“Divi kontaktori un drošības relejs — tātad 3. kategorija.” Vadības skapī viss izskatās pareizi. Iepirkumu sarakstā arī. Taču tikai sametinājies kontaktors parāda, cik no šīs kārtības paliek pāri reālas atteices brīdī.
Operators atver konveijera aizsargu. Vadība atslēdz K1 spoli, bet tā kontakti ir sametinājušies. Motors joprojām saņem barošanu. Komanda bija pareiza. Kontaktors to vienkārši neizpildīja. Otrais kontaktors var glābt atslēgšanu. Diagnostika var atklāt bīstamo atteici un bloķēt nākamo palaišanu. Viss atkarīgs no tā, kā projektētājs ir uzbūvējis ķēdi.
Drošības kategorijas pēc ISO 13849-1 raksturo apakšsistēmas noturību pret defektiem un uzvedību pēc to rašanās. Atšķirību starp B, 1, 2, 3 un 4 visvieglāk saprast ar vienu uzdevumu: atslēgt piedziņas barošanu arī tad, ja kaut kas sistēmā atsakās. Pieņemšanas pārbaudē jebkura darbspējīga ķēde var izskatīties pārliecinoši. Kategorijas sāk runāt tad, kad ķēde vairs nav pilnīgā kārtībā.
Vispirms uzdevums, pēc tam aparāti vadības skapī
Operatoram jāpielabo detaļa. Lentei jāapstājas, pirms cilvēks sasniedz bīstamo vietu, un jāpaliek apturētai visu laiku, kamēr aizsargs ir atvērts.
Projektētājs šīs prasības iegūst no riska novērtējuma saskaņā ar ISO 12100 un ieraksta tās drošības prasību specifikācijā — SRS. Pilnā drošības funkcija ietver aizsarga atvēršanas noteikšanu, vadības lēmumu un piedziņas atslēgšanu. Katru daļu var nodalīt kā atsevišķu apakšsistēmu.
Turpmākajos variantos mainās izejas apakšsistēma: kontaktori, to savienojumi un uzraudzība. Tās uzdevums jeb apakšfunkcija ir atslēgt piedziņas barošanu.
Kontaktors darbojas kā elektriski vadāms slēdzis. Spriegums uz spoles aizver jaudas kontaktus, pa kuriem strāva plūst uz motoru. Kad spole tiek atslēgta, darbspējīgs kontaktors kontaktus atver. Kontaktu sametināšanās atņem tieši šo spēju.
Ja ir divi kontaktori K1 un K2, motora strāva secīgi plūst caur abiem. Jebkura kontaktora atvēršana pārtrauc ķēdi. Katrs kontaktors kopā ar savu vadību veido atsevišķu atslēgšanas ceļu jeb kanālu.
B kategorija: K1 ir sametinājies, barošana paliek
Piedziņu atslēdz viens kontaktors K1. Pēc aizsarga atvēršanas vadība atslēdz spoli, kontakti atveras, un motors zaudē barošanu. Tūkstošiem ciklu viss var darboties tieši tā.
Nākamās ieslēgšanas laikā kontakti sametinās. Konveijers turpina strādāt, tāpēc operators vēl neko nepamana. Viņš atver aizsargu. Spoles spriegums pazūd, bet strāva uz motoru turpina plūst. Šajā ķēdē nav otra elementa, kas to varētu pārtraukt. Viens defekts atņem apakšsistēmai spēju atslēgt piedziņu.
Ja sametināšanās vietā pārtrūktu spoles vads, darbspējīgs kontaktors atslēgtos. Tas ir cits defekts ar citām sekām. Frāze “atteices gadījumā kontaktors atkritīs” darbojas lieliski, kamēr tās autors pats izvēlas sev ērtu atteici.
B kategorija prasa drošības pamatprincipu ievērošanu un elementu izvēli atbilstoši faktiskajiem apstākļiem. Kontaktoram jāiztur slodze, pārslēgšanas biežums un temperatūra vadības skapī. Burts B nav atļauja uzstādīt to, kas nejauši palicis noliktavā.
Kad B kategorija dod PL a, bet kad PL b?
Divas ārēji vienādas ķēdes var būtiski atšķirties pēc bīstamo atteiču biežuma. Viens kontaktors ieslēdz motoru reizi maiņā. Otrs to dara pie katras detaļas. Modelis tas pats, bet pārslēgšanas reižu skaits — pavisam cits.
Projektētājs ņem vērā aparāta darbmūžu un mašīnas faktisko darba režīmu. Viņš nosaka MTTFD — vidējo laiku līdz bīstamai atteicei. Jo lielāka vērtība, jo retāk statistiski rodas šāda atteice. Kanālam jāņem vērā visi elementi, kuru atteice var atņemt tam spēju atslēgt piedziņu.
| Kanāla MTTFD | PFH — bīstamas atteices vidējais biežums stundā | Sasniegtais PL |
|---|---|---|
| 10 gadi | 1,14 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 12 gadi | 9,51 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 20 gadi | 5,71 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
Pie 10 gadiem rezultāts ir PL a, bet pie 12 gadiem — jau PL b. PFH nokrīt zem robežas 10⁻⁵ 1/h. Mainās uzticamība. Pēc kontaktora sametināšanās abas ķēdes tomēr uzvedīsies vienādi.
MTTFD ir statistisks parametrs. “20 gadi” aprēķinā nedod kontaktoram divdesmit gadu garantiju un nenosaka nomaiņas datumu. Nomaiņas termiņu nosaka, ņemot vērā aparāta lietošanas apstākļus un ierobežojumus.
Norādītās vērtības attiecas uz izejas apakšsistēmu. Pilnā funkcijā jāpieskaita sensora un loģikas PFH: PFH ieejai + PFH loģikai + PFH izejai. Rezultātu salīdzina ar PL diapazoniem, un to papildus ierobežo zemākais jebkuras apakšsistēmas PL. Tāpēc izeja ar PL b pēc savienošanas ar pārējām daļām var dot funkciju ar PL a.
B kategorija ļauj sasniegt ne vairāk kā PL b. Ja prasītais veiktspējas līmenis PLr ir d, vajadzīgs cits risinājums. Vēl viena veiksmīga aizsarga atvēršana pieņemšanas pārbaudē šo robežu nepārbīdīs.
B kategorijā viss balstās uz vienu kanālu. Kad sametinājies K1 vairs neatslēdz piedziņu, aizsardzība ir zaudēta.
1. kategorija: tai pašai problēmai jānotiek retāk
Piedziņu joprojām atslēdz viens K1. Projektētājs paaugstina prasības tā uzticamībai un izmantošanas veidam. Papildus B kategorijas principiem jāizmanto praksē pārbaudīti komponenti un pārbaudīti drošības principi.
Kanāla MTTFD jābūt augstam: vienkāršotajā metodē no 30 līdz 100 gadiem. “Pārbaudīts” attiecas uz konkrētiem darba apstākļiem. Aparātam, kas gadiem bez problēmām pārslēdza sildītājus, tagad pieslēdz motoru ar lielu palaišanas strāvu un biežām ieslēgšanām. Pazīstamais logotips paliek. Slodze gan vairs nav tā pati.
Izvēles pamats ir dokumentēta pieredze līdzīgos lietojumos vai īpašības, kas pierādītas ar projektēšanu, verifikāciju un validāciju atbilstoši piemērojamiem standartiem. ISO 13849-2 norāda arī komponentus un nosacījumus, ar kuriem tos var uzskatīt par pārbaudītiem.
Projektētājs izmanto principus, kas samazina defektu rašanās iespēju vai to bīstamās sekas. Un tad K1 tomēr sametinās. Spole tiek atslēgta, kontakti paliek aizvērti, un motors joprojām saņem barošanu. 1. kategorija samazina šāda notikuma varbūtību. Otrais kanāls no tā nerodas.
Lielāka uzticamība: no PL b līdz PL c
Ja kanāla MTTFD ir 30 gadi, tabula K.1 dod PL b. Pie 39 gadiem PFH nokrīt zem 3 × 10⁻⁶ 1/h, un rezultāts pāriet uz PL c.
| Kanāla MTTFD | PFH — bīstamas atteices vidējais biežums stundā | Sasniegtais PL |
|---|---|---|
| 30 gadi | 3,80 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 39 gadi | 2,93 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 gadi | 1,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
1. kategorijas griesti ir PL c. Labāks aparāts atsakās retāk. Taču, ja atteice ir kontaktu sametināšanās, piedziņai joprojām nav otra atslēgšanas ceļa.
1. kategorija balsta aizsardzību uz viena kanāla augstāku uzticamību. Šā kanāla atteice joprojām var aizsardzību atņemt.
2. kategorija: sistēma pārbauda, vai K1 izpildīja komandu
Operators atver aizsargu. Vadība atslēdz K1 un gaida apstiprinājumu, ka tā kontakti ir atvērušies. Šoreiz komandas izpilde tiek pārbaudīta.
Informāciju nodod kontaktora spoguļkontakts. Tā konstrukcija neļauj tam aizvērties, ja jaudas kontakts ir palicis sametinājies. Tādējādi vadība saņem atgriezenisko signālu: K1 ir atvēris ķēdi vai nav izpildījis komandu.
K1 ir sametinājies. Apstiprinājums neatgriežas. Tests atklāj defektu un iedarbina reakciju. Šajā variantā papildu kontaktors KT, kas ieslēgts virknē ar K1, atslēdz barošanu. Vadība bloķē nākamo ieslēgšanu līdz bojājuma novēršanai.
Standartā testēšanas ierīce apzīmēta ar TE, bet tās izeja — ar OTE. Šeit OTE vada KT. K1 ietilpst funkcionālajā kanālā, kas veic parasto atslēgšanu. TE un OTE veido testēšanas kanālu, kas pārbauda uzdevuma izpildi un iedarbina reakciju uz defektu.
Vadības skapī ir divi kontaktori, bet tas joprojām ir 2. kategorijas piemērs. KT uzdevums ir atslēgt piedziņu pēc K1 problēmas atklāšanas. Jau šeit aparātu skaitīšana sāk zaudēt shēmas lasīšanai.
Vakar darbspējīgs, bet šodienas ieslēgšanā jau sametinājies
K1 sekmīgi iziet testu. Nākamajā ieslēgšanas reizē tā kontakti sametinās. Līdz nākamajai pārbaudei funkcionālais kanāls ir bojāts. Iepriekšējais tests neko neslēpa — mašīna vienkārši paspēja sabojāties pēc tā.
Tāpēc 2. kategorijas apakšfunkcija starp testiem var tikt zaudēta. Projektētājam jānosaka, kad tests tiek veikts un cik ātri sistēmai jāreaģē. Ja pārbaude sākas aizsarga atvēršanas brīdī, defekta noteikšanai, KT atslēgšanai un kustības apturēšanai jānotiek, pirms cilvēks sasniedz bīstamo zonu.
Ja PLr ir d, OTE jāierosina drošs stāvoklis un tas jāuztur līdz defekta novēršanai. Šajā ķēdē to dara KT. Sarkans paziņojums ekrānā vien atstātu motoru zem sprieguma. Tas ļoti saprotami izstāstītu operatoram, kāpēc aizsardzība nedarbojas.
ISO 13849-1 punkts 6.1.3.2.4 paredz testēšanas biežumu, kas ir vismaz 100 reižu lielāks par drošības funkcijas pieprasījuma biežumu, vai tūlītēju testu funkcijas pieprasīšanas brīdī. Otrajā gadījumā defekts jāatklāj un mašīna jānogādā nebīstamā stāvoklī, pirms cilvēks sasniedz bīstamo zonu.
Aizsarga atvēršana šeit ir funkcijas pieprasījums — brīdis, kad vajadzīga tās reakcija. Attiecība 100:1 nenozīmē simt pārbaudes pirms katras aizsarga atvēršanas.
Testēšanas kanāla TE–OTE MTTFD jāpārsniedz puse no funkcionālā kanāla MTTFD. Katrai funkcionālā kanāla daļai vajadzīgs vismaz zems diagnostikas pārklājums. Jāievēro B kategorijas prasības, pārbaudīti drošības principi un pasākumi pret abu kanālu atteicēm kopīga cēloņa dēļ.
Ja PLr nepārsniedz c, OTE arī jāierosina drošs stāvoklis, ja tas ir praktiski iespējams. Ja tas nav iespējams, standarts pieļauj, ka var pietikt ar brīdinājumu. Pie PLr d droša reakcija ir obligāta.
Testēšana var dot PL d, taču svarīga ir arī uzticamība
DC jeb diagnostikas pārklājums raksturo bīstamo atteiču atklāšanas efektivitāti. Visai apakšsistēmai nosaka vidējo diagnostikas pārklājumu DCavg, ņemot vērā šādu atteiču biežumu tās sastāvdaļās.
Pie viena un tā paša DCavg = 90% 2. kategorija tabulā K.1 dod PL a, ja funkcionālā kanāla MTTFD ir 3 gadi, PL b pie 10 gadiem, PL c pie 30 gadiem un PL d pie 100 gadiem. Tests ir visos variantos. Atšķiras atteiču biežums, ar kuru tam jātiek galā.
| Funkcionālā kanāla MTTFD | PFH — bīstamas atteices vidējais biežums stundā | Sasniegtais PL |
|---|---|---|
| 3 gadi | 1,99 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 10 gadi | 5,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 30 gadi | 1,21 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 gadi | 2,29 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
2. kategorijā aizsardzība ir atkarīga no tā, vai tests atklās defektu un vai sistēma pagūs reaģēt. Pārbaudes laiks nav sīkums. Tā ir projekta daļa.
3. kategorija: K2 atslēdz, negaidot testa rezultātu
K1 un K2 ir virknē pieslēgti motora barošanai. Operators atver aizsargu, un vadība dod komandu atslēgt abus. Katram kontaktoram ir savs vadības ceļš, un katrs spēj patstāvīgi pārtraukt piedziņas barošanu.
Sametinājies K1 paliek aizvērts. K2 atver kontaktus un pārtrauc strāvu. Otrais kanāls izpilda aizsardzības uzdevumu, neraugoties uz pirmā kanāla defektu.
Tā ir būtiskā atšķirība no iepriekšējā varianta. Tur KT iesaistījās pēc tam, kad tests atklāja K1 defektu. Šeit K2 saņem atslēgšanas komandu tāpēc, ka ir atvērts aizsargs. Tam nav jāgaida K1 diagnostikas rezultāts.
Konveijers apstājās, bet remonts joprojām ir vajadzīgs
Operators redz ierasto rezultātu: lente apstājas. Vadības skapī viens kontaktors tomēr vairs nedarbojas. Diagnostika konstatē, ka nav K1 atvēršanas apstiprinājuma, un bloķē nākamo ieslēgšanu.
K2 izpildīja bojātā kanāla uzdevumu. Tas šo kanālu nesalaboja. Ja vadība atļautu turpināt darbu ar atklātu bojājumu, nākamā atslēgšana būtu atkarīga tikai no K2.
3. kategorija prasa saglabāt apakšfunkciju pēc viena defekta. Tas attiecas uz visiem novērtētās apakšsistēmas elementiem un savienojumiem. Ja viens vadības defekts spēj uzturēt abas spoles zem sprieguma, abi kontaktori var nevainojami izpildīt nepareizu komandu.
Vajadzīgs arī vismaz zems diagnostikas pārklājums. Viens defekts jāatklāj funkcijas pieprasījuma laikā vai pirms nākamā pieprasījuma, ja tas ir praktiski pamatoti. Daļa defektu var palikt neatklāta. To vēlāka uzkrāšanās var atņemt aizsardzību — tieši šeit sākas atšķirība no 4. kategorijas.
3. kategorija var sasniegt PL c, d vai e
Pie DCavg = 90% un katra kanāla MTTFD 10 gadi tabula K.1 dod PL c. Pie 30 gadiem rezultāts ir PL d, bet pie 100 gadiem — PL e. Frāze “3. kategorija, tātad PL d” ir ērts saīsinājums, kas pazaudē divas citas iespējas.
| Katra kanāla MTTFD | PFH — bīstamas atteices vidējais biežums stundā | Sasniegtais PL |
|---|---|---|
| 10 gadi | 1,36 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 30 gadi | 2,65 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
| 100 gadi | 4,29 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
MTTFD attiecas uz katru kanālu atsevišķi. Divi kanāli ar 30 gadiem nekļūst par vienu kanālu ar MTTFD 60 gadi. Jāievēro arī B kategorijas prasības, pārbaudīti drošības principi un pasākumi pret atteicēm kopīga cēloņa dēļ.
K2 atslēdz piedziņu, neraugoties uz K1 atteici. Diagnostika nosaka, vai sistēma drīkst saņemt atļauju nākamajam ciklam.
4. kategorija: jāņem vērā arī diagnostikai paslīdējis defekts
Pēc K1 sametināšanās K2 atslēdz piedziņu, un vadība bloķē nākamo ieslēgšanu. Tas pats notika iepriekšējā variantā. Atšķirība starp 3. un 4. kategoriju parādās plašākā analīzē: ko sistēma atklāj, kad tā to izdara un kas notiek ar neatklātajiem defektiem?
4. kategorijā vienam defektam jāatstāj funkcija darbspējīga, un defekts jāatklāj funkcijas pieprasījuma laikā vai pirms nākamā pieprasījuma. Ja savlaicīga atklāšana nav iespējama, arī defektu uzkrāšanās nedrīkst padarīt aizsardzību neefektīvu.
Sistēma pārbauda arī to, vai apstiprinājums saka patiesību
Katram kontaktoram ir atsevišķi uzraudzīts spoguļkontakts. Vadība pārbauda tā reakciju visā ciklā:
- Pirms ieslēgšanas abi kontaktori ir izslēgti. To spoguļkontaktiem jāapstiprina, ka jaudas ķēdes ir atvērtas.
- Pēc kontaktora ieslēgšanas atvērta stāvokļa apstiprinājumam noteiktā laikā jāpazūd.
- Pēc atslēgšanas apstiprinājumam jāatgriežas.
- Ja K1 ir sametinājies, pēdējais apstiprinājums neatgriežas. K2 atslēdz piedziņu, un loģika bloķē atkārtotu ieslēgšanu.
4. kategorijai vajadzīgs DCavg vismaz 99%. Kāpēc jāpārbauda arī apstiprinājuma pazušana? Spoguļkontakta vadi var savstarpēji īsslēgties. Tad signāls pastāvīgi saka “K1 atvērts” arī brīdī, kad kontaktors ir ieslēgts.
Sistēma, kas pirms palaišanas pārbauda tikai šā signāla esamību, pieņemtu nepatiesu apstiprinājumu. Signāla izmaiņu kontrole atklāj pretrunu: K1 saņēma ieslēgšanas komandu, bet informācija “atvērts” nepazuda. Vadība atslēdz izejas un bloķē darbu.
Operators var spiest atiestatīšanu, cik vēlas. Atiestatīšana neatdalīs ne īsslēgtus vadus, ne sametinājušos kontaktus.
Šādu diagnostiku var izmantot arī 3. kategorijā. Par 4. kategoriju izšķir visas apakšsistēmas uzvedība attiecībā uz aplūkotajiem defektiem un to uzkrāšanos. Projektētājs analizē arī vadības ķēdes, atgriezenisko informāciju un to bojājumu sekas.
Divi vārsti parāda, kāpēc tas ir svarīgi
V1 un V2 ir ligzdvārsti, kas virknē uzstādīti eļļas padevē cilindram. Katrs atsevišķi spēj noslēgt padevi. Sensori kontrolē noslēdzošo elementu stāvokli.
V1 ligzdas blīvējums sabojājas. Noslēdzošais elements sasniedz stāvokli “aizvērts”, bet bojājuma dēļ eļļa sūcas cauri. Stāvokļa sensors joprojām saka patiesību. Darbspējīgs V2 aptur plūsmu, tāpēc mašīnā nekas nenotiek.
Vēlāk neatkarīga iemesla dēļ sāk noplūst arī V2. Plūsma caur abiem vārstiem kļūst pietiekama bīstamai cilindra kustībai. Ekrānā joprojām ir divi apstiprinājumi “aizvērts”. Tie lieliski sakrīt un ir pilnīgi nederīgi šīs atteices atklāšanai.
Tā ir neatklātu defektu uzkrāšanās, kas 3. kategorijā var atņemt aizsardzību. 4. kategorijas risinājumam šāda notikumu ķēde jāpārtrauc: būtiska noplūde laikus jāatklāj vai arī funkcijai jāsaglabājas pie analizētās defektu kombinācijas.
Katra vārsta atsevišķa hermētiskuma pārbaude ļauj pārbaudīt tieši to, ko neredz stāvokļa sensors. Piemēram, noplūde paaugstina spiedienu izolētā testa telpā aiz vārsta, kas atdalīta no cilindra. Spiediena sensors konstatē pieaugumu, un sistēma bloķē turpmāku darbu.
Ja abus aizvērtos vārstus pārbaudītu vienlaikus, hermētiskais V2 varētu noslēpt V1 noplūdi. Testa slieksnim un laikam jāatklāj drošībai būtiska noplūde, pirms rodas apdraudējums. Projektā jāņem vērā arī atlikušais spiediens aiz vārstiem: jaunas padeves noslēgšana neatbrīvo tur jau uzkrāto enerģiju.
99% jāizriet no diagnostikas faktiskās darbības
4. kategorija prasa augstu DCavg — vismaz 99% — un augstu katra kanāla MTTFD. Šie 99% attiecas uz atklāto bīstamo atteiču biežumu. Deviņu retu atteiču veidu atklāšana un viena bieža veida ignorēšana var dot sliktu rezultātu. Atzīmēto izvēles rūtiņu saraksts tad izskatās labāk par pašu aizsardzību.
Pie DCavg = 99% tabula K.1 4. kategorijai dod PL e gan tad, ja kanāla MTTFD ir 30 gadi, gan tad, ja tas ir 100 gadi. Atšķirīgas PFH vērtības ietilpst vienā veiktspējas līmenī.
| Katra kanāla MTTFD | PFH — bīstamas atteices vidējais biežums stundā | Sasniegtais PL |
|---|---|---|
| 30 gadi | 9,54 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 100 gadi | 2,47 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 2 500 gadi | 9,06 × 10⁻¹⁰ 1/h | PL e |
4. kategorijas modelis pieļauj kanāla MTTFD līdz 2 500 gadiem. Tas ir statistisks parametrs, nevis detaļas kalpošanas solījums. B kategorijas principi, pārbaudīti drošības principi un pasākumi pret kopīgiem atteiču cēloņiem joprojām ir obligāti.
Punkts 6.1.3.2.6 norāda, ka praksē var pietikt ar divu defektu kombināciju aplūkošanu. Ļoti mazvarbūtīgu neatklātu atteiču izslēgšanai vajadzīga dokumentēta un verificēta analīze, piemēram, FMEA — atteiču veidu un seku analīze.
Diagnostikai jāpārbauda spēja izpildīt uzdevumu. Vārsts var pareizi apstiprināt savu stāvokli un vienlaikus laist cauri eļļu.
Piecas kategorijas, viens sametinājies K1
B un 1. kategorijā sametinājies K1 atstāj motoru zem sprieguma. 2. kategorijas variantā pēc defekta atklāšanas barošanu atslēdz KT. 3. un 4. kategorijā to dara K2, kas atslēgšanas komandu saņem reizē ar aizsarga atvēršanu. Diagnostika atklāj bojājumu un bloķē nākamo ciklu.
Tāpēc sistēmas novērtējumā jāpārbauda arī tas, kas notiks pēc pirmās veiksmīgās aizsardzības reakcijas.
Divi kontaktori var zaudēt vienam un tam pašam īsslēgumam
Līdz šim K1 atteicās, bet K2 glāba atslēgšanu. Taču aiz K2 rodas īsslēgums. Īsslēguma strāva plūst caur abiem aizvērtajiem kontaktoriem un sabojā abus. Otrais kanāls tikko sastapās ar to pašu cēloni, kas skāra pirmo.
Tā ir CCF — atteice kopīga cēloņa dēļ. 3. un 4. kategorijā tā attiecas uz abiem funkcionālajiem kanāliem, bet 2. kategorijā — uz funkcionālo un testēšanas kanālu. Projektētājs kopīgos apdraudējumus ierobežo ar konkrētiem tehniskiem risinājumiem.
K2 aizveras pirmais un atveras pēdējais
Vispirms aizveras K2. K1 vēl ir atvērts, tāpēc motora strāva neplūst. Pēc tam K1 aizver ķēdi un ieslēdz slodzi. Atslēgšanas laikā secība ir pretēja: K1 pārtrauc strāvu, bet K2 atveras nedaudz vēlāk, kad slodzes strāvas vairs nav.
Darba laikā abi vada vienu un to pašu strāvu, taču to pārslēgšanas apstākļi atšķiras. K2 parasti izvairās no palaišanas strāvas ieslēgšanas un slodzes pārtraukšanas, tādējādi samazinot kontaktu elektrisko nodilumu. Mehānisms tik un tā veic katru kustību, tāpēc mehāniskais nodilums paliek.
K2 jāizvēlas tā, lai tas varētu patstāvīgi pārtraukt pilnu slodzi. Pēc K1 sametināšanās tam būs jādara tieši tas. K2 jāatslēdzas noteiktā laikā, negaidot K1 apstiprinājumu, jo sametināšanās gadījumā šāds apstiprinājums nemaz neatnāks. Aizturei un aparātu darbības laikiem jāiekļaujas drošības funkcijas prasītajā reakcijas laikā.
Īsslēguma aizsardzībai jāierobežo kopīgā notikuma sekas
Pārslēgšanas secība dažādo slodzi ieslēgšanas un atslēgšanas laikā. Īsslēguma brīdī, kad abi kontaktori ir aizvērti, strāva noslogo abus. Aizsardzības ierīcei F tā jāpārtrauc, bet sekas nosaka strāvas vērtība un plūšanas ilgums.
Projektētājs nosaka paredzamo īsslēguma strāvu uzstādīšanas vietā un pārbauda visu komplektu: konkrēto kontaktoru, aizsardzības ierīces veidu un nominālo strāvu, spriegumu un lietošanas apstākļus. Ražotāja dati ļauj izvēlēties pareizu sadarbību. Motora nominālā strāva viena pati pasaka pārāk maz.
Īsslēguma laikā sametinājušies kontakti var palikt aizvērti arī pēc F nostrādes. Drošinātājs pārtrauc strāvu. Kontaktoru remonts komplektā neietilpst. Pirms darba atsākšanas jāpārbauda abi aparāti un jānovērš bojājumi.
IEC 60947-4-1:2019, punkts 8.2.5.1, pieļauj kontaktu sametināšanos arī 2. tipa koordinācijas gadījumā. Ražotājs norāda nepieciešamās apkopes darbības. Citas aizsardzības ierīces izmantošana, nevis ražotāja noteiktā, var padarīt koordināciju nederīgu.
Kopīgs kabeļu ceļš, kopīgs barošanas avots, kopīga pārkaršana
Abu spoļu vadi iet vienā kūlī. Saspiešana savieno abas vadības ķēdes ar +24 V. Atsevišķi, aizsargāti kabeļu ceļi un nodalītas spailes samazina iespēju, ka viens bojājums aptvers abus kanālus.
Kopīgs barošanas avots atteices dēļ padod pārāk augstu spriegumu. Projektētājs pārbauda tā uzvedību bojājuma gadījumā un izmanto atbilstošu sprieguma ierobežošanu vai ārēju aizsardzību barotajām ķēdēm.
Abi kontaktori uzstādīti virs frekvences pārveidotāja. Pēc ventilatora atteices temperatūra pārsniedz pieļaujamo. Aparātu izvietojums, atstatumi un dzesēšanas apstākļi jāizvēlas arī šādam gadījumam. Atvērts vadības skapis pieņemšanas pārbaudē parasti ventilējas lieliski.
Abi kanāli iet blakus frekvences pārveidotāja motora kabeļiem. Kabeļu ceļu atdalīšana, ekranēšana un potenciālu izlīdzināšana palīdz mazināt kopīgu elektromagnētisko traucējumu ietekmi. Noturībai jāatbilst faktiskajiem iekārtas darba apstākļiem.
ISO 13849-1 pielikums F sakārto CCF novērtēšanu punktos. Šajā metodē par ieviestajiem pasākumiem vajag vismaz 65 punktus. Piemēram: kanālu atdalīšana — 15, aizsardzība pret attiecīgiem pārstrāvas un pārsprieguma gadījumiem — 15, pasākumi pret elektromagnētiskajiem traucējumiem — 25, citi vides faktori — 10.
Šādu rezultātu var pamatot arī ar identiskiem kontaktoriem. Konstrukciju, tehnoloģiju, slodžu vai ražotāju dažādošana vienā pozīcijā dod līdz 20 punktiem. Divi atšķirīgi zīmoli uz viena un tā paša izstrādājuma joprojām ir viens un tas pats izstrādājums. Punktus piešķir tikai par pilnīgi ieviestu pasākumu novērtētajā apakšsistēmā; daļēja ieviešana dod nulli.
Otrais kanāls palīdz tikai tad, ja kopīgs cēlonis neatņem darbspēju abiem kanāliem.
Kur ir divi kanāli sensorā, relejā un PLC?
K1 un K2 var viegli parādīt ar pirkstu. Elektronikā vairāki kanāli var atrasties vienā korpusā. Standarts apraksta loģisko struktūru, bet konkrētās ierīces iekšējos risinājumus nosaka tās ražotājs.
Divi sensori pie viena aizsarga
Induktīvie sensori S1 un S2 nosaka aizvērta aizsarga metāla elementu. Katrs dod savu signālu uz atsevišķu vadības ieeju. Darbam vajadzīgi abi apstiprinājumi “aizvērts”.
S1 sabojājas un pastāvīgi rāda “aizvērts”. Operators atver aizsargu, un metāls attālinās no abiem sensoriem. Darbspējīgais S2 maina signālu, un vadība dod apturēšanas komandu. Reakcijai pietiek ar viena apstiprinājuma pazušanu.
Viens drošības sensors, divas OSSD izejas
Induktīvam drošības sensoram var būt diagnostika un divas uzraudzītas elektroniskas OSSD izejas. Kad metāls attālinās, abas izejas atslēdzas un nodod vadībai apturēšanas pieprasījumu. Diagnostika uzrauga arī to spēju atslēgties.
Parastam sensoram var būt divas citādi strādājošas izejas: viena elektroniska ķēde nosaka metālu, un viens un tas pats rezultāts vada abas izejas. Parasti atvērta izeja ieslēdzas pēc metāla noteikšanas, bet parasti aizvērta izeja tajā pašā brīdī atslēdzas.
Ja elektronika kļūdaini nosaka metālu, lai gan aizsargs ir atvērts, abas izejas uzvedas tieši tāpat kā pie aizvērta aizsarga. Pretējo stāvokļu pārbaude kļūdu neatklās. Vadība saņēmusi divas viena un tā paša malda versijas. Līdzīgas sekas rada viena signāla sadalīšana uz divām ieejām.
Drošības relejs un vadības kontrolleris
Klasiskā drošības relejā darbojas divi iekšējie releji R1 un R2. To darba atļaujas kontakti ir savienoti virknē. Ja R1 kontakts sametinās, R2 joprojām atver izeju. Mehāniski saistīti kontroles kontakti ļauj atklāt sametināšanos un bloķēt atkārtotu ieslēgšanu.
Ar drošību saistītā PLC var izmantot divus procesorus un rezultātu salīdzināšanu. Viens kļūdaini aprēķina kustības atļauju, otrs — apturēšanu. Neatbilstība iedarbina aizsardzības reakciju. Testi aptver arī atmiņu, programmas izpildi, ieejas un izejas.
Divas programmas kopijas parastā PLC turpretī var darboties vienā procesorā. Tā atteice skars abas kopijas. Nokopēt kodu ir vieglāk nekā izveidot noturību pret defektiem, taču rezultāts nav tas pats.
Drošības gaismas aizkars
Operators pārtrauc starus starp raidītāju un uztvērēju. Gaismas aizkars atslēdz OSSD1 un OSSD2. Ja bojātā OSSD1 paliek ieslēgta, OSSD2 atslēgšana joprojām ir pietiekama, lai saistītā vadība dotu apturēšanas komandu.
Katra izeja jāpievieno tai paredzētajai ieejai. Diagnostika aptver izejas un to savienojumus. Ierīces dokumentācijā projektētājs pārbauda sasniegto PL, kategoriju, reakcijas laiku un prasīto pieslēgumu. Tikai tad ir skaidrs, kā gatavas apakšsistēmas īpašības izmantot konkrētajā drošības funkcijā.
Vienāds PL, atšķirīga uzvedība pēc defekta
Viens projektētājs iegūst PL d ar 2. kategoriju, otrs — ar 3. kategoriju. Abi rezultāti var būt pareizi. Pirmais izmantoja uzticamāku funkcionālo kanālu ar testēšanu, otrais — divus funkcionālos kanālus.
| Kategorija | Kanāla MTTFD | DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 100 gadi | 90% | 2,29 × 10⁻⁷ | d |
| 3 | 30 gadi | 90% | 2,65 × 10⁻⁷ | d |
2. kategorijā MTTFD attiecas uz funkcionālo kanālu. 3. kategorijā tas attiecas uz katru no diviem kanāliem. Abas PFH vērtības ietilpst PL d diapazonā, tomēr 2. kategorija starp testiem var zaudēt apakšfunkciju, bet 3. kategorija to saglabā pēc viena defekta.
Ja SRS vai konkrētajai mašīnai piemērojamais C tipa standarts prasa saglabāt funkciju pēc viena defekta, projektētājam jānodrošina tieši šāda uzvedība. Burts d viens pats izvēli neizšķir.
Tā pati kategorija, labāka diagnostika
3. kategorijā, ja katra kanāla MTTFD ir 100 gadi, DCavg palielināšana no 60% līdz 90% pārbīda rezultātu no PL d uz PL e.
| DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|
| 60% | 1,01 × 10⁻⁷ | d |
| 90% | 4,29 × 10⁻⁸ | e |
Augstākam diagnostikas pārklājumam jāizriet no efektīvākas atteiču noteikšanas un atbilstošas reakcijas. Atgriezeniskā signāla izmaiņu kontrole var atklāt īsslēgumu, kas pastāvīgi apstiprina kontaktora atvērtu stāvokli. Šādi risinājumi maina sistēmas darbību. Lauka pārlikšana aprēķinu programmā no 60 uz 90% pagaidām maina tikai izdruku.
Skaitliskās vērtības iegūtas no ISO 13849-1:2023 apakšsistēmu modeļiem. Punkta 6.1.8 metode pieņem 20 gadu paredzēto lietošanas laiku, nemainīgu atteiču intensitāti un atbilstošus pasākumus pret CCF. Elementiem, kas nolietojas agrāk, jāņem vērā to lietošanas ierobežojumi.
2. kategorijā jāizpilda arī prasības testēšanas kanālam, testu biežumam vai reakcijas laikam funkcijas pieprasījuma brīdī. Periodiskas testēšanas gadījumā parādītās PFH vērtības atbilst testu un pieprasījumu biežuma attiecībai vismaz 100:1. Tabulas K.1 1. piezīme attiecībai vismaz 25:1 paredz novērtējumu, reizinot tabulas PFH ar 1,1.
Zema, vidēja un augsta DCavg tabulas vērtības aprēķinātas attiecīgi pie 60%, 90% un 99%.
PL raksturo veiktspējas līmeni. Kategorija parāda, kā sistēma tiek galā ar defektiem. Risinājuma izvēlei vajadzīga abas informācijas daļas.
Kontaktori gatavi atslēgt, bet komanda neatnāca
Apakšsistēma K1–K2 sasniedz PL e. Taču aizsarga sensors kļūdaini informē loģiku, ka durvis ir aizvērtas. Vadība atļauj kustību, tāpēc abi kontaktori paliek ieslēgti. Tie var būt darbspējīgi un nevainojami uzraudzīti. Problēma radās agrāk — funkcijas ieejā.
Tāpēc projektētājs novērtē visu ķēdi: ieeja → loģika → izeja, ieskaitot savienojumus. Virknē kombinējot apakšsistēmas ar zināmu PFH, to vērtības saskaita. Kopējo PL ierobežo summēšanas rezultāts un zemākais kādas apakšsistēmas PL.
Trīs apakšsistēmas ar 4 × 10⁻⁸ 1/h katra kopā dod 1,2 × 10⁻⁷ 1/h — PL d. Katra atsevišķi ietilpa PL e diapazonā. Aprēķins ir vienkāršs: pilnajai funkcijai ir vairāk vietu, kur var rasties bīstama atteice.
Sīkāks skaidrojums pieejams rakstā par PL aprēķinu saskaņā ar ISO 13849-1. Pēc barošanas atslēgšanas lentei vēl vajadzīgs laiks, lai nobremzētu. Aizsardzībai jānostrādā, pirms cilvēks sasniedz apdraudējumu. Šo saistību labi parāda drošības gaismas aizkara attālums pēc reakcijas laika izmaiņām. Kombinējot ar dažādām metodēm novērtētas apakšsistēmas, noder arī ISO 13849-1 un IEC 62061 salīdzinājums.
Pēc dažiem gadiem kāds nomainīs K1
Jaunajam kontaktoram ir tāda pati nominālā strāva, un tas der uz montāžas sliedes. Tehniķim vēl vajadzīgs pareizais spoguļkontakts, atbilstoši darbības laiki un darbmūža dati. Šīs īpašības bija projekta daļa. Ieraksts “24 V, tikpat ampēru” izlaiž tieši to, kas vajadzīgs diagnostikai.
Dokumentācija ļauj atjaunot pamatojumu: kāpēc izvēlēts konkrētais aparāts, ko sistēma uzrauga un kā tā reaģē uz defektu. Bez tā atliek zvanīt programmas autoram un cerēt, ka viņš atceras katra nosacījuma iemeslu. Tā projekta pamatojums kļūst atkarīgs no viena cilvēka atmiņas.
| Lauks | Ieraksts |
|---|---|
| Tvērums | Izejas apakšsistēma K1–K2 ar savienojumiem un uzraudzību; uzdevums: atslēgt piedziņas barošanu. |
| Aplūkotais defekts | K1 paliek aizvērts, neraugoties uz atslēgšanas komandu. |
| Prasītā reakcija | K2 patstāvīgi atslēdz piedziņu. K1 atgriezeniskā signāla neatgriešanās atklāj defektu un bloķē atkārtotu ieslēgšanu. |
| Iegūstamais pierādījums | Defektu analīze un tests T-01: K2 atslēgšanas, reakcijas laika, defekta atklāšanas un bloķēšanas pārbaude. Rezultāts jāreģistrē konkrētajai sistēmas versijai. |
Pilnā karte sasaista šo ierakstu ar SRS, shēmas versiju, MTTFD, DCavg un CCF pamatojumu, kā arī validācijas rezultātiem. Tajā pamato arī izmantotos defektu izslēgšanas pieņēmumus.
Lejupielādēt kategorijas pamatojuma karti PDF formātā angļu valodā: K1–K2 piemērs un aizpildāma veidlapa savam projektam vienā failā.
Vadītājam nav pašam jāaprēķina PFH. Viņš var palūgt piegādātājam shēmā parādīt vienu defektu: kas sabojājas, kas joprojām aizsargā cilvēku, kad vadība pamana problēmu un kur ir pārbaudes rezultāts. Tā rodas daudz vērtīgāka saruna nekā jautājums par releja zīmolu.
Divi kontaktori ir iepirkumu saraksta pozīcija. Kategoriju var piešķirt tikai tad, kad ir pamatota to darbība, diagnostika un visa projekta uzvedība defekta gadījumā.
Avoti
Konveijera, kontaktoru un vārstu piemēri izmantoti prasību skaidrošanai. PFH vērtības un tām atbilstošie PL iegūti no turpmāk norādītās tabulas K.1.
- ISO 13849-1:2023, punkti 4.5, 5.1, 5.2.1 un 5.3–5.5 — riska novērtējuma informācija, SRS, PLr un sadalījums apakšsistēmās; definīcijas 3.1.45–3.1.47 un punkti 6.1.3.1–6.1.3.2.1 — apakšsistēma, kanāls un arhitektūras.
- ISO 13849-1:2023, punkti 6.1.3.2.2–6.1.3.2.6 — B–4 kategorijas prasības, reakcija uz defektiem, testēšana un defektu uzkrāšanās; definīcijas 3.1.49–3.1.50 un punkts 6.1.11 — pārbaudīti drošības principi un komponenti.
- ISO 13849-1:2023, tabulas 2, 6 un 7, punkti 6.1.4–6.1.5 un 6.1.8, pielikumi C–E un tabula K.1 ar 1.–2. piezīmi — PL, PFH, MTTFD, DC, darbmūža dati, pārslēgšanas reižu skaits un skaitlisko modeļu pieņēmumi.
- ISO 13849-1:2023, punkts 6.1.6, pielikums F un tabula F.1 — CCF, kopīgas iedarbības ierobežošanas pasākumi, punktu novērtējums un 65 punktu slieksnis; F.3.2 — dažādošana; F.3.3 un F.3.6 — aizsardzība, traucējumi un darba vide.
- IEC 60947-4-1:2019, punkts 8.2.5.1 — kontaktoru sadarbība ar īsslēguma aizsardzības ierīcēm un 2. tipa koordinācija; punkti 8.2.4.3.1–8.2.4.3.2 un pielikums B — mehāniskais un elektriskais darbmūžs; pielikums F — spoguļkontaktu īpašības un identificēšana.
- ISO 13849-1:2023, punkts 6.1.10, definīcijas 3.1.29–3.1.30 un 3.1.51–3.1.52, pielikums E un tabula E.1 — defektu analīze, uzraudzība, testēšana un ticamības pārbaude; 7. nodaļa un pielikums N — programmatūra un iepriekš novērtētas platformas; punkts 13.2 — integrēšanai vajadzīgā informācija.
- ISO 4413:2010, punkts 5.4.4.1 — vārstu hermētiskums un piemērotība ar drošību saistītam lietojumam; punkti 5.4.7.1–5.4.7.2.1 — neparedzēta kustība, enerģijas izolēšana un spiediena samazināšana.
- ISO 13849-1:2023, punkts 6.2.2 un 8. nodaļa — apakšsistēmu kombinēšana, PFH summēšana un sasniegtā PL ierobežojumi; punkts 5.2.2.2 — apturēšana; punkti 10.1.1–10.1.2 un 10.8, kā arī 12. nodaļa — validācija, protokoli un tehniskā dokumentācija.