, a następnie jednoczesnego pobudzenia tych urządzeń. Podkreślić tu należy, że termin „jednoczesnego” stosujemy do opisu sytuacji, w której dwa lub więcej urządzeń sterujących działa jednocześnie, lecz niekoniecznie synchronicznie.

Polska Norma PN-EN 60204-1 jako dokument niezwykle obszerny zawiera znaczne ilości informacji niezbędnych współczesnemu inżynierowi. Z racji tego, że dział o obwodach i sterowaniu jest zbyt rozbudowany, by streścić nawet tylko najpotrzebniejsze informacje w jednym artykule, następny będzie kontynuacją powyższego, tymczasem zachęcamy do zapoznania się z już opublikowanymi artykułami na temat tejże normy:

1. Ryzyko towarzyszące zagrożeniom związanym z wyposażeniem elektrycznym
2. Środowisko rzeczywiste i warunki pracy- wybrane parametry
3. Ochrona wyposażenia- Zabezpieczenie nadprądowe, wybrane zagadnienia
4. Zabezpieczenia silników elektrycznych- wybrane zagadnienia

Inne artykuły dla Ciebie:

1. Automatyzacja procesu spawania
2. Automatyzacja produkcji
3. Kim jest integrator automatyki przemysłowej?
4. Automatyzacja procesów produkcyjnych
5. Automatyka przemysłowa
6. Projektowanie instalacji elektrycznych – maszyny
7. Prefabrykacja szaf sterowniczych – dlaczego warto stosować standardy?
8. Programowanie PLC
9. Maszyny specjalne
10. Design for Assembly, automatyzacja produkcji