Безопасность на рабочем месте – важный аспект при организации любого технологического процесса, где используется человеческий труд. Выбор соответствующих элементов и их конфигурация позволяет снизить риск возникновения опасностей в рабочем пространстве машины.
Одним из основных защитных элементов являются реле безопасности. В их задачи входят отключение электропитания в случае возникновения ситуации, угрожающей жизни или здоровью оператора или повреждения машины, механизма или установки.
Вначале был контактор
Цепи безопасности изначально были реализованы с использованием одного электромеханического контактора пускателя с исполнительным механизмом безопасности, подключенным к силовой цепи. Однако это решение не обеспечивало полной защиты в случае повреждения контактора, например, залипания его контактов. Тогда, несмотря на нажатие предохранительного выключателя, машина могла продолжать движение.
Одним из решений этой проблемы было добавление в схему дополнительного контактора, что снизило вероятность ошибки. Это позволило повысить надежность системы, но что делать, если другой компонент цепи безопасности был поврежден?
Вместо контактора – реле!
В ответ на этот вопрос были разработаны электронные устройства, оснащенные как минимум двумя реле и микропроцессорной системой, то есть так называемыми реле безопасности. Их конструкция позволяет не только исключить риски, связанные с использованием одного контактора, но и позволяет контролировать состояние устройств ввода и вывода.
Устройство и работа реле безопасности
В типовой конструкции реле безопасности используется классическая комбинация 3 контакторов. Такое резервирование системы обеспечивает повышенную надежность устройства. Два реле К1 и К2 с контактами, управляемыми положительным потенциалом, обеспечивают безопасное переключение контактов.
Каждый из них возбуждается одной из двух входных цепей S11 / S12 и S21 / S22. Работа этих цепей определяется не только сигналом, подаваемым на их выводы, но и так называемым “Стартовый сигнал”. Между его выводами Y1 и Y2 находится цепь контроля, которая проверяет положение исполнительных механизмов и позволяет их включать или выключать через контакты безопасности.
Итак, как это работает?
После включения питания устройство выполняет серию самотестирования. Сначала проверяются устройства ввода. Если их цепи замкнуты, это означает, что достигнуто безопасное состояние.
Затем проверяются устройства вывода. Когда они также подтверждены, реле безопасности ожидает сигнала пуска, при получении которого активируются выходные устройства. Также активируются защитные функции устройства, и реле готово к реализации выбранной функции безопасности.
Что такое конечный выключатель и как его согласовать с системой безопасности машины?
Концевой выключатель (более правильное название конечный выключатель либо путевой выключатель) – это элемент системы безопасности машины, который запускает сигнал, который останавливает, блокирует или выключает машину.
Сигнал должен запускаться элементом, ограничивающим машину, например, охраной. Конечный выключатель следует выбирать и подключать таким образом, чтобы при открытии крышки на активатор оказывалось давление.
Для обеспечения безопасности необходимо использовать как минимум два конечных выключателя для защиты любого элемента.
Сохранение резервирования в этом случае является необходимым условием правильно спроектированной системы безопасности машины.
Благодаря двум конечным выключателям вы уменьшите коэффициент события, а также обнаружите, когда один из конечных выключателей работает некорректно, например, из-за заклинивания.
Пример подключения конечного выключателя, источник Schneider Electric
Для чего нужна синхронизация входов в реле безопасности?
Это функция, которая контролирует работу реле. Это делает дальнейшую работу реле зависимой от активации входов в соответствующий интервал времени.
В случае режима 2 с / 4 с, если сработал конченый выключатель S1, конечный выключатель S2 должен быть активирован в течение 2 секунд, иначе будет выдано сообщение об ошибке. Однако, если переключатель S2 активируется первым, у переключателя S1 есть 4 секунды для срабатывания.
В режиме 0,5 с функция работает аналогично, только время в обоих случаях ограничено 0,5 с. Синхронизация очень полезна, потому что она снижает риск случайного срабатывания системы безопасности – например, из-за того, что ограждение не закрывается должным образом.
Сброс ошибки требует отключения обоих конечных выключателей и повторного включения, так что на практике – полное открытие и закрытие крышки.
Как видите, подключить конечные выключатели очень просто – сложнее выбрать сам конечный выключатель и настроить реле с точки зрения оптимизации работы системы безопасности.
Защитные функции систем безопасности
В зависимости от потребностей приложения системы безопасности могут выполнять множество защитных функций. Для конкретных приложений требуется соответствующая конфигурация логического устройства и компонентов системы. Возможные функции безопасности включают:
- контроль цепей аварийной остановки, для которых входным устройством чаще всего является выключатель аварийной остановки; контроль доступа в опасную зону через такие элементы, как защитные замки и засовы, световые завесы, сканеры, маты или разрешающие устройства;
- управление и ограничение скорости движущихся частей с помощью датчиков, контролирующих частоту вращения или остаточного напряжения на клеммах двигателя, или сканеров безопасности или кнопок, которые замедляют движение машины;
- контроль границ безопасности с указанием, среди прочего, перемещение элементов машины или манипулятора робота с помощью сканеров безопасности с определенной безопасной рабочей зоной.
Реле безопасности используются в каждой из упомянутых выше функций. Очень часто они являются ядром таких систем, реализуя часть, отвечающую за анализ и логическую работу. Они широко используются в машинах благодаря своей компактной конструкции и высокой надежности.
Среди реле безопасности мы можем найти однофункциональные и многофункциональные устройства, которые обычно позволяют контролировать до трех различных функций безопасности. Это означает, что в дополнение к классическим функциям аварийной остановки и блокировки они также могут контролировать световую завесу, магнитный переключатель или защитные коврики.
Реле безопасности и контроллер безопасности
Иногда использования традиционных реле безопасности может быть недостаточно. Высокая сложность приложения и системы безопасности делает их использование обременительным или даже невозможным.
Программируемые реле безопасности, то есть контроллеры безопасности, используются для реализации более крупных и сложных систем.
В то время как отдельное реле используется в стандартной комплектации для каждого устройства, контроллеры позволяют заменять до десятка из них, экономя место в шкафу управления. Кроме того, они используют управляющую программу для управления процессами, которые можно изменить или исправить в любое время без восстановления периферийных устройств.
Программируемые реле безопасности состоят из модулей ввода и вывода и центрального блока. ЦП выполняет алгоритм управления, хранящийся в памяти, на основе данных, считываемых модулями ввода.
Затем управляющие сигналы отправляются на модули вывода, задача которых – передать их соответствующим исполнительным механизмам, подключенным к релейным выходам. Их программирование может быть выполнено с компьютера с использованием соответствующей программы или с помощью встроенной клавиатуры и дисплея.
Короче говоря, контроллеры безопасности – это устройства, которые позволяют реализовать больше функций безопасности, чем отдельные реле. Чаще всего они встречаются в передовых системах безопасности, где необходимы высокоразвитая связь и обмен данными.
Широкий ассортимент представленных на рынке товаров позволяет подобрать логическое устройство под конкретный проект, обеспечивая не только безопасность станка, но и позволяя оптимизировать затраты на его изготовление и сроки реализации.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Эксплуатация многих видов промышленного оборудования, работающего от электрической сети, связана с определенной опасностью как для оператора, так и для самой электроустановки. В случае возникновения нештатной ситуации (например, перегрузка электрической цепи) может произойти самопроизвольное включение, заклинивание рабочего органа, пробой на корпусе, что чревато получением травмы
или повреждением механизмов. Такое оборудование, к которому относится практически любая современная промышленная аппаратура, в обязательном порядке оснащают системой защиты, обеспечивающей аварийное отключение от электроснабжения и, соответственно, блокировку исполнительного устройства. Основным элементом системы является реле безопасности.
Принцип работы оборудования
Основными элементами реле безопасности являются электронные блоки, разработанные на основе статистики аварийности. Принцип работы прибора состоит в том, что при возникновении неисправности включение силовых сетей становится невозможным. Запитывание силовых элементов пресса, станка, гидравлических ножниц, другого подобного оборудования происходит через несколько (2, 3 или 4) последовательно соединенных между собой контакторов. При возникновении неполадки контакторы мгновенно разрывают цепь, предотвращая аварийную ситуацию. До тех пор, пока неисправность не будет устранена, контакторы не придут в исходное положение, и подключить агрегат будет невозможно. Реле может защищать как всю систему, так и отдельные ее компоненты.
Внутренняя схема безопасности, как правило, включает в себя два реле – K1 и K2. К их контактным зажимам подключаются силовые контакторы. Схема подключения бывает одно- или двухступенчатой. В первом случае оператору, при замкнутой аварийной цепи, нужно нажать на кнопку «Пуск» (на некоторых машинах она обозначается знаком «Сброс» или «Reset»). Кнопок может быть две – нажимать можно на любую. Но внутренние реле (K1 и K2) включатся только тогда, когда линейный контактор находится в отключенном состоянии. Этим гарантируется защита от неисправности контактора (например, в случае его залипания), так как через него подается питание на силовую цепь.
Двухступенчатая схема подключения обеспечивает намного большую безопасность, поэтому ее, как правило, применяют в технологическом оборудовании повышенной опасности, например, на перерабатывающих линиях. Защита реализуется с помощью двух модулей, объединяющих разные цепи. Если в одном из модулей возникнет неполадка, питание на другое устройство не поступит, и запуск линии окажется невозможным.
Основные виды и функции
Наибольшее распространение получили электрические реле безопасности с электронными и вспомогательными цепями деблокировки. Надежность отказобезопасности обеспечивается путем дублирования ключевых компонентов силового контура. Таким образом, в случае отказа одного компонента общая безопасность системы не пострадает.
Наряду с кнопкой «Аварийная остановка» данная разновидность отключающих устройств обеспечивает безопасную работу промышленного оборудования. Наряду с основным назначением система безопасности выполняет ряд других функций, среди которых:
- наблюдение за работоспособностью датчиков;
- отслеживание простоя приводов;
- определение неисправностей внутренних цепей отключения;
- создание световой завесы (контроль границ безопасности).
Реле безопасности размещаются в компактном корпусе и устанавливаются в коммутационном шкафу. При выборе того или иного вида устройства учитывают ряд параметров, таких как:
- напряжение и сила тока, обеспечивающие работу механизмов в рабочем режиме;
- число контактов;
- число и тип зажимов (клемм).
Количество функций, выполняемых реле безопасности, зависит от мощности управляющего микропроцессора. Чем она больше, тем богаче функционал устройства.
Подключение и эксплуатация
Реле, имеющее желтую переднюю панель, укомплектовано съемными клеммами, что упрощает монтаж прибора в коммутационный шкаф. Чем длиннее провода датчиков, тем больше вариантов подключения к защищаемым электротехническим устройствам.
У модульных реле набор блоков может быть стандартным или расширенным, что позволяет не только осуществлять контроль над типовыми кнопками аварийной остановки, но и выполнять иные функции. В частности, к такой функции относится световая завеса безопасности, при помощи которой обеспечивается отключение электроустановки (станка) в случае несанкционированного (непреднамеренного) проникновения человека в опасную зону. Другой пример: реле не позволит оператору запустить оборудование с высоким риском травматизма только одной рукой.
Преимущества и недостатки
Как видим, реле безопасности, помимо своего основного назначения – предотвращение производственного травматизма и недопущение повреждения оборудования – выполняет и другие полезные функции. Среди них достаточно упомянуть выявление неполадок в питающей сети и пультов управления, контроль работы датчиков и затворов безопасности. То есть, прибор не только отключает оборудование при возникновении аварийной ситуации, но и не позволяет запустить его до устранения неисправности.
Предприятия, решившие установить у себя реле безопасности, получают возможность оградить персонал от травматизма и минимизировать риск выхода из строя дорогостоящего оборудования. К достоинствам таких приборов относятся:
- Простой монтаж и настройка, будь то моноблок или соединенные между собой модули. Это дает возможность не прерывать производственный процесс на долгое время.
- Повышенная надежность по сравнению с другими системами со сложным программным обеспечением. Выставленные настройки остаются неизменными на протяжении всего периода эксплуатации. Главное – правильно выбрать параметры и соблюдать условия использования.
- Безопасное проведение ремонтных работ: пока настройки не сброшены, случайный пуск электроустановки невозможен.
- Быстрая замена реле или отдельных модулей без необходимости прокладки новых коммуникационных линий.
- Устойчивость к экстремальным условиям работы (высоким температурам, вибрационным нагрузкам и др.), что позволяет устанавливать прибор практически в любом помещении.
- Яркое оформление и специальная маркировка (желтый цвет, предупреждающие символы и надписи), благодаря чему реле трудно спутать с другими техническими устройствами.
Из минусов можно отметить лишь дополнительные затраты и хлопоты на закупку и монтаж. Но они покажутся малыми по сравнению с величиной ущерба, который может быть нанесен несоблюдением обязательных требований по охране труда или пренебрежением к сохранности оборудования. По этой причине оснащение крупного предприятия реле безопасности стало нормой.
