„Du kontaktoriai ir saugos relė, vadinasi, 3 kategorija.“ Spintoje viskas atrodo teisingai. Pirkimų sąraše irgi. Tačiau tik susilydę kontaktoriaus kontaktai parodo, kiek šios tvarkos lieka realiai veikiant mašinai.
Operatorius atidaro konvejerio apsaugą. Valdymas išjungia K1 ritę, bet jo galios kontaktai susilydę. Variklis tebemaitinamas. Komanda buvo teisinga. Kontaktorius jos tiesiog neįvykdė. Antras kontaktorius gali išgelbėti atjungimą, o diagnostika – aptikti triktį ir užblokuoti kitą paleidimą. Viskas priklauso nuo to, kaip projektuotojas sukonstravo grandinę.
Saugos kategorijos pagal ISO 13849-1 apibūdina posistemės atsparumą triktims ir jos elgseną joms atsiradus. B, 1, 2, 3 ir 4 kategorijų skirtumus lengviausia suprasti sprendžiant tą pačią užduotį: atjungti pavaros maitinimą net tada, kai grandinėje kas nors sugenda. Priėmimo metu kiekviena tvarkinga grandinė moka gražiai pasirodyti. Kategorijos prabyla tada, kai grandinė jau nebėra tvarkinga.
Pirmiausia užduotis, tik paskui aparatai spintoje
Operatorius turi pataisyti detalę. Juosta privalo sustoti iki žmogui pasiekiant pavojingą vietą ir likti sustojusi, kol dirbama atidarius apsaugą. Projektuotojas šiuos reikalavimus nustato atlikdamas rizikos vertinimą pagal ISO 12100, o paskui įrašo į saugos reikalavimų specifikaciją – SRS.
Visa saugos funkcija apima apsaugo atidarymo aptikimą, valdymo sprendimą ir pavaros atjungimą. Kiekvieną šią dalį galima išskirti kaip atskirą posistemę. Toliau nagrinėjamuose variantuose keičiasi išėjimo posistemė: kontaktoriai, jų jungtys ir kontrolė. Jos užduotis, tai yra pofunkcė, – atjungti pavaros maitinimą.
Kontaktorius veikia kaip elektra valdomas jungiklis. Įtampa ritėje uždaro galios kontaktus, kuriais srovė teka į variklį. Išjungus ritę, tvarkingas aparatas juos atveria. Kontaktų susilydymas atima būtent šią gebą.
Kai naudojami du nuosekliai sujungti kontaktoriai K1 ir K2, variklio srovė teka per abu. Atvėrus bet kurį iš jų, grandinė nutrūksta. Kiekvienas kontaktorius kartu su savo valdymu sudaro atskirą atjungimo kelią, vadinamą kanalu.
B kategorija: K1 kontaktai susilydė, maitinimas liko
Pavarą atjungia vienas kontaktorius K1. Atidarius apsaugą, valdymas išjungia ritę, kontaktai atsiveria ir variklis netenka maitinimo. Tūkstančius ciklų viskas gali vykti būtent taip.
Per kitą įjungimą kontaktai susilydo. Konvejeris tebeveikia, todėl operatorius dar nieko nepastebi. Jis atidaro apsaugą. Ritės įtampa dingsta, tačiau variklio srovė nenutrūksta. Grandinėje nėra antro elemento, galinčio ją nutraukti. Viena triktis panaikina posistemės gebą atjungti pavarą.
Jeigu vietoj kontaktų susilydymo nutrūktų ritės laidas, tvarkingas kontaktorius išsijungtų. Tai kita triktis ir kitas padarinys. Teiginys „gedimo atveju kontaktorius atkristų“ skamba puikiai tol, kol jo autorius pats pasirenka patogų gedimą.
B kategorijai būtini pagrindiniai saugos principai ir realias naudojimo sąlygas atitinkantys komponentai. Kontaktorius turi atlaikyti apkrovą, perjungimų skaičių ir temperatūrą spintoje. Raidė B nėra leidimas montuoti tai, kas liko sandėlyje.
Kada B kategorija duoda PL a, o kada PL b?
Dvi išoriškai vienodos grandinės gali turėti skirtingą pavojingųjų gedimų dažnį. Vienas kontaktorius įjungia variklį kartą per pamainą, kitas – kiekvienai detalei. Modelis tas pats, perjungimų skaičius visai kitas.
Projektuotojas įvertina aparato ilgaamžiškumą ir faktinį mašinos darbo režimą. Jis nustato MTTFD – vidutinį laiką iki pavojingojo gedimo. Kuo ši vertė didesnė, tuo statistiškai rečiau įvyksta pavojingieji gedimai. Vertinant kanalą įtraukiami visi elementai, kurių gedimas gali panaikinti gebą atjungti pavarą.
B kategorijos posistemės pavyzdžiai pagal K.1 lentelę
| Kanalo MTTFD | PFH – vidutinis pavojingojo gedimo dažnis per valandą | Pasiekiamas PL |
|---|---|---|
| 10 metų | 1,14 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 12 metų | 9,51 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 20 metų | 5,71 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
Esant 10 metų MTTFD gaunamas PL a, o esant 12 metų – jau PL b, nes PFH nukrinta žemiau 10⁻⁵ 1/h ribos. Pasikeičia patikimumas. Tačiau susilydžius K1 kontaktams abi grandinės elgsis vienodai.
MTTFD yra statistinis parametras. Skaičiavime gauti „20 metų“ nėra nei dvidešimties metų garantija, nei automatinė keitimo data. Keitimo terminą reikia nustatyti pagal aparato naudojimo sąlygas ir apribojimus.
Pateiktos vertės taikomos išėjimo posistemei. Visoje saugos funkcijoje prisideda jutiklio ir logikos PFH: įėjimo PFH + logikos PFH + išėjimo PFH. Suma lyginama su PL intervalais, o galutinį rezultatą papildomai riboja mažiausias kurios nors posistemės PL. Todėl PL b išėjimas, sujungtas su kitomis dalimis, visai funkcijai gali duoti PL a.
B kategorija gali pasiekti daugiausia PL b. Jeigu reikalaujamas veikimo lygis PLr yra d, reikia kitos architektūros. Dar vienas sėkmingas apsaugo atidarymas priėmimo metu šios ribos nepastums.
1 kategorija: ta pati problema turi pasitaikyti rečiau
Pavarą vis dar atjungia vienas K1. Projektuotojas padidina jo patikimumo ir taikymo reikalavimus. Be B kategorijos principų, naudojami išbandyti komponentai ir išbandyti saugos principai. Taikant supaprastintą metodą, kanalo MTTFD turi būti didelis – nuo 30 iki 100 metų.
„Išbandytas“ reiškia išbandytą konkrečiomis darbo sąlygomis. Aparatas, metų metus be problemų junginėjęs šildytuvus, dabar gauna variklį su didele paleidimo srove ir dažnais įjungimais. Pažįstamas logotipas liko. Apkrova – ne.
Parinkimą turi pagrįsti dokumentuota panašių taikymų patirtis arba savybės, patvirtintos projektavimu, verifikavimu ir validavimu pagal atitinkamus standartus. ISO 13849-2 taip pat nurodo komponentus ir sąlygas, kuriomis juos galima laikyti išbandytais.
Projektuotojas taiko principus, mažinančius trikčių atsiradimą arba jų pavojingus padarinius. O tada K1 kontaktai vis tiek susilydo. Ritė išjungiama, kontaktai lieka uždaryti, variklis tebemaitinamas. 1 kategorija sumažina tokio gedimo tikimybę. Antro kanalo ji nesukuria.
Didesnis patikimumas: nuo PL b iki PL c
Kai kanalo MTTFD lygus 30 metų, K.1 lentelė duoda PL b. Esant 39 metams PFH nukrinta žemiau 3 × 10⁻⁶ 1/h ir rezultatas pereina į PL c.
1 kategorijos posistemės pavyzdžiai pagal K.1 lentelę
| Kanalo MTTFD | PFH – vidutinis pavojingojo gedimo dažnis per valandą | Pasiekiamas PL |
|---|---|---|
| 30 metų | 3,80 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 39 metai | 2,93 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 metų | 1,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
1 kategorijos riba – PL c. Geresnis aparatas turi vertę: jis rečiau sugenda. Tačiau jeigu kontaktai vis dėlto susilydo, pavara neturi antro atjungimo kelio.
1 kategorijos apsauga remiasi didesniu vieno kanalo patikimumu. To kanalo triktis vis dar gali panaikinti apsaugą.
2 kategorija: grandinė tikrina, ar K1 įvykdė komandą
Operatorius atidaro apsaugą. Valdymas išjungia K1 ir laukia patvirtinimo, kad jo kontaktai atsivėrė. Šį kartą komandos įvykdymas tikrinamas.
Grįžtamąjį signalą perduoda kontaktoriaus veidrodinis kontaktas. Jo konstrukcija neleidžia jam užsidaryti, kai galios kontaktas lieka susilydęs. Todėl grandinė gauna informaciją: K1 atvėrė grandinę arba komandos neįvykdė.
K1 kontaktai susilydė. Patvirtinimas negrįžta. Bandymas aptinka triktį ir sukelia reakciją. Šiame variante papildomas kontaktorius KT, nuosekliai sujungtas su K1, atjungia maitinimą. Valdymas nebeleidžia įjungti pavaros, kol triktis nepašalinta.
Standarte bandymo įrenginys žymimas TE, o jo išėjimas – OTE. Čia OTE valdo KT. K1 priklauso funkciniam kanalui, atliekančiam įprastą atjungimą. TE ir OTE sudaro bandymo kanalą, kuris tikrina užduoties įvykdymą ir inicijuoja reakciją į triktį.
Spintoje yra du kontaktoriai, tačiau tai vis dar 2 kategorijos pavyzdys. KT gauna atjungimo užduotį tik aptikus K1 problemą. Jau čia aparatų skaičiavimas pradeda pralaimėti schemos skaitymui.
Vakar veikė. Šiandien įjungiant kontaktai jau susilydė
K1 sėkmingai praeina bandymą. Per kitą įjungimą jo kontaktai susilydo. Iki kito patikrinimo funkcinis kanalas lieka neveiksnus. Ankstesnis bandymo rezultatas nieko neslėpė – mašina tiesiog spėjo sugesti vėliau.
Todėl 2 kategorijos posistemė tarp bandymų gali prarasti pofunkcę. Projektuotojas turi nustatyti, kada vykdomas bandymas ir kaip greitai grandinė reaguoja. Jeigu tikrinimas prasideda atidarant apsaugą, triktis turi būti aptikta, KT išjungtas, o judesys sustabdytas iki žmogui pasiekiant pavojingą zoną.
Kai PLr yra d, OTE turi inicijuoti saugią būseną ir ją išlaikyti iki trikties pašalinimo. Šioje grandinėje tam skirtas KT. Raudonas pranešimas ekrane variklį paliktų su įtampa. Jis tik labai aiškiai paaiškintų operatoriui, kodėl apsauga neveikia.
Bandymų dažnis ir reakcijos laikas pagal standartą
6.1.3.2.4 punkte numatyta, kad bandymai turi būti atliekami bent 100 kartų dažniau, nei pareikalaujama funkcijos, arba bandymas turi prasidėti iš karto pareikalavus funkcijos, o triktis turi būti aptikta ir mašina pervesta į nepavojingą būseną iki žmogui pasiekiant pavojingą zoną.
Apsaugo atidarymas čia yra saugos funkcijos pareikalavimas – momentas, kai jos reakcija tampa reikalinga. Dažnių santykis 100:1 nereiškia šimto bandymų prieš kiekvieną apsaugo atidarymą.
Bandymo kanalo TE–OTE MTTFD turi viršyti pusę funkcinio kanalo MTTFD. Kiekvienai funkcinio kanalo daliai būtinas bent mažas diagnostikos aprėpties lygis. Taip pat taikomi B kategorijos principai, išbandyti saugos principai ir priemonės nuo abiejų kanalų gedimų dėl bendrosios priežasties.
Kai PLr neviršija c, OTE taip pat turi inicijuoti saugią būseną, jeigu tai praktiškai įmanoma. Kai neįmanoma, standartas leidžia, kad pakankama priemonė galėtų būti įspėjimas. Esant PLr d, saugi reakcija yra privaloma.
Bandymas gali duoti PL d, bet svarbus ir patikimumas
DC, arba diagnostikos aprėptis, apibūdina pavojingųjų gedimų aptikimo veiksmingumą. Visai posistemei nustatomas vidutinis diagnostikos aprėpties rodiklis DCavg, atsižvelgiant į pavojingųjų gedimų dažnius atskirose jos dalyse.
Esant tam pačiam DCavg = 90 %, 2 kategorija pagal K.1 lentelę duoda PL a, kai funkcinio kanalo MTTFD yra 3 metai, PL b – kai 10 metų, PL c – kai 30 metų, ir PL d – kai 100 metų. Bandymas yra visuose variantuose. Skiriasi gedimų, su kuriais jam tenka susidoroti, dažnis.
2 kategorijos posistemė, DCavg = 90% — pavyzdžiai pagal K.1 lentelę
| Funkcinio kanalo MTTFD | PFH – vidutinis pavojingojo gedimo dažnis per valandą | Pasiekiamas PL |
|---|---|---|
| 3 metai | 1,99 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 10 metų | 5,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 30 metų | 1,21 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 metų | 2,29 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
2 kategorijoje apsauga priklauso nuo to, ar bandymas aptiks triktį ir ar grandinė spės sureaguoti. Patikrinimo laikas nėra smulkmena. Jis yra projekto dalis.
3 kategorija: K2 atjungia nelaukdamas bandymo rezultato
K1 ir K2 nuosekliai įjungti variklio maitinimo grandinėje. Operatorius atidaro apsaugą, o valdymas iš karto duoda komandą išjungti abu kontaktorius. Kiekvienas turi atskirą valdymo kelią ir kiekvienas gali savarankiškai nutraukti pavaros maitinimą.
Susilydęs K1 lieka uždarytas. K2 atveria kontaktus ir nutraukia srovę. Antras kanalas atlieka apsauginę užduotį, nors pirmasis turi triktį. Tai esminis skirtumas nuo ankstesnio varianto.
Ten KT įsikišo po to, kai bandymas aptiko K1 triktį. Čia K2 gauna išjungimo komandą todėl, kad buvo atidarytas apsaugas. Jam nereikia laukti K1 diagnostikos.
Konvejeris sustojo. Remontas vis tiek būtinas
Operatorius mato įprastą rezultatą: juosta sustojo. Tačiau spintoje vienas kontaktorius jau neveikia. Diagnostika aptinka, kad K1 nepatvirtino atsivėrimo, ir blokuoja kitą įjungimą.
K2 atliko užduotį už kanalą su triktimi. Jis jo nepataisė. Jeigu valdymas leistų tęsti darbą esant aptiktai trikčiai, kitas atjungimas jau priklausytų tik nuo K2.
3 kategorija reikalauja, kad po vienos trikties pofunkcė išliktų. Tai taikoma visiems vertinamos posistemės elementams ir jungtims. Jeigu viena valdymo triktis gali palikti abi rites su įtampa, abu kontaktoriai gali nepriekaištingai vykdyti neteisingą komandą.
Taip pat būtina bent maža diagnostikos aprėptis. Viena triktis turi būti aptikta pareikalavus funkcijos arba iki kito pareikalavimo, kai tai praktiškai pagrįsta. Kai kurios triktys gali likti neaptiktos. Vėlesnis jų susikaupimas gali panaikinti apsaugą – būtent čia prasideda skirtumas tarp 3 ir 4 kategorijų.
3 kategorija gali pasiekti PL c, d arba e
Kai DCavg = 90 %, o kiekvieno kanalo MTTFD yra 10 metų, K.1 lentelė duoda PL c. Esant 30 metų gaunamas PL d, o esant 100 metų – PL e. Posakis „3 kategorija, vadinasi, PL d“ yra patogus trumpinys, išmetantis dvi kitas galimybes.
3 kategorijos posistemė, DCavg = 90% — pavyzdžiai pagal K.1 lentelę
| Kiekvieno kanalo MTTFD | PFH – vidutinis pavojingojo gedimo dažnis per valandą | Pasiekiamas PL |
|---|---|---|
| 10 metų | 1,36 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 30 metų | 2,65 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
| 100 metų | 4,29 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
MTTFD vertė taikoma kiekvienam kanalui atskirai. Du kanalai po 30 metų nevirsta vienu 60 metų MTTFD kanalu.
Lieka galioti B kategorijos reikalavimai, išbandyti saugos principai ir priemonės nuo gedimų dėl bendrosios priežasties. K2 atjungia pavarą nepaisydamas K1 trikties. Diagnostika nusprendžia, ar grandinei galima leisti pradėti kitą ciklą.
4 kategorija: problema tampa ir diagnostikos nepastebėta triktis
Susilydžius K1 kontaktams, pavarą atjungia K2, o valdymas blokuoja kitą įjungimą. Lygiai tas pats nutiko ankstesniame variante. Skirtumas tarp 3 ir 4 kategorijų išryškėja tik pažvelgus plačiau: ką grandinė aptinka, kada aptinka ir kas nutinka triktims, kurių diagnostika nepastebi?
4 kategorijoje viena triktis turi nepanaikinti funkcijos ir būti aptikta pareikalavus funkcijos arba iki kito pareikalavimo. Jeigu per tą laiką jos aptikti neįmanoma, net ir susikaupus triktims apsauga turi likti veiksminga.
Grandinė tikrina ir tai, ar patvirtinimas sako tiesą
Kiekvienas kontaktorius turi atskirai kontroliuojamą veidrodinį kontaktą. Valdymas tikrina jo atsaką per visą ciklą:
- Prieš įjungimą abu kontaktoriai išjungti. Jų veidrodiniai kontaktai turi patvirtinti, kad galios grandinės atviros.
- Įjungus kontaktorių, atsivėrimo patvirtinimas per nustatytą laiką turi išnykti.
- Išjungus kontaktorių, patvirtinimas turi sugrįžti.
- Susilydžius K1 kontaktams, paskutinis patvirtinimas negrįžta. K2 atjungia pavarą, o logika blokuoja paleidimą.
4 kategorijai būtinas bent 99 % DCavg. Kodėl tikrinti ir patvirtinimo išnykimą? Du veidrodinio kontakto laidai gali susijungti trumpuoju jungimu. Tada signalas nuolat teigia „K1 atviras“, net kai kontaktorius ką tik įjungtas.
Grandinė, tikrinanti tik šio signalo buvimą prieš paleidimą, priimtų klaidingą patvirtinimą. Signalų kaitos kontrolė aptinka prieštaravimą: K1 gavo įjungimo komandą, tačiau informacija „atviras“ liko. Valdymas išjungia išėjimus ir blokuoja darbą. Operatorius gali spausti atkūrimo mygtuką, bet atkūrimas nei atskirs susijungusių laidų, nei atplėš susilydžiusių kontaktų.
Tokią diagnostiką galima taikyti ir 3 kategorijoje. 4 kategoriją lemia visos posistemės elgsena nagrinėjamų trikčių ir jų susikaupimo atžvilgiu. Projektuotojas analizuoja valdymo grandines, grįžtamąją informaciją ir jų gedimų padarinius.
Du vožtuvai parodo, kodėl tai svarbu
V1 ir V2 yra nuosekliai alyvos tiekimo į cilindrą linijoje sumontuoti lizdiniai vožtuvai. Kiekvienas jų gali savarankiškai nutraukti tiekimą. Jutikliai kontroliuoja uždarymo elementų padėtį.
V1 lizdo sandariklis sugenda. Uždarymo elementas pasiekia padėtį „uždaryta“, bet pro pažeistą sandariklį teka alyva. Padėties jutiklis vis dar sako tiesą. Tvarkingas V2 sustabdo srautą, todėl mašina nejuda.
Vėliau dėl nepriklausomos priežasties pradeda leisti ir V2. Srauto per abu vožtuvus pakanka pavojingam cilindro judesiui. Ekrane vis dar matomi du patvirtinimai „uždaryta“. Jie puikiai sutampa ir visiškai nepadeda aptikti gedimo.
Tai neaptiktų trikčių susikaupimas, galintis panaikinti 3 kategorijos apsaugą. 4 kategorijoje tokia įvykių seka turi būti nutraukta: reikšmingas nuotėkis aptinkamas laiku arba funkcija išlieka ir esant nagrinėjamam trikčių deriniui.
Atskiras kiekvieno vožtuvo sandarumo bandymas patikrina būtent tai, ko netikrina padėties jutiklis. Pavyzdžiui, nuotėkis padidina slėgį nuo cilindro izoliuotoje bandymo erdvėje už vožtuvo. Slėgio jutiklis aptinka padidėjimą, o grandinė blokuoja tolesnį darbą.
Jeigu abu uždaryti vožtuvai būtų tikrinami kartu, sandarus V2 galėtų paslėpti V1 nesandarumą. Bandymo slenkstis ir trukmė turi aptikti saugai reikšmingą nuotėkį iki atsirandant pavojui. Projekte reikia įvertinti ir už vožtuvų likusį slėgį: naujo tiekimo atjungimas nepašalina ten sukauptos energijos.
99 % turi atsirasti dėl realios diagnostikos
4 kategorijai reikia didelio DCavg – bent 99 % – ir didelio kiekvieno kanalo MTTFD. Šie 99 % taikomi aptinkamų pavojingųjų gedimų dažniui. Aptikus devynis retus gedimų tipus, bet praleidus vieną dažną, rezultatas gali būti prastas. Pažymėtų varnelių sąrašas tada atrodo geriau už pačią apsaugą.
Kai DCavg = 99 %, K.1 lentelė 4 kategorijai duoda PL e tiek esant 30 metų, tiek 100 metų kanalo MTTFD. Skirtingos PFH vertės telpa į tą patį veikimo lygį.
4 kategorijos posistemė, DCavg = 99% — pavyzdžiai pagal K.1 lentelę
| Kiekvieno kanalo MTTFD | PFH – vidutinis pavojingojo gedimo dažnis per valandą | Pasiekiamas PL |
|---|---|---|
| 30 metų | 9,54 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 100 metų | 2,47 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 2 500 metų | 9,06 × 10⁻¹⁰ 1/h | PL e |
4 kategorijos modelyje leidžiamas iki 2 500 metų kanalo MTTFD. Tai statistinis parametras, o ne kontaktoriaus gyvenimo trukmės pažadas.
B kategorijos principai, išbandyti saugos principai ir priemonės nuo bendrųjų gedimų priežasčių tebegalioja. 6.1.3.2.6 punkte nurodyta, kad praktiškai gali pakakti išnagrinėti dviejų trikčių derinius. Labai mažos tikimybės neaptiktų trikčių atmetimas turi būti pagrįstas dokumentuota ir patikrinta analize, pavyzdžiui, gedimų rūšių ir jų poveikio analize (FMEA).
Diagnostika turi tikrinti gebą atlikti užduotį. Vožtuvas gali teisingai patvirtinti savo padėtį ir vis tiek leisti alyvą.
Penkios saugos kategorijos, vienas susilydęs K1
B ir 1 kategorijose susilydęs K1 palieka variklį su maitinimu. 2 kategorijos variante, TE aptikus triktį, atjungimą atlieka KT. 3 ir 4 kategorijose atjungia K2, kuris komandą gauna kartu su apsaugo atidarymu. Diagnostika aptinka triktį ir užblokuoja kitą ciklą.
Todėl vertinant grandinę reikia klausti ne tik, ar pirmoji apsauginė reakcija pavyko. Reikia tikrinti ir tai, kas bus po jos.
Du kontaktoriai gali pralaimėti tam pačiam trumpajam jungimui
Iki šiol K1 sugesdavo, o K2 išgelbėdavo atjungimą. Tačiau už K2 įvyksta trumpasis jungimas. Trumpojo jungimo srovė teka per abu uždarytus kontaktorius ir pažeidžia abu. Antras kanalas ką tik susidūrė su ta pačia priežastimi kaip pirmas.
Tai CCF – gedimas dėl bendrosios priežasties. 3 ir 4 kategorijose jis susijęs su abiem funkciniais kanalais, o 2 kategorijoje – su funkciniu ir bandymo kanalais. Projektuotojas bendrą poveikį mažina konkrečiomis techninėmis priemonėmis.
K2 užsidaro pirmas ir atsiveria paskutinis
Pirmiausia užsidaro K2. K1 dar atviras, todėl variklio srovė neteka. Tada K1 uždaro grandinę ir įjungia apkrovą. Išjungiant seka apsiverčia: K1 nutraukia srovę, o K2 atsiveria šiek tiek vėliau, jau be apkrovos srovės.
Darbo metu abu kontaktoriai praleidžia tą pačią srovę, tačiau jų perjungimo sąlygos skiriasi. K2 paprastai išvengia paleidimo srovės įjungimo ir apkrovos nutraukimo, todėl jo kontaktai mažiau dėvisi elektriškai. Mechanizmas vis tiek atlieka kiekvieną judesį, tad mechaninis dėvėjimasis lieka.
K2 turi būti parinktas taip, kad savarankiškai nutrauktų visą apkrovą. Susilydžius K1 kontaktams būtent tai jam teks padaryti. K2 turi išsijungti per nustatytą laiką, nelaukdamas K1 patvirtinimo – susilydžius kontaktams jis juk negrįš. Vėlinimas ir aparatų veikimo laikai turi tilpti į reikalaujamą saugos funkcijos reakcijos laiką.
Apsauga nuo trumpojo jungimo turi riboti bendro įvykio padarinius
Perjungimo seka atskiria kontaktorių apkrovas įjungiant ir išjungiant. Tačiau trumpojo jungimo metu, kai abu kontaktoriai uždaryti, srovė veikia abu. Apsaugos aparatas F turi ją nutraukti, o padarinius lemia srovės vertė ir tekėjimo trukmė.
Projektuotojas nustato numatomą trumpojo jungimo srovę montavimo vietoje ir tikrina konkretų derinį: kontaktorių, apsaugos tipą ir vardinę srovę, įtampą bei naudojimo sąlygas. Suderinimui naudojami gamintojo duomenys. Vien variklio vardinės srovės čia per maža.
Per trumpąjį jungimą susilydę kontaktai gali likti uždaryti ir suveikus F. Saugiklis nutraukia srovę. Kontaktorių remonto paslaugos komplekte nėra. Prieš grąžinant mašiną į darbą reikia patikrinti abu aparatus ir pašalinti pažeidimus.
2 tipo koordinavimas ir kontaktų susilydymas. IEC 60947-4-1:2018 8.2.5.1 punktas leidžia kontaktų susilydymo galimybę net taikant 2 tipo koordinavimą. Gamintojas nurodo būtinas techninės priežiūros priemones. Panaudojus kitą apsaugos aparatą nei rekomenduota, koordinavimas gali nebegalioti.
Bendra trasa, bendras maitinimo šaltinis, bendras perkaitimas
Abiejų ričių laidai nutiesti viename pluošte. Jį suspaudus, abi valdymo grandinės susijungia su +24 V. Atskiros apsaugotos trasos ir atskirti gnybtai mažina tikimybę, kad viena triktis paveiks abu kanalus.
Bendras maitinimo šaltinis sugedęs pateikia per didelę įtampą. Projektuotojas turi įvertinti jo elgseną gedimo metu ir maitinamoms grandinėms numatyti tinkamą įtampos ribojimą arba išorinę apsaugą.
Abu kontaktoriai kaista virš dažnio keitiklio. Sugedus ventiliatoriui temperatūra viršija leistiną ribą. Aparatų išdėstymas, tarpai ir aušinimas turi būti parinkti ir tokiam scenarijui. Per priėmimą atvira spinta paprastai vėdinasi tiesiog nuostabiai.
Abu kanalai nutiesti šalia dažnio keitiklio variklio kabelių. Trasų atskyrimas, ekranavimas ir potencialų išlyginimas padeda mažinti bendrą elektromagnetinių trikdžių poveikį. Atsparumas turi atitikti realias įrangos darbo sąlygas.
F priede vertinimas susistemintas taškais. Taikant šį metodą už įdiegtas priemones reikia surinkti bent 65 taškus. Pavyzdžiui: kanalų atskyrimas – 15, apsauga nuo atitinkamų viršsrovių ir viršįtampių – 15, elektromagnetinių trikdžių mažinimo priemonės – 25, kiti aplinkos veiksniai – 10.
Tokį rezultatą galima pagrįsti ir naudojant vienodus kontaktorius. Konstrukcijų, technologijų, apkrovų arba gamintojų įvairovė vienoje pozicijoje gali duoti iki 20 taškų. Du skirtingi prekių ženklai ant to paties gaminio vis tiek reiškia tą patį gaminį. Taškai skiriami tik visiškai įgyvendinus konkrečią priemonę visoje vertinamoje posistemėje. Dalinis įgyvendinimas duoda nulį.
Antras kanalas padeda tik tol, kol bendroji priežastis neatima gebėjimo veikti iš abiejų kanalų.
O kur du kanalai jutiklyje, relėje ir PLC?
K1 ir K2 lengva parodyti pirštu. Elektronikoje du kanalai gali tilpti viename korpuse. Standartas aprašo loginę struktūrą, o konkretaus įrenginio vidinius sprendimus nustato jo gamintojas.
Du jutikliai prie vieno apsaugo
Indukciniai jutikliai S1 ir S2 aptinka metalinį uždaryto apsaugo elementą. Kiekvienas siunčia atskirą signalą į atskirą valdymo įėjimą. Darbui reikia abiejų patvirtinimų „uždaryta“.
S1 sugenda ir nuolat rodo „uždaryta“. Operatorius atidaro apsaugą, metalas nutolsta nuo abiejų jutiklių. Tvarkingas S2 pakeičia signalą, todėl valdymas duoda sustabdymo komandą. Reakcijai pakanka prarasti vieną patvirtinimą.
Vienas saugos jutiklis, du OSSD išėjimai
Indukcinis saugos jutiklis gali turėti diagnostiką ir du kontroliuojamus elektroninius OSSD išėjimus. OSSD reiškia Output Signal Switching Device – išėjimo signalo perjungimo įtaisą. Patraukus metalą, abu išėjimai išsijungia ir perduoda valdymui sustabdymo reikalavimą. Diagnostika tikrina ir jų gebą išsijungti.
Paprastas jutiklis gali turėti du kitaip veikiančius išėjimus: viena elektroninė grandinė aptinka metalą, o tas pats rezultatas valdo abu išėjimus. NO (normaliai atviras) išėjimas aptikus metalą įsijungia, o NC (normaliai uždaras) tuo metu išsijungia. Jeigu elektronika klaidingai aptinka metalą atidarius apsaugą, abu išėjimai elgiasi lyg apsaugas būtų uždarytas. Priešingų būsenų palyginimas klaidos neaptiks. Valdymas gavo dvi tos pačios klaidos versijas.
Panašus rezultatas gaunamas vieną signalą išsišakojus į du įėjimus.
Saugos relė ir valdiklis
Klasikinėje saugos relėje veikia dvi vidinės relės R1 ir R2. Jų darbą leidžiantys kontaktai sujungti nuosekliai. Susilydžius R1 kontaktui, R2 vis tiek atveria išėjimą. Mechaniškai susieti kontroliniai kontaktai leidžia aptikti susilydymą ir užblokuoti pakartotinį įjungimą.
Saugos funkcijoms skirtas programuojamasis loginis valdiklis (PLC) gali naudoti du procesorius ir lyginti jų rezultatus. Vienas klaidingai apskaičiuoja leidimą judėti, kitas – sustabdymą. Neatitiktis inicijuoja apsauginę reakciją. Bandymai apima atmintį, programos vykdymą, įėjimus ir išėjimus.
Dvi programos kopijos paprastame PLC gali veikti tame pačiame procesoriuje. Jo gedimas paveiks abi kopijas. Nukopijuoti programą lengviau nei sukurti atsparumą triktims. Rezultatas irgi kitas.
Saugos šviesos užuolaida
Operatorius uždengia spindulius tarp siųstuvo ir imtuvo. Saugos šviesos užuolaida išjungia OSSD1 ir OSSD2. Jeigu sugedęs OSSD1 lieka įjungtas, OSSD2 išjungimo vis tiek pakanka, kad suderintas valdymas duotų sustabdymo komandą.
Kiekvienas išėjimas jungiamas į jam skirtą įėjimą. Diagnostika apima išėjimus ir jų jungtis. Įrenginio dokumentuose projektuotojas tikrina pasiekiamą PL, kategoriją, reakcijos laiką ir privalomą prijungimo būdą. Tik taip gatavos posistemės savybės tinkamai panaudojamos konkrečioje saugos funkcijoje.
Tas pats PL, kitokia elgsena po trikties
Vienas projektuotojas pasiekia PL d naudodamas 2 kategoriją, kitas – 3 kategoriją. Abu rezultatai gali būti teisingi. Pirmasis panaudojo patikimesnį bandomą kanalą, antrasis – du funkcinius kanalus.
Dvi skirtingos architektūros, tas pats PL — modelių palyginimas
| Kategorija | Kanalo MTTFD | DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 100 metų | 90 % | 2,29 × 10⁻⁷ | d |
| 3 | 30 metų | 90 % | 2,65 × 10⁻⁷ | d |
2 kategorijoje MTTFD taikomas funkciniam kanalui, o 3 kategorijoje – kiekvienam iš dviejų kanalų. Abi PFH vertės patenka į PL d intervalą, tačiau 2 kategorijos posistemė tarp bandymų gali prarasti pofunkcę, o 3 kategorijos posistemė ją išlaiko po vienos trikties.
Jeigu SRS arba konkrečiai mašinai taikomas C tipo standartas reikalauja išlaikyti funkciją po vienos trikties, projektuotojas turi užtikrinti būtent tokį elgesį. Vien raidė d pasirinkimo neišsprendžia.
Ta pati kategorija, geresnė diagnostika
3 kategorijoje, kai kiekvieno kanalo MTTFD yra 100 metų, DCavg pakeitimas nuo 60 % iki 90 % perkelia rezultatą iš PL d į PL e.
3 kategorija, kiekvieno kanalo MTTFD = 100 metų — DCavg pokytis
| DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|
| 60 % | 1,01 × 10⁻⁷ | d |
| 90 % | 4,29 × 10⁻⁸ | e |
Didesnė diagnostikos aprėptis turi atsirasti dėl veiksmingesnio gedimų aptikimo ir tinkamos reakcijos. Grįžtamojo signalo kaitos kontrolė gali aptikti trumpąjį jungimą, nuolat patvirtinantį, kad kontaktorius atviras. Toks sprendimas pakeičia grandinės veikimą. Skaičiavimo programoje pakeitus laukelį iš 60 į 90 %, kol kas pasikeičia tik ataskaitos lapas.
K.1 lentelės skaitinių pavyzdžių prielaidos. Vertės paimtos iš ISO 13849-1:2023 posistemių modelių. 6.1.8 punkto metodas numato 20 metų naudojimo trukmę, pastovų gedimų intensyvumą ir tinkamas CCF mažinimo priemones. Anksčiau susidėvintiems elementams būtina įvertinti jų naudojimo apribojimus.
2 kategorijoje papildomai galioja bandymo kanalo bei bandymų dažnio arba reakcijos pareikalavus funkcijos reikalavimai. Periodinio bandymo PFH vertės atitinka bent 100:1 bandymų ir funkcijos pareikalavimų dažnių santykį. K.1 lentelės 1 pastaboje santykiui bent 25:1 siūlomas įvertis, lentelės PFH padauginant iš 1,1. Mažam, vidutiniam ir dideliam DCavg lentelės vertės apskaičiuotos atitinkamai taikant 60 %, 90 % ir 99 %.
PL nurodo veikimo lygį. Kategorija paaiškina, kaip grandinė elgiasi atsiradus triktims. Sprendimui pasirinkti reikia abiejų.
Kontaktoriai pasirengę atjungti. Tik komanda neatėjo
K1–K2 posistemė pasiekia PL e. Tačiau apsaugo jutiklis klaidingai informuoja logiką, kad durys uždarytos. Valdymas leidžia judėti, todėl abu kontaktoriai lieka įjungti. Jie gali būti tvarkingi ir nepriekaištingai kontroliuojami. Problema atsirado anksčiau – funkcijos įėjime.
Todėl projektuotojas vertina visą grandinę: įėjimas → logika → išėjimas, įskaitant jungtis. Nuosekliai sujungus posistemes, kurių PFH žinomas, jų vertės sumuojamos. Visos funkcijos PL riboja ir suma, ir mažiausias kurios nors posistemės PL.
Trys posistemės po 4 × 10⁻⁸ 1/h kartu duoda 1,2 × 10⁻⁷ 1/h – PL d. Kiekviena atskirai tilpo į PL e. Skaičiavimas paprastas: visa funkcija turi daugiau vietų, kuriose gali įvykti pavojingasis gedimas. Daugiau informacijos pateikiama straipsnyje apie PL skaičiavimą pagal ISO 13849-1.
Atjungus maitinimą, juostai dar reikia laiko sustoti. Apsauga turi suveikti iki žmogui pasiekiant pavojų. Šį ryšį gerai parodo saugos šviesos užuolaidos atstumo pasikeitimas pakitus reakcijos laikui. Jungiant skirtingais metodais įvertintas posistemes pravartu palyginti ir ISO 13849-1 bei IEC 62061.
Po kelerių metų kas nors pakeis K1
Naujas kontaktorius turi tokią pačią vardinę srovę ir tinka ant bėgelio. Tačiau techninės priežiūros specialistui dar reikia tinkamo veidrodinio kontakto, atitinkamų veikimo laikų ir ilgaamžiškumo duomenų. Šios savybės buvo projekto dalis.
Įrašas „24 V, tiek pat amperų“ praleidžia būtent tai, ko reikia diagnostikai. Dokumentai turi parodyti, kodėl pasirinktas aparatas, ką grandinė kontroliuoja ir kaip reaguoja į triktį. Kitaip lieka skambinti programos autoriui ir tikėtis, kad jis prisimena kiekvienos sąlygos priežastį. Taip projekto pagrindimas tampa priklausomas nuo vieno žmogaus atminties.
OUT-01 įrašo ištrauka — K1–K2 pavyzdžio prielaidos
| Laukas | Įrašas |
|---|---|
| Apimtis | K1–K2 išėjimo posistemė su jungtimis ir kontrole; užduotis – atjungti pavaros maitinimą. |
| Nagrinėjama triktis | K1 lieka uždarytas nepaisydamas išjungimo komandos. |
| Reikalaujama reakcija | K2 savarankiškai atjungia pavarą. Negautas K1 grįžtamasis signalas atskleidžia triktį ir blokuoja pakartotinį įjungimą. |
| Reikalingas įrodymas | Trikčių analizė ir bandymas T-01: K2 atliekamo atjungimo, reakcijos laiko, aptikimo bei blokavimo patikra. Rezultatas turi būti užregistruotas konkrečiai grandinės versijai. |
Visa kortelė šį įrašą susieja su SRS, schemos versija, MTTFD, DCavg ir CCF pagrindimu bei validavimo rezultatais. Joje taip pat pagrindžiamos taikytos trikčių išimtys.
Atsisiųskite kategorijos pagrindimo kortelę (PDF, anglų k.): viename faile pateiktas K1–K2 pavyzdys ir kompiuteriu pildoma forma savo projektui.
Vadovui nebūtina pačiam skaičiuoti PFH. Jis gali paprašyti tiekėjo schemoje parodyti vieną triktį: kas sugenda, kas toliau saugo žmogų, kada valdymas pastebi problemą ir kur užregistruotas patikros rezultatas. Tai daug naudingesnis pokalbis nei klausimas apie relės gamintoją.
Du kontaktoriai yra pirkimų sąrašo eilutė. Kategoriją leidžia priskirti tik jų veikimas, diagnostika ir dokumentuotas projekto pagrindimas.
Šaltiniai
Konvejerio, kontaktorių ir vožtuvų pavyzdžiai skirti reikalavimams paaiškinti. PFH vertės ir jas atitinkantys PL paimti iš toliau nurodytos K.1 lentelės.
- ISO 13849-1:2023, 4.5, 5.1, 5.2.1 ir 5.3–5.5 punktai – rizikos vertinimo informacija, SRS, PLr ir skirstymas į posistemes; 3.1.45–3.1.47 apibrėžtys bei 6.1.3.1–6.1.3.2.1 punktai – posistemė, kanalas ir architektūros.
- ISO 13849-1:2023, 6.1.3.2.2–6.1.3.2.6 punktai – B–4 kategorijų reikalavimai, reakcija į triktis, bandymai ir trikčių susikaupimas; 3.1.49–3.1.50 apibrėžtys ir 6.1.11 punktas – išbandyti saugos principai ir komponentai.
- ISO 13849-1:2023, 2, 6 ir 7 lentelės, 6.1.4–6.1.5 ir 6.1.8 punktai, C–E priedai bei K.1 lentelė su 1–2 pastabomis – PL, PFH, MTTFD, DC, ilgaamžiškumo duomenys, perjungimų skaičius ir skaitinių modelių prielaidos.
- ISO 13849-1:2023, 6.1.6 punktas, F priedas ir F.1 lentelė – CCF, bendro poveikio mažinimo priemonės, taškinis vertinimas ir 65 taškų riba; F.3.2 – įvairovė; F.3.3 ir F.3.6 – apsauga, trikdžiai bei darbo aplinka.
- IEC 60947-4-1:2018, 8.2.5.1 punktas – kontaktorių ir apsaugos nuo trumpojo jungimo aparatų suderinimas bei 2 tipo koordinavimas; 8.2.4.3.1–8.2.4.3.2 punktai ir B priedas – mechaninis bei elektrinis ilgaamžiškumas; F priedas – veidrodinių kontaktų savybės ir identifikavimas.
- ISO 13849-1:2023, 6.1.10 punktas, 3.1.29–3.1.30 ir 3.1.51–3.1.52 apibrėžtys, E priedas ir E.1 lentelė – trikčių analizė, kontrolė, bandymas ir patikimumo tikrinimas; 7 skyrius ir N priedas – programinė įranga bei iš anksto įvertintos platformos; 13.2 punktas – integravimui skirta informacija.
- ISO 4413:2010, 5.4.4.1 punktas – vožtuvų sandarumas ir tinkamumas su sauga susijusiam taikymui; 5.4.7.1–5.4.7.2.1 punktai – nenumatytas judesys, energijos izoliavimas ir slėgio išsklaidymas.
- ISO 13849-1:2023, 6.2.2 punktas ir 8 skyrius – posistemių jungimas, PFH suma ir pasiekiamo PL apribojimai; 5.2.2.2 punktas – sustabdymas; 10.1.1–10.1.2, 10.8 punktai ir 12 skyrius – validavimas, protokolai bei techniniai dokumentai.