„Dva sklopnika i sigurnosni relej, dakle kategorija 3.” U ormaru sve izgleda ispravno. Na popisu opreme također. Tek zavareni kontakt pokaže koliko od tog reda ostaje u stvarnom pogonu.
Operater otvara zaštitnu napravu transportera. Upravljanje isključuje zavojnicu K1, ali kontakti su zavareni. Motor i dalje dobiva napajanje. Naredba je bila ispravna. Sklopnik je jednostavno nije izvršio. Drugi sklopnik može spasiti odvajanje. Dijagnostika može otkriti kvar i blokirati sljedeće pokretanje. Sve ovisi o tome kako je projektant izgradio sustav.
Samo upisati „kategorija 3” u dokumentaciju ovdje je najlakši dio posla. Sigurnosne kategorije prema ISO 13849-1 opisuju otpornost podsustava na kvarove i njegovo ponašanje nakon njihova nastanka. Razliku između B, 1, 2, 3 i 4 najlakše je razumjeti na istom zadatku: odvojiti napajanje pogona čak i kada nešto u sustavu zakaže.
Na primopredaji svaki ispravan sustav može izgledati uvjerljivo. Kategorija počinje vrijediti tek kada sustav više nije potpuno ispravan.
Prvo zadatak, zatim aparati u ormaru
Operater mora doraditi proizvod. Traka se mora zaustaviti prije pristupa opasnom mjestu i ostati zaustavljena dok je zaštitna naprava otvorena. Projektant te zahtjeve izvodi iz procjene rizika prema ISO 12100, a zatim ih zapisuje u specifikaciji sigurnosnih zahtjeva — SRS.
Cijela funkcija obuhvaća otkrivanje otvaranja zaštitne naprave, odluku upravljanja i odvajanje pogona. Svaki od tih dijelova može se izdvojiti kao podsustav. U sljedećim varijantama mijenja se izlazni podsustav: sklopnici, njihovi spojevi i nadzor. Njegov je zadatak, odnosno podfunkcija, odvojiti napajanje pogona.
Sklopnik radi kao električno upravljana sklopka. Napon na zavojnici zatvara energetske kontakte kroz koje teče struja motora. Nakon isključenja zavojnice ispravan aparat otvara kontakte. Njihovo zavarivanje oduzima mu upravo tu sposobnost.
Kod dvaju sklopnika K1 i K2 struja motora prolazi redom kroz oba. Otvaranje bilo kojeg prekida strujni krug. Svaki sklopnik zajedno sa svojim upravljanjem čini zaseban put odvajanja, odnosno kanal.
Kategorija B: K1 se zavario, napajanje ostaje
Pogon odvaja jedan sklopnik K1. Nakon otvaranja zaštitne naprave upravljanje isključuje zavojnicu, kontakti se otvaraju i motor ostaje bez napajanja. Tisućama ciklusa sve može raditi upravo tako.
Pri sljedećem uključenju kontakti se zavare. Transporter nastavlja raditi pa operater još ništa ne primjećuje. Otvara zaštitnu napravu. Napon zavojnice nestaje, ali struja prema motoru i dalje teče. Nema drugog elementa koji bi je mogao prekinuti. Jedan kvar oduzeo je podsustavu sposobnost odvajanja pogona.
Da je umjesto zavarivanja puknuo vodič zavojnice, ispravan sklopnik bi se isključio. To je drugi kvar i druga posljedica. Tvrdnja „pri kvaru sklopnik će otpasti” zvuči sjajno sve dok autor sam bira kvar koji mu odgovara.
Kategorija B zahtijeva osnovna sigurnosna načela i odabir elemenata prema stvarnim uvjetima. Sklopnik mora podnijeti opterećenje, broj sklapanja i temperaturu u ormaru. Slovo B nije dopuštenje za ugradnju onoga što je slučajno ostalo na skladištu.
Kada kategorija B daje PL a, a kada PL b?
Dva sustava mogu izgledati jednako, a imati različitu učestalost opasnih kvarova. Jedan sklopnik uključuje motor jednom u smjeni. Drugi to čini za svaki proizvod. Isti model, potpuno drukčiji broj sklapanja.
Projektant uzima u obzir trajnost aparata i stvarni rad stroja. Određuje MTTFD — srednje vrijeme do opasnog kvara. Što je vrijednost veća, takvi se kvarovi statistički pojavljuju rjeđe. Za kanal treba obuhvatiti sve elemente čiji kvar može oduzeti sposobnost odvajanja.
| MTTFD kanala | PFH — srednja učestalost opasnog kvara po satu | Postignuti PL |
|---|---|---|
| 10 godina | 1,14 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 12 godina | 9,51 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 20 godina | 5,71 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
Pri 10 godina rezultat je PL a, a pri 12 godina već PL b. PFH pada ispod granice 10⁻⁵ 1/h. Promijenila se pouzdanost. Nakon zavarivanja sklopnika oba će se sustava i dalje ponašati jednako.
MTTFD je statistički parametar. „20 godina” u proračunu nije dvadesetogodišnje jamstvo niti automatski rok zamjene. Taj se rok određuje prema uvjetima i ograničenjima uporabe aparata.
Vrijednosti se odnose na izlazni podsustav. U cijeloj funkciji dodaju se PFH senzora i logike: PFH ulaza + PFH logike + PFH izlaza. Zbroj se uspoređuje s rasponima PL, a rezultat dodatno ograničava najniži PL bilo kojeg podsustava. Zato izlaz s PL b nakon povezivanja s ostatkom funkcije može dati samo PL a.
Kategorija B može dosegnuti najviše PL b. Ako je zahtijevana razina učinkovitosti PLr d, treba drugo rješenje. Još jedno uspješno otvaranje zaštitne naprave tijekom primopredaje neće pomaknuti tu granicu.
Kategorija 1: isti problem mora se događati rjeđe
Pogon i dalje odvaja jedan K1. Projektant povećava zahtjeve za njegovu pouzdanost i način primjene. Uz načela kategorije B primjenjuje provjerene komponente i provjerena sigurnosna načela. MTTFD kanala mora biti visok: u pojednostavnjenoj metodi od 30 do 100 godina.
„Provjeren” se uvijek odnosi na konkretne radne uvjete. Aparat koji je godinama bez problema uključivao grijače sada dobiva motor s velikom zaletnom strujom i čestim uključivanjima. Poznati logotip ostaje. Opterećenje se promijenilo.
Osnova odabira jesu dokumentirana iskustva iz sličnih primjena ili svojstva dokazana konstrukcijom, provjerom i validacijom prema odgovarajućim normama. ISO 13849-2 navodi i komponente te uvjete pod kojima ih se može smatrati provjerenima. Projektant primjenjuje načela koja smanjuju nastanak kvarova ili njihove opasne posljedice.
A onda se K1 ipak zavari. Zavojnica je isključena, kontakti ostaju zatvoreni, a motor pod naponom. Kategorija 1 smanjuje vjerojatnost tog događaja. Ne stvara drugi kanal.
Veća pouzdanost: od PL b do PL c
Za MTTFD kanala od 30 godina tablica K.1 daje PL b. Pri 39 godina PFH pada ispod 3 × 10⁻⁶ 1/h i rezultat prelazi u PL c.
| MTTFD kanala | PFH — srednja učestalost opasnog kvara po satu | Postignuti PL |
|---|---|---|
| 30 godina | 3,80 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 39 godina | 2,93 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 godina | 1,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
Gornja granica kategorije 1 jest PL c. Bolji aparat rjeđe otkazuje. Kada ipak otkaže zavarivanjem kontakata, pogon i dalje nema drugi put odvajanja.
Kategorija 2: sustav provjerava je li K1 izvršio naredbu
Operater otvara zaštitnu napravu. Upravljanje isključuje K1 i čeka potvrdu otvaranja njegovih kontakata. Ovaj put naredba se mora provjeriti. Informaciju daje zrcalni kontakt sklopnika. Njegova konstrukcija onemogućuje zatvaranje ako energetski kontakt ostane zavaren. Sustav zato dobiva odgovor: K1 je otvorio krug ili nije izvršio naredbu.
K1 se zavario. Potvrda ne stiže. Test otkriva kvar i pokreće reakciju. U ovoj varijanti dodatni sklopnik KT, serijski spojen s K1, odvaja napajanje. Upravljanje blokira ponovno uključivanje do uklanjanja kvara.
U normi uređaj za testiranje označen je kao TE, a njegov izlaz kao OTE. Ovdje OTE upravlja sklopnikom KT. K1 pripada funkcionalnom kanalu koji izvršava redovito odvajanje. TE i OTE čine ispitni kanal koji provjerava izvršenje zadatka i pokreće reakciju na kvar.
U ormaru su dva sklopnika, a primjer je i dalje kategorija 2. KT dobiva zadatak odvajanja tek nakon otkrivanja problema s K1. Već ovdje brojanje aparata gubi bitku s čitanjem sheme.
Jučer ispravan, pri današnjem uključenju već zavaren
K1 ispravno prolazi test. Pri sljedećem uključivanju njegovi se kontakti zavare. Do iduće provjere funkcionalni kanal je neispravan. Prethodni rezultat testa ništa nije skrivao — stroj se u međuvremenu pokvario.
Zato kategorija 2 može izgubiti podfunkciju između testova. Projektant mora odrediti kada se test izvodi i koliko brzo sustav reagira. Ako provjera počinje otvaranjem zaštitne naprave, otkrivanje kvara, isključenje KT i zaustavljanje gibanja moraju završiti prije nego što čovjek dosegne opasno područje.
Kod PLr d izlaz OTE mora pokrenuti stanje koje osigurava sigurnost i održavati ga do uklanjanja kvara. U ovom sustavu to radi KT. Crvena poruka na zaslonu ostavila bi motor pod naponom. Vrlo bi jasno objasnila operateru zašto zaštita ne radi — dok zaštita i dalje ne radi.
Točka 6.1.3.2.4 zahtijeva učestalost testiranja najmanje 100 puta veću od učestalosti pozivanja funkcije ili test odmah pri pozivanju, uz otkrivanje kvara i dovođenje stroja u neopasno stanje prije dosezanja opasnog područja. Otvaranje zaštitne naprave ovdje je pozivanje funkcije. Omjer 100:1 ne znači stotinu pokušaja prije svakog otvaranja.
MTTFD ispitnog kanala TE–OTE mora biti veći od polovice MTTFD funkcionalnog kanala. Svaki dio funkcionalnog kanala zahtijeva najmanje nisku dijagnostičku pokrivenost. Primjenjuju se načela kategorije B, provjerena sigurnosna načela i mjere protiv kvarova zajedničkog uzroka u oba kanala.
Za PLr do c uključivo OTE također treba pokrenuti stanje koje osigurava sigurnost ako je to izvedivo. Kada nije, norma dopušta da upozorenje može biti dovoljno. Za PLr d obvezna je reakcija koja osigurava sigurnost.
Testiranje može dati PL d, ali računa se i pouzdanost
DC, odnosno dijagnostička pokrivenost, opisuje učinkovitost otkrivanja opasnih kvarova. Za cijeli podsustav određuje se prosječna dijagnostička pokrivenost DCavg, uzimajući u obzir učestalost takvih kvarova u njegovim dijelovima.
Uz isti DCavg = 90% kategorija 2 prema tablici K.1 daje PL a za MTTFD funkcionalnog kanala od 3 godine, PL b pri 10 godina, PL c pri 30 i PL d pri 100. Test postoji u svakoj varijanti. Razlikuje se učestalost kvarova s kojima se mora nositi.
| MTTFD funkcionalnog kanala | PFH — srednja učestalost opasnog kvara po satu | Postignuti PL |
|---|---|---|
| 3 godine | 1,99 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 10 godina | 5,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 30 godina | 1,21 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 godina | 2,29 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
U kategoriji 2 zaštita ovisi o tome hoće li test otkriti kvar i hoće li sustav stići reagirati. Vrijeme provjere nije fusnota. Ono je dio projekta.
Kategorija 3: K2 odvaja bez čekanja rezultata testa
K1 i K2 serijski su spojeni u napajanju motora. Operater otvara zaštitnu napravu, a upravljanje izdaje naredbu za isključenje oba. Svaki sklopnik ima vlastiti put upravljanja i svaki može sam prekinuti napajanje pogona.
Zavareni K1 ostaje zatvoren. K2 otvara kontakte i prekida struju. Drugi kanal izvršava zaštitni zadatak unatoč kvaru prvog. To je ključna razlika u odnosu na prethodnu varijantu. Tamo je KT intervenirao nakon što je test otkrio kvar. Ovdje K2 dobiva naredbu zato što je zaštitna naprava otvorena. Ne čeka dijagnozu K1.
Transporter je stao. Popravak je i dalje potreban
Operater vidi uobičajeni rezultat: traka se zaustavila. U ormaru jedan sklopnik više ne radi. Dijagnostika otkriva da potvrda otvaranja K1 nije stigla i blokira ponovno uključivanje. K2 je izvršio zadatak neispravnog kanala. Nije ga usput popravio.
Kada bi upravljanje dopustilo nastavak rada s otkrivenim kvarom, sljedeće odvajanje ovisilo bi samo o K2. Kategorija 3 zahtijeva očuvanje podfunkcije nakon pojedinačnog kvara. To vrijedi za elemente i spojeve cijelog ocjenjivanog podsustava. Ako jedan kvar upravljanja može držati obje zavojnice pod naponom, oba sklopnika mogu besprijekorno izvršavati pogrešnu naredbu.
Kategorija 3 zahtijeva najmanje nisku dijagnostičku pokrivenost. Pojedinačni kvar treba otkriti pri pozivanju funkcije ili prije sljedećeg pozivanja kada je to praktično opravdano. Neki kvarovi mogu ostati neotkriveni. Njihovo kasnije nagomilavanje može oduzeti zaštitu — tu počinje razlika prema kategoriji 4.
Kategorija 3 može dosegnuti PL c, d ili e
Pri DCavg = 90% i MTTFD svakog kanala od 10 godina rezultat iz tablice K.1 jest PL c. Pri 30 godina dobiva se PL d, a pri 100 PL e. Izraz „kategorija 3, dakle PL d” zgodna je kratica koja gubi druge dvije mogućnosti.
| MTTFD svakog kanala | PFH — srednja učestalost opasnog kvara po satu | Postignuti PL |
|---|---|---|
| 10 godina | 1,36 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 30 godina | 2,65 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
| 100 godina | 4,29 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
MTTFD se odnosi na svaki kanal zasebno. Dva kanala po 30 godina ne pretvaraju se u jedan kanal s MTTFD od 60 godina. I dalje vrijede zahtjevi kategorije B, provjerena sigurnosna načela i mjere protiv kvarova zajedničkog uzroka.
K2 odvaja pogon unatoč kvaru K1. Dijagnostika zatim odlučuje smije li sustav dobiti dopuštenje za novi ciklus.
Kategorija 4: problem je i kvar koji promakne dijagnostici
Nakon zavarivanja K1 pogon odvaja K2, a upravljanje blokira ponovno uključivanje. Isto se dogodilo i u prethodnoj varijanti. Razlika između kategorija 3 i 4 vidi se tek u široj analizi: što sustav otkriva, kada to otkriva i što se događa s kvarovima koje nije otkrio?
U kategoriji 4 pojedinačni kvar mora ostaviti funkciju djelotvornom i biti otkriven tijekom njezina pozivanja ili prije sljedećeg pozivanja. Ako otkrivanje u tom vremenu nije moguće, nagomilavanje kvarova također mora ostaviti zaštitu djelotvornom.
Sustav provjerava i govori li potvrda istinu
Svaki sklopnik ima zasebno nadziran zrcalni kontakt. Upravljanje provjerava njegov odgovor kroz cijeli ciklus:
- Prije uključivanja oba su sklopnika isključena. Zrcalni kontakti moraju potvrditi da su energetski putovi otvoreni.
- Nakon uključivanja sklopnika potvrda otvorenog stanja mora nestati u određenom vremenu.
- Nakon isključenja potvrda se mora vratiti.
Kod zavarenog K1 posljednja potvrda ne vraća se. K2 odvaja pogon, a logika blokira ponovno uključivanje.
Za kategoriju 4 potreban je DCavg od najmanje 99%. Zašto provjeravati i nestanak potvrde? Dva vodiča zrcalnog kontakta mogu se kratko spojiti. Signal tada stalno tvrdi „K1 otvoren”, čak i kada se sklopnik uključio. Sustav koji provjerava samo prisutnost tog signala prije pokretanja prihvatio bi lažnu potvrdu.
Nadzor promjene otkriva proturječnost: K1 je dobio naredbu za uključenje, a informacija „otvoren” nije nestala. Upravljanje isključuje izlaze i blokira rad. Operater može pritiskati reset koliko želi, ali reset neće razdvojiti kratko spojene vodiče ni zavarene kontakte.
Takva dijagnostika može se primijeniti i u kategoriji 3. O kategoriji 4 odlučuje ponašanje cijelog podsustava prema razmatranim kvarovima i njihovu nagomilavanju. Analiziraju se i upravljački krugovi, povratne informacije te posljedice njihovih kvarova.
Dva ventila pokazuju zašto je to važno
V1 i V2 su sjedišni ventili serijski spojeni na dovodu ulja prema cilindru. Svaki može sam prekinuti dovod. Senzori nadziru položaj zapornih elemenata.
Na V1 otkaže brtva sjedišta. Zaporni element dođe u položaj „zatvoreno”, ali ulje zbog oštećenja propušta. Senzor položaja i dalje govori istinu. Ispravan V2 zaustavlja protok pa se na stroju ništa ne događa.
Kasnije, iz neovisnog razloga, počne propuštati i V2. Protok kroz oba ventila dovoljan je za opasno gibanje cilindra. Na zaslonu i dalje stoje dvije potvrde „zatvoreno”. Savršeno su usklađene i potpuno beskorisne za otkrivanje ovog kvara.
To je nagomilavanje neotkrivenih kvarova koje može oduzeti zaštitu u kategoriji 3. Za kategoriju 4 takav slijed treba prekinuti: na vrijeme otkriti bitno propuštanje ili osigurati očuvanje funkcije pri razmatranom nagomilavanju kvarova.
Ispitivanje nepropusnosti svakog ventila zasebno provjerava upravo ono što senzor položaja ne provjerava. Primjerice, propuštanje povećava tlak u izdvojenom ispitnom prostoru iza ventila, odvojenom od cilindra. Senzor tlaka otkriva porast, a sustav blokira daljnji rad.
Kada bi se oba zatvorena ventila provjeravala istodobno, nepropusni V2 mogao bi sakriti propuštanje V1. Prag i trajanje testa moraju otkriti sigurnosno relevantno propuštanje prije nastanka opasnosti. Projekt obuhvaća i preostali tlak iza ventila: prekid novog dovoda ne uklanja već pohranjenu energiju.
Vrijednost 99% mora proizlaziti iz stvarne dijagnostike
Kategorija 4 zahtijeva visoki DCavg, najmanje 99%, i visoki MTTFD svakog kanala. Tih 99% odnosi se na učestalost otkrivenih opasnih kvarova. Otkrivanje devet rijetkih vrsta kvarova uz propuštanje jednog čestog može dati slab rezultat. Popis kvačica tada izgleda bolje od zaštite.
Pri DCavg = 99% tablica K.1 za kategoriju 4 daje PL e i za MTTFD kanala od 30 i za 100 godina. Različite vrijednosti PFH nalaze se u istoj razini.
| MTTFD svakog kanala | PFH — srednja učestalost opasnog kvara po satu | Postignuti PL |
|---|---|---|
| 30 godina | 9,54 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 100 godina | 2,47 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 2 500 godina | 9,06 × 10⁻¹⁰ 1/h | PL e |
Za kategoriju 4 model dopušta MTTFD kanala do 2 500 godina. To je statistički parametar, ne životni vijek aparata. Načela kategorije B, provjerena sigurnosna načela i mjere protiv zajedničkih uzroka kvarova i dalje vrijede.
Točka 6.1.3.2.6 navodi da u praksi može biti dovoljno razmatrati kombinacije dvaju kvarova. Izostavljanje neotkrivenih kvarova vrlo male vjerojatnosti zahtijeva dokumentiranu i provjerenu analizu, primjerice FMEA. Dijagnostika mora provjeravati sposobnost izvršenja zadatka. Ventil može ispravno potvrđivati položaj i svejedno propuštati ulje.
Kategorija 4 ne nastaje zato što je na crtežu nacrtano više povratnih signala. Nastaje tek kada analiza pokaže da pojedinačni kvarovi i njihovo relevantno nagomilavanje ne oduzimaju zaštitu.
Pet kategorija, jedan zavareni K1
U kategorijama B i 1 zavarivanje K1 ostavlja motor pod naponom. U kategoriji 2 odvajanje izvršava KT nakon što TE otkrije kvar. U kategorijama 3 i 4 odvaja K2, koji naredbu dobiva zajedno s otvaranjem zaštitne naprave. Dijagnostika otkriva kvar i blokira sljedeći ciklus.
Zato se pri ocjeni sustava provjerava i ono što slijedi nakon prve uspješne zaštitne reakcije. Jedno dobro zaustavljanje nije dokaz da će arhitektura ostati sigurna pri sljedećem kvaru.
Dva sklopnika mogu izgubiti od istog kratkog spoja
Dosad se K1 kvario, a K2 spašavao odvajanje. Sada iza K2 nastaje kratki spoj. Struja kratkog spoja prolazi kroz oba zatvorena sklopnika i oštećuje oba. Drugi kanal susreo je isti uzrok kao prvi. To je CCF — kvar zajedničkog uzroka.
U kategorijama 3 i 4 CCF se odnosi na oba funkcionalna kanala, a u kategoriji 2 na funkcionalni i ispitni kanal. Projektant konkretnim mjerama ograničava zajedničku izloženost.
K2 se zatvara prvi i otvara posljednji
Najprije se zatvara K2. K1 je još otvoren pa struja motora ne teče. Zatim K1 zatvara krug i uključuje opterećenje. Pri isključenju redoslijed je obrnut: K1 prekida struju, a K2 otvara malo kasnije, već bez struje opterećenja.
Oba tijekom rada vode istu struju, ali uvjeti sklapanja nisu isti. K2 obično izbjegava uključivanje zaletne struje i prekidanje opterećenja, čime se smanjuje električno trošenje kontakata. Mehanizam ipak izvršava svaki pokret pa mehaničko trošenje ostaje.
K2 mora biti odabran i za samostalno prekidanje punog opterećenja jer će upravo to učiniti nakon zavarivanja K1. Mora se isključiti u utvrđenom vremenu, bez čekanja potvrde K1. Kod zavarivanja ta potvrda ionako neće stići. Kašnjenje i vremena aparata moraju stati u zahtijevano vrijeme odziva funkcije.
Zaštita od kratkog spoja mora ograničiti posljedice zajedničkog događaja
Redoslijed sklapanja razlikuje izloženost pri uključivanju i isključivanju. Kod kratkog spoja, dok su oba sklopnika zatvorena, struja opterećuje oba. Zaštita F mora je prekinuti, a posljedice ovise o vrijednosti struje i vremenu protjecanja.
Projektant utvrđuje očekivanu struju kratkog spoja na mjestu ugradnje i provjerava komplet: konkretan sklopnik, vrstu i nazivnu struju zaštite, napon te uvjete primjene. Podaci proizvođača određuju njihovu dopuštenu koordinaciju. Sama nazivna struja motora ne opisuje dovoljno.
Kontakti zavareni tijekom kratkog spoja mogu ostati zatvoreni i nakon djelovanja F. Osigurač prekida struju. Popravak sklopnika nije uključen u cijenu. Prije povratka u rad treba pregledati oba aparata i ukloniti oštećenja.
IEC 60947-4-1, točka 8.2.5.1, dopušta mogućnost zavarivanja kontakata i kod koordinacije tipa 2. Proizvođač propisuje potrebne postupke održavanja. Primjena druge zaštite od preporučene može poništiti koordinaciju.
Zajednička trasa, zajedničko napajanje, zajedničko pregrijavanje
Vodiči obiju zavojnica prolaze istim snopom. Njegovo prignječenje spaja oba upravljanja na +24 V. Odvojene i zaštićene trase te razdvojene stezaljke smanjuju mogućnost da jedan kvar zahvati oba kanala.
Zajedničko napajanje nakon kvara daje previsok napon. Projektant provjerava njegovo ponašanje pri kvaru i primjenjuje odgovarajuće ograničenje napona ili vanjsku zaštitu napajanih krugova.
Oba sklopnika griju se iznad frekvencijskog pretvarača. Nakon kvara ventilatora temperatura prelazi dopuštenu vrijednost. Raspored aparata, razmaci i hlađenje moraju biti odabrani i za taj slučaj. Otvoren ormar tijekom primopredaje obično ima izvrsnu ventilaciju. Zatvoren u kolovozu više nije ista priča.
Oba kanala prolaze uz motorne kabele frekvencijskog pretvarača. Razdvajanje trasa, oklapanje i izjednačenje potencijala pomažu ograničiti zajednički utjecaj elektromagnetskih smetnji. Otpornost mora odgovarati stvarnim uvjetima rada.
Prilog F uređuje ocjenu bodovima. Potrebno je najmanje 65 bodova za primijenjene mjere. Primjerice: razdvajanje kanala 15, zaštita od odgovarajućih prekomjernih struja i prenapona 15, mjere za elektromagnetske smetnje 25 te ostali okolišni čimbenici 10.
Takav rezultat može se opravdati i s identičnim sklopnicima. Različite konstrukcije, tehnike, opterećenja ili proizvođači daju do 20 bodova u jednoj stavci. Dvije robne marke na istom proizvodu i dalje su isti proizvod. Stavka mora biti potpuno provedena u ocjenjivanom podsustavu; djelomična provedba daje nula bodova.
Drugi kanal pomaže samo dok zajednički uzrok ne oduzme sposobnost rada obama kanalima.
A gdje su dva kanala u senzoru, releju i PLC-u?
K1 i K2 lako je pokazati prstom. U elektronici kanali mogu biti unutar istog kućišta. Norma opisuje logičku strukturu, dok unutarnja rješenja konkretnog uređaja određuje njegov proizvođač.
Dva senzora na jednoj zaštitnoj napravi
Induktivni senzori S1 i S2 otkrivaju metalni element zatvorene zaštitne naprave. Svaki šalje vlastiti signal na zaseban upravljački ulaz. Za rad su potrebne dvije potvrde „zatvoreno”.
S1 se pokvari i stalno pokazuje „zatvoreno”. Operater otvara zaštitnu napravu, a metal se udaljava od oba senzora. Ispravni S2 mijenja signal i upravljanje izdaje naredbu za zaustavljanje. Gubitak jedne potvrde dovoljan je za reakciju.
Jedan sigurnosni senzor, dva izlaza OSSD
Induktivni sigurnosni senzor može imati dijagnostiku i dva nadzirana elektronička izlaza OSSD. Nakon udaljavanja metala oba se izlaza isključuju i upravljanju prenose zahtjev za zaustavljanje. Dijagnostika nadzire i njihovu sposobnost isključenja.
Obični senzor može imati dva izlaza koja rade drukčije: jedan elektronički sklop otkriva metal, a isti rezultat upravlja obama izlazima. Izlaz NO uključuje se nakon otkrivanja metala, dok se NC tada isključuje. Ako elektronika pogrešno otkrije metal uz otvorenu zaštitnu napravu, oba izlaza ponašaju se kao da je ona zatvorena. Provjera njihovih suprotnih stanja neće otkriti pogrešku.
Upravljanje je dobilo dvije verzije iste pogreške. Sličan rezultat daje grananje jednog signala na dva ulaza.
Sigurnosni relej i upravljački uređaj
U klasičnom sigurnosnom releju rade dva unutarnja releja R1 i R2. Njihovi kontakti koji dopuštaju rad spojeni su serijski. Kada se kontakt R1 zavari, R2 i dalje otvara izlaz. Mehanički povezani nadzorni kontakti omogućuju otkrivanje zavarivanja i blokiranje ponovnog uključivanja.
PLC u izvedbi povezanoj sa sigurnošću može upotrebljavati dva procesora i uspoređivati rezultate. Jedan pogrešno izračuna dopuštenje gibanja, a drugi zaustavljanje. Neslaganje pokreće zaštitnu reakciju. Testovi obuhvaćaju memoriju, izvršavanje programa te ulaze i izlaze.
Dvije kopije programa u običnom PLC-u mogu raditi na jednom procesoru. Njegov kvar zahvatit će obje kopije. Kopiranje koda lakše je od izgradnje otpornosti na kvarove — i daje potpuno drukčiji rezultat.
Sigurnosna svjetlosna zavjesa
Operater prekida zrake između odašiljača i prijamnika. Zavjesa isključuje OSSD1 i OSSD2. Ako neispravni OSSD1 ostane uključen, isključenje OSSD2 i dalje je dovoljno da povezano upravljanje izda naredbu za zaustavljanje.
Svaki izlaz mora ići na za njega predviđen ulaz. Dijagnostika obuhvaća izlaze i njihove spojeve. U dokumentaciji uređaja projektant provjerava postignuti PL, kategoriju, vrijeme odziva i zahtijevani način spajanja. Tek tada zna kako svojstva gotovog podsustava upotrijebiti u konkretnoj funkciji.
Isti PL, različito ponašanje nakon kvara
Jedan projektant postiže PL d u kategoriji 2, drugi u kategoriji 3. Oba rezultata mogu biti ispravna. Prvi je primijenio pouzdaniji kanal s testiranjem, a drugi dva funkcionalna kanala.
| Kategorija | MTTFD kanala | DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 100 godina | 90% | 2,29 × 10⁻⁷ | d |
| 3 | 30 godina | 90% | 2,65 × 10⁻⁷ | d |
U kategoriji 2 navedeni MTTFD odnosi se na funkcionalni kanal. U kategoriji 3 odnosi se na svaki od dvaju kanala. Oba PFH nalaze se u rasponu PL d, ali kategorija 2 može izgubiti podfunkciju između testova, dok je kategorija 3 zadržava nakon pojedinačnog kvara.
Ako SRS ili norma tipa C za konkretni stroj zahtijeva očuvanje funkcije nakon pojedinačnog kvara, projektant mora osigurati upravo takvo ponašanje. Samo slovo d ne rješava izbor arhitekture.
Ista kategorija, bolja dijagnostika
U kategoriji 3, uz MTTFD svakog kanala od 100 godina, promjena DCavg sa 60% na 90% pomiče rezultat s PL d na PL e.
| DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|
| 60% | 1,01 × 10⁻⁷ | d |
| 90% | 4,29 × 10⁻⁸ | e |
Viša dijagnostička pokrivenost mora proizlaziti iz učinkovitijeg otkrivanja kvarova i odgovarajuće reakcije. Nadzor promjene povratnog signala može otkriti kratki spoj koji stalno potvrđuje otvoreni sklopnik. Takva rješenja mijenjaju stvarno ponašanje sustava. Promjena polja sa 60 na 90% u programu za proračun zasad mijenja samo ispis.
Brojčane vrijednosti proizlaze iz modela podsustava u ISO 13849-1:2023. Metoda iz točke 6.1.8 pretpostavlja 20 godina predviđene uporabe, stalne intenzitete kvarova i odgovarajuće mjere protiv CCF. Za elemente koji se istroše ranije moraju se uzeti u obzir njihova ograničenja uporabe.
U kategoriji 2 vrijede i zahtjevi za ispitni kanal te učestalost testiranja ili vrijeme reakcije pri pozivanju funkcije. Za periodično testiranje prikazani PFH odgovara omjeru učestalosti testova i pozivanja od najmanje 100:1. Napomena 1 uz tablicu K.1 daje procjenu za omjer najmanje 25:1 množenjem tabličnog PFH s 1,1.
Tablične vrijednosti za niski, srednji i visoki DCavg izračunane su pri 60%, 90% i 99%. PL opisuje razinu učinkovitosti. Kategorija objašnjava kako se sustav nosi s kvarovima. Za izbor rješenja trebaju obje informacije.
PL govori koliko je funkcija statistički učinkovita. Kategorija govori što sustav radi kada se nešto pokvari. Jedan podatak ne zamjenjuje drugi.
Sklopnici su spremni odvojiti. Samo naredba nije stigla
Podsustav K1–K2 postiže PL e. Senzor zaštitne naprave ipak pogrešno javlja logici da su vrata zatvorena. Upravljanje dopušta gibanje pa oba sklopnika ostaju uključena. Mogu biti ispravna i savršeno nadzirana. Problem je nastao ranije, na ulazu funkcije.
Zato projektant ocjenjuje cijeli lanac: ulaz → logika → izlaz, uključujući spojeve. Za serijsku kombinaciju podsustava s poznatim PFH njihove se vrijednosti zbrajaju. PL cjeline ograničavaju rezultat zbroja i najniži PL bilo kojeg podsustava.
Tri podsustava po 4 × 10⁻⁸ 1/h daju ukupno 1,2 × 10⁻⁷ 1/h — PL d. Svaki se zasebno nalazio u PL e. Račun je jednostavan: cijela funkcija ima više mjesta na kojima može opasno zakazati. Pojedinosti objašnjava članak o izračunu PL prema ISO 13849-1.
Nakon odvajanja napajanja traci još treba vrijeme za kočenje. Zaštita mora djelovati prije nego što čovjek dosegne opasnost. Tu vezu jasno pokazuje primjer udaljenosti sigurnosne svjetlosne zavjese nakon promjene vremena odziva. Pri povezivanju podsustava ocijenjenih različitim metodama korisna je i usporedba ISO 13849-1 i IEC 62061.
Nakon nekoliko godina netko će zamijeniti K1
Novi sklopnik ima istu nazivnu struju i stane na DIN nosač. Serviseru ipak trebaju odgovarajući zrcalni kontakt, prikladna vremena djelovanja i podaci o trajnosti. Ta su svojstva bila dio projekta. Zapis „24 V, isti broj ampera” izostavlja upravo ono što dijagnostika treba.
Dokumentacija mora omogućiti rekonstrukciju razloga odabira aparata, onoga što sustav nadzire i načina reakcije na kvar. Bez toga ostaje poziv autoru programa i nada da još pamti razlog svakog uvjeta. Tako dokaz projekta postaje ovisan o pamćenju jedne osobe.
| Polje | Zapis |
|---|---|
| Opseg | Izlazni podsustav K1–K2 sa spojevima i nadzorom; zadatak: odvajanje napajanja pogona. |
| Razmatrani kvar | K1 ostaje zatvoren unatoč naredbi za isključenje. |
| Zahtijevana reakcija | K2 samostalno odvaja pogon. Izostanak povratnog signala K1 otkriva kvar i blokira ponovno uključivanje. |
| Dokaz koji treba pribaviti | Analiza kvarova i ispitivanje T-01: provjera odvajanja preko K2, vremena odziva, otkrivanja i blokade. Rezultat se zapisuje za konkretnu verziju sustava. |
Potpuna kartica povezuje takav zapis sa SRS, verzijom sheme, osnovama MTTFD, DCavg i CCF te rezultatima validacije. U njoj se obrazlažu i primijenjena isključenja kvarova.
Preuzmite karticu obrazloženja kategorije u PDF-u na engleskom: primjer K1–K2 i obrazac za vlastiti projekt nalaze se u jednoj datoteci s poljima za ispunjavanje na računalu.
Voditelj ne mora sam računati PFH. Može od dobavljača tražiti da na shemi pokaže jedan kvar: što se pokvarilo, što i dalje štiti čovjeka, kada upravljanje primjećuje problem i gdje je zapisan rezultat provjere. To vodi mnogo boljem razgovoru od pitanja o marki releja.
Dva sklopnika samo su stavka na popisu nabave. Tek njihovo ponašanje, dijagnostika i obrazloženje projekta omogućuju dodjelu kategorije.
Izvori
Primjeri transportera, sklopnika i ventila služe objašnjenju zahtjeva. Vrijednosti PFH i pripadajući PL preuzeti su iz tablice K.1 norme navedene u nastavku.
- ISO 13849-1:2023: točke 4.5, 5.1, 5.2.1 i 5.3–5.5 — podaci iz procjene rizika, SRS, PLr i podjela na podsustave; definicije 3.1.45–3.1.47 i točke 6.1.3.1–6.1.3.2.1 — podsustav, kanal i arhitekture.
- ISO 13849-1:2023: točke 6.1.3.2.2–6.1.3.2.6 — zahtjevi kategorija B–4, reakcija na kvarove, testiranje i nagomilavanje kvarova; definicije 3.1.49–3.1.50 i točka 6.1.11 — provjerena sigurnosna načela i komponente.
- ISO 13849-1:2023: tablice 2, 6 i 7, točke 6.1.4–6.1.5 i 6.1.8, prilozi C–E te tablica K.1 s napomenama 1–2 — PL, PFH, MTTFD, DC, podaci o trajnosti, broj sklapanja i pretpostavke brojčanih modela.
- ISO 13849-1:2023: točka 6.1.6, prilog F i tablica F.1 — CCF, mjere protiv zajedničke izloženosti, bodovna ocjena i prag od 65 bodova; F.3.2 — različitost; F.3.3 i F.3.6 — zaštita, smetnje i okolišni uvjeti.
- IEC 60947-4-1: točka 8.2.5.1 — koordinacija sklopnika sa zaštitom od kratkog spoja i koordinacija tipa 2; točke 8.2.4.3.1–8.2.4.3.2 i prilog B — mehanička i električna trajnost; prilog F — svojstva i označavanje zrcalnih kontakata.
- ISO 13849-1:2023: točka 6.1.10, definicije 3.1.29–3.1.30 i 3.1.51–3.1.52, prilog E i tablica E.1 — analiza kvarova, nadzor, testiranje i provjera vjerodostojnosti; poglavlje 7 i prilog N — programska podrška i prethodno ocijenjene platforme; točka 13.2 — informacije za integraciju.
- ISO 4413: točka 5.4.4.1 — nepropusnost i prikladnost ventila za sigurnosnu primjenu; točke 5.4.7.1–5.4.7.2.1 — neželjeno gibanje, odvajanje energije i rasterećenje tlaka.
- ISO 13849-1:2023: točka 6.2.2 i poglavlje 8 — kombiniranje podsustava, zbroj PFH i ograničenja postignutog PL; točka 5.2.2.2 — zaustavljanje; točke 10.1.1–10.1.2 i 10.8 te poglavlje 12 — validacija, zapisnici i tehnička dokumentacija.