„Două contactoare și un releu de siguranță, deci categoria 3.” În dulap totul pare corect. Și în lista de achiziții, la fel. Abia un contactor cu contacte sudate arată cât din această ordine mai funcționează în realitate.
Operatorul deschide apărătoarea transportorului. Comanda dezenergizează bobina K1, dar contactele de putere au rămas sudate. Motorul este alimentat în continuare. Comanda a fost corectă. Contactorul pur și simplu nu a executat-o. Al doilea contactor poate salva oprirea. Diagnosticarea poate detecta defectul și poate bloca următoarea pornire. Totul depinde de modul în care proiectantul a construit sistemul.
Să scrii „categoria 3” în documentație este partea cea mai ușoară. Categorii de siguranță conform ISO 13849-1 descriu rezistența subsistemului la defecte și comportamentul său după apariția acestora. Diferența dintre B, 1, 2, 3 și 4 se înțelege cel mai bine folosind aceeași sarcină: întreruperea alimentării unei acționări, inclusiv atunci când ceva se defectează. La recepție, orice sistem funcțional poate arăta bine. Categoriile încep să conteze când sistemul nu mai este funcțional.
Mai întâi sarcina, apoi aparatele din dulap
Operatorul trebuie să corecteze o piesă. Banda trebuie să se oprească înainte ca persoana să ajungă în zona periculoasă și să rămână oprită cât timp se lucrează cu apărătoarea deschisă. Proiectantul derivă aceste cerințe din evaluarea riscului conform ISO 12100, apoi le consemnează în specificația cerințelor de securitate — SRS.
Funcția completă cuprinde detectarea deschiderii apărătorii, decizia comenzii și întreruperea alimentării acționării. Fiecare parte poate fi separată ca subsistem. În variantele următoare se modifică subsistemul de ieșire: contactoarele, conexiunile și supravegherea lor. Sarcina acestuia, adică subfuncția analizată, este întreruperea alimentării acționării.
Contactorul funcționează ca un aparat de comutație comandat electric. Tensiunea aplicată bobinei închide contactele de putere prin care curge curentul motorului. După dezenergizarea bobinei, un aparat funcțional le deschide. Sudarea contactelor îi anulează exact această capacitate.
Când există două contactoare, K1 și K2, curentul motorului trece succesiv prin ambele. Deschiderea oricăruia întrerupe circuitul. Fiecare contactor, împreună cu propria comandă, formează o cale separată de întrerupere, adică un canal.
Categoria B: K1 s-a sudat. Alimentarea rămâne
Acționarea este întreruptă de un singur contactor K1. După deschiderea apărătorii, comanda dezenergizează bobina, contactele se deschid, iar motorul rămâne fără alimentare. Mii de cicluri pot decurge exact așa.
La următoarea anclanșare, contactele se sudează. Transportorul continuă să funcționeze, deci operatorul nu observă încă nimic. Deschide apărătoarea. Tensiunea bobinei dispare, dar curentul motorului continuă să circule. Nu există un al doilea element care să-l întrerupă. Un singur defect elimină capacitatea subsistemului de a opri acționarea.
Dacă, în loc să se sudeze contactele, s-ar întrerupe conductorul bobinei, contactorul funcțional s-ar deschide. Alt defect, alt efect. Replica „la defectare contactorul cade” funcționează minunat cât timp autorul își alege singur defectul convenabil.
Categoria B impune principii de bază privind siguranța și alegerea componentelor pentru condițiile reale. Contactorul trebuie să suporte sarcina, numărul de comutări și temperatura din dulap. Litera B nu este o aprobare pentru montarea piesei rămase întâmplător în magazie.
Când categoria B oferă PL a și când oferă PL b?
Două sisteme aparent identice pot avea frecvențe diferite ale defectărilor periculoase. Un contactor pornește motorul o dată pe schimb. Altul comută la fiecare piesă. Același model, dar un număr complet diferit de manevre.
Proiectantul ia în calcul durabilitatea aparatului și regimul real al mașinii. El determină MTTFD, timpul mediu până la o defectare periculoasă. Cu cât valoarea este mai mare, cu atât aceste defectări apar statistic mai rar. Pentru canal sunt incluse toate elementele al căror defect poate elimina capacitatea de întrerupere.
| MTTFD al canalului | PFH — frecvența medie a unei defectări periculoase pe oră | PL obținut |
|---|---|---|
| 10 ani | 1,14 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 12 ani | 9,51 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 20 de ani | 5,71 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
La 10 ani rezultatul este PL a. La 12 ani devine deja PL b, deoarece PFH scade sub limita de 10⁻⁵ 1/h. Se schimbă fiabilitatea statistică. După sudarea contactorului, ambele sisteme se vor comporta însă la fel.
MTTFD este un parametru statistic. „20 de ani” în calcul nu înseamnă o garanție de 20 de ani și nici o dată automată de înlocuire. Termenul de utilizare se stabilește ținând cont de condițiile și limitele aparatului.
Valorile de mai sus privesc subsistemul de ieșire. Pentru întreaga funcție se adaugă PFH al senzorului și al logicii: PFH intrare + PFH logică + PFH ieșire. Rezultatul se compară cu intervalele PL și este limitat suplimentar de cel mai mic PL dintre subsisteme. Astfel, o ieșire cu PL b poate conduce, după combinare, la o funcție cu PL a.
Categoria B poate atinge cel mult PL b. Dacă nivelul de performanță cerut, PLr, este d, trebuie aleasă altă soluție. Încă o deschidere reușită a apărătorii în timpul recepției nu schimbă această limită. Totul depinde de un singur canal.
Categoria 1: aceeași problemă trebuie să apară mai rar
Acționarea este întreruptă tot de un singur K1. Proiectantul ridică însă cerințele privind fiabilitatea și utilizarea lui. Pe lângă principiile categoriei B, aplică principii de siguranță verificate și componente verificate. În metoda simplificată, MTTFD al canalului trebuie să fie ridicat: între 30 și 100 de ani.
„Verificat” se referă la condiții concrete de funcționare. Un aparat care a comutat ani întregi rezistențe de încălzire primește acum un motor cu un curent mare de pornire și anclanșări frecvente. Sigla cunoscută rămâne aceeași. Sarcina nu.
Alegerea trebuie susținută prin experiență documentată în aplicații similare sau prin proprietăți demonstrate prin proiectare, verificare și validare conform standardelor aplicabile. ISO 13849-2 indică, de asemenea, componente și condiții în care acestea pot fi considerate verificate. Proiectantul aplică principii care reduc apariția defectelor sau consecințele lor periculoase.
Și totuși, K1 se sudează. Bobina este dezenergizată, contactele rămân închise, iar motorul este alimentat. Categoria 1 reduce probabilitatea evenimentului. Nu creează un al doilea canal.
Fiabilitate mai mare: de la PL b la PL c
Pentru MTTFD al canalului egal cu 30 de ani, tabelul K.1 indică PL b. La 39 de ani, PFH scade sub 3 × 10⁻⁶ 1/h, iar rezultatul trece la PL c.
| MTTFD al canalului | PFH — frecvența medie a unei defectări periculoase pe oră | PL obținut |
|---|---|---|
| 30 de ani | 3,80 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 39 de ani | 2,93 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 de ani | 1,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
Plafonul categoriei 1 este PL c. Un aparat mai bun se defectează mai rar. Dar, când defectul este tocmai sudarea contactelor, acționarea nu are o a doua cale de întrerupere. Protecția se bazează pe fiabilitatea mai mare a unui singur canal, iar defectarea acelui canal o poate elimina.
Categoria 2: sistemul verifică dacă K1 a executat comanda
Operatorul deschide apărătoarea. Comanda dezenergizează K1 și așteaptă confirmarea deschiderii contactelor. De această dată, executarea comenzii este verificată.
Informația vine de la un contact oglindă al contactorului. Construcția lui împiedică închiderea atunci când un contact de putere rămâne sudat. Sistemul primește astfel un răspuns clar: K1 a deschis circuitul sau nu a executat comanda.
K1 s-a sudat. Confirmarea nu revine. Testul detectează defectul și declanșează reacția. În această variantă, contactorul suplimentar KT, conectat în serie cu K1, întrerupe alimentarea. Comanda blochează următoarea anclanșare până la remedierea defectului.
În standard, echipamentul de testare este notat TE, iar ieșirea lui, OTE. Aici, OTE comandă KT. K1 aparține canalului funcțional, care realizează întreruperea normală. TE și OTE formează canalul de testare, care verifică executarea sarcinii și inițiază reacția la defect.
În dulap sunt două contactoare, dar acesta rămâne un exemplu de categoria 2. KT întrerupe alimentarea după detectarea problemei la K1. De aici încolo, numărarea aparatelor începe să piardă în fața citirii schemei.
Ieri era funcțional. La anclanșarea de azi s-a sudat
K1 trece corect testul. La următoarea anclanșare, contactele lui se sudează. Până la următoarea verificare, canalul funcțional este defect. Rezultatul testului anterior nu a ascuns nimic; mașina s-a defectat între timp.
De aceea, categoria 2 poate pierde subfuncția între teste. Proiectantul trebuie să stabilească momentul testării și viteza reacției. Dacă verificarea începe când se deschide apărătoarea, detectarea defectului, dezenergizarea KT și oprirea mișcării trebuie să se producă înainte ca omul să ajungă la pericol.
Pentru PLr d, OTE trebuie să inițieze o stare sigură și să o mențină până la remedierea defectului. În acest sistem, KT face exact acest lucru. Un mesaj roșu pe ecran ar lăsa motorul sub tensiune. L-ar informa foarte clar pe operator de ce protecția nu funcționează.
Frecvența testelor și timpul de reacție. Punctul 6.1.3.2.4 prevede o frecvență a testării de cel puțin 100 de ori mai mare decât frecvența solicitării funcției sau un test executat imediat la solicitare, cu detectarea defectului și aducerea mașinii într-o stare fără pericol înainte de accesul în zona periculoasă. Aici, deschiderea apărătorii este solicitarea funcției.
Raportul 100:1 nu înseamnă o sută de încercări înaintea fiecărei deschideri. MTTFD al canalului de testare TE–OTE trebuie să depășească jumătate din MTTFD al canalului funcțional. Fiecare parte a canalului funcțional necesită cel puțin o acoperire de diagnosticare redusă. Se aplică principiile categoriei B, principiile de siguranță verificate și măsurile împotriva defectărilor de cauză comună ale celor două canale.
Pentru PLr până la c inclusiv, OTE trebuie să inițieze o stare sigură dacă acest lucru este practic posibil. Dacă nu este posibil, standardul admite că un avertisment poate fi suficient. Pentru PLr d este obligatorie reacția care asigură starea sigură.
Testarea poate oferi PL d. Contează și fiabilitatea
DC, adică acoperirea de diagnosticare, descrie eficacitatea detectării defectărilor periculoase. Pentru întregul subsistem se determină acoperirea medie de diagnosticare DCavg, ținând cont de frecvențele acestor defectări în componentele sale.
La același DCavg = 90%, categoria 2 oferă, conform tabelului K.1, PL a pentru MTTFD al canalului egal cu 3 ani, PL b la 10 ani, PL c la 30 de ani și PL d la 100 de ani. Testul există în toate variantele. Diferă frecvența defectărilor cu care trebuie să se confrunte.
| MTTFD al canalului funcțional | PFH — frecvența medie a unei defectări periculoase pe oră | PL obținut |
|---|---|---|
| 3 ani | 1,99 × 10⁻⁵ 1/h | PL a |
| 10 ani | 5,14 × 10⁻⁶ 1/h | PL b |
| 30 de ani | 1,21 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 100 de ani | 2,29 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
În categoria 2, protecția depinde de detectarea defectului prin test și de capacitatea sistemului de a reacționa la timp. Durata verificării nu este un detaliu de programare. Este parte din proiectul de securitate.
Categoria 3: K2 întrerupe fără să aștepte rezultatul testului
K1 și K2 sunt montate în serie în alimentarea motorului. Operatorul deschide apărătoarea, iar comanda cere dezenergizarea ambelor. Fiecare contactor are propria cale de comandă și fiecare poate întrerupe singur alimentarea acționării.
K1 rămâne sudat. K2 își deschide contactele și întrerupe curentul. Al doilea canal execută sarcina de protecție în pofida defectului primului. Aceasta este diferența fundamentală față de varianta anterioară.
În categoria 2, KT intervenea după ce testul detecta defectul lui K1. Aici, K2 primește comanda de dezenergizare deoarece apărătoarea a fost deschisă. Nu trebuie să aștepte diagnosticarea lui K1.
Transportorul s-a oprit. Reparația este încă necesară
Operatorul vede același efect ca întotdeauna: banda s-a oprit. În dulap, însă, un contactor nu mai funcționează. Diagnosticarea detectează lipsa confirmării de deschidere de la K1 și blochează următoarea anclanșare.
K2 a executat sarcina în locul canalului defect. Nu l-a și reparat. Dacă sistemul ar permite continuarea funcționării cu acest defect detectat, următoarea întrerupere ar depinde exclusiv de K2.
Categoria 3 cere păstrarea subfuncției după un singur defect. Cerința se aplică elementelor și conexiunilor întregului subsistem evaluat. Dacă un singur defect al comenzii poate menține ambele bobine alimentate, ambele contactoare pot executa impecabil aceeași comandă greșită.
Categoria 3 cere și cel puțin o acoperire de diagnosticare redusă. Un defect unic trebuie detectat la solicitarea funcției sau înaintea solicitării următoare, atunci când acest lucru este practic justificat. Unele defecte pot rămâne nedetectate. Acumularea lor ulterioară poate elimina protecția. Aici începe diferența față de categoria 4.
Categoria 3 poate atinge PL c, d sau e
La DCavg = 90% și MTTFD de 10 ani pentru fiecare canal, rezultatul din tabelul K.1 este PL c. La 30 de ani este PL d, iar la 100 de ani este PL e. Formula comodă „categoria 3 înseamnă PL d” pierde două dintre cele trei posibilități.
| MTTFD al fiecărui canal | PFH — frecvența medie a unei defectări periculoase pe oră | PL obținut |
|---|---|---|
| 10 ani | 1,36 × 10⁻⁶ 1/h | PL c |
| 30 de ani | 2,65 × 10⁻⁷ 1/h | PL d |
| 100 de ani | 4,29 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
MTTFD se referă separat la fiecare canal. Două canale de câte 30 de ani nu se transformă într-un canal cu MTTFD de 60 de ani. Se aplică în continuare cerințele categoriei B, principiile de siguranță verificate și măsurile împotriva defectărilor de cauză comună.
K2 întrerupe acționarea în pofida defectului lui K1. Diagnosticarea stabilește dacă sistemul poate primi permisiunea pentru următorul ciclu.
Categoria 4: contează și defectul scăpat de diagnosticare
După sudarea lui K1, K2 întrerupe acționarea, iar comanda blochează următoarea anclanșare. Același lucru s-a întâmplat în categoria 3. Diferența apare la analiza mai largă: ce detectează sistemul, când detectează și ce se întâmplă cu defectele pe care nu le detectează?
În categoria 4, un singur defect trebuie să lase funcția operațională și să fie detectat la solicitarea acesteia sau înaintea solicitării următoare. Dacă detectarea în acest interval nu este posibilă, acumularea defectelor trebuie, de asemenea, să păstreze protecția eficace.
Sistemul verifică și dacă semnalul de confirmare spune adevărul
Fiecare contactor are un contact oglindă supravegheat separat. Comanda îi verifică răspunsul pe întregul ciclu:
- Înainte de pornire, ambele contactoare sunt dezenergizate. Contactele oglindă trebuie să confirme deschiderea căilor de putere.
- După anclanșarea unui contactor, confirmarea deschiderii trebuie să dispară în timpul stabilit.
- După dezenergizare, confirmarea trebuie să revină.
La K1 sudat, ultima confirmare nu revine. K2 întrerupe acționarea, iar logica blochează reanclanșarea.
Pentru categoria 4, DCavg trebuie să fie de cel puțin 99%. De ce trebuie verificată și dispariția confirmării? Cei doi conductori ai contactului oglindă se pot scurtcircuita. Semnalul va spune permanent „K1 deschis”, inclusiv când contactorul tocmai a fost anclanșat.
Un sistem care verifică numai prezența semnalului înainte de pornire ar accepta această confirmare falsă. Verificarea schimbărilor detectează contradicția: K1 a primit comanda de anclanșare, dar informația „deschis” a rămas activă. Comanda dezactivează ieșirile și blochează funcționarea.
Operatorul poate apăsa butonul de resetare cât dorește. Resetarea nu separă nici conductori scurtcircuitați, nici contacte sudate. O astfel de diagnosticare poate fi utilizată și în categoria 3. Categoria 4 este stabilită de comportamentul întregului subsistem față de defectele analizate și acumularea lor. Trebuie analizate și circuitele de comandă, informația de reacție și efectele defectelor lor.
Două supape arată de ce este important
V1 și V2 sunt supape cu scaun montate în serie pe alimentarea cu ulei a unui cilindru. Fiecare poate opri singură debitul. Senzorii verifică poziția elementelor de închidere.
Garnitura scaunului din V1 se defectează. Elementul de închidere ajunge în poziția „închis”, dar uleiul se scurge prin garnitura deteriorată. Senzorul de poziție spune în continuare adevărul. V2, încă etanșă, oprește debitul, deci la mașină nu se întâmplă nimic.
Mai târziu, dintr-o cauză independentă, începe să piardă și V2. Debitul prin ambele supape devine suficient pentru o mișcare periculoasă a cilindrului. Pe ecran apar în continuare două confirmări „închis”. Perfect coerente între ele și complet inutile pentru detectarea acestei defectări.
Aceasta este o acumulare de defecte nedetectate care poate elimina protecția în categoria 3. Pentru categoria 4, scenariul trebuie întrerupt: fie se detectează la timp scurgerea relevantă, fie funcția rămâne eficace pentru acumularea de defecte analizată.
Testarea separată a etanșeității fiecărei supape verifică tocmai ceea ce senzorul de poziție nu poate verifica. De exemplu, scurgerea ridică presiunea într-un volum de testare situat după supapă și izolat de cilindru. Senzorul de presiune detectează creșterea, iar sistemul blochează funcționarea.
Dacă ambele supape ar fi verificate simultan în poziția închisă, V2 etanșă ar putea ascunde pierderea lui V1. Pragul și durata testului trebuie să detecteze o scurgere relevantă pentru siguranță înainte de apariția pericolului. Proiectul trebuie să trateze și presiunea rămasă după supape: întreruperea alimentării noi nu elimină energia deja acumulată.
Valoarea de 99% trebuie să rezulte din diagnosticarea reală
Categoria 4 cere DCavg ridicat, de cel puțin 99%, și MTTFD ridicat pentru fiecare canal. Valoarea de 99% se referă la frecvența defectărilor periculoase detectate. Detectarea a nouă tipuri rare și omiterea unuia frecvent poate produce un rezultat slab. Lista bifată arată atunci mai bine decât protecția.
La DCavg = 99%, tabelul K.1 oferă PL e pentru categoria 4 atât la MTTFD de 30 de ani, cât și la 100 de ani. Valorile PFH diferă, chiar dacă se află în același nivel.
| MTTFD al fiecărui canal | PFH — frecvența medie a unei defectări periculoase pe oră | PL obținut |
|---|---|---|
| 30 de ani | 9,54 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 100 de ani | 2,47 × 10⁻⁸ 1/h | PL e |
| 2.500 de ani | 9,06 × 10⁻¹⁰ 1/h | PL e |
Pentru categoria 4, modelul permite un MTTFD al canalului de până la 2.500 de ani. Rămâne un parametru statistic. Principiile categoriei B, principiile de siguranță verificate și măsurile împotriva cauzelor comune continuă să se aplice.
Punctul 6.1.3.2.6 arată că, în practică, poate fi suficientă analizarea combinațiilor de două defecte. Excluderea defectelor nedetectate cu probabilitate foarte redusă cere o analiză documentată și verificată, de exemplu FMEA. Diagnosticarea trebuie să verifice capacitatea de executare a sarcinii. O supapă poate confirma corect poziția și poate continua să lase uleiul să treacă.
Numărul de senzori și lista testelor nu dovedesc singure categoria 4. Contează defectele periculoase acoperite, momentul detectării, reacția și comportamentul sistemului atunci când defectele nedetectate se acumulează.
Cinci categorii, același K1 sudat
În B și 1, sudarea lui K1 lasă motorul alimentat. În categoria 2, KT întrerupe alimentarea după ce TE detectează defectul. În categoriile 3 și 4, K2 primește comanda de dezenergizare odată cu deschiderea apărătorii și întrerupe acționarea. Diagnosticarea detectează defectul și blochează ciclul următor.
De aceea, evaluarea nu se oprește la prima reacție de protecție reușită. Trebuie verificat și ce se întâmplă după aceasta.
Două contactoare pot pierde în fața aceluiași scurtcircuit
Până acum, K1 se defecta, iar K2 salva întreruperea. Dar după K2 apare un scurtcircuit. Curentul de scurtcircuit trece prin ambele contactoare închise și le deteriorează pe amândouă. Al doilea canal tocmai a întâlnit aceeași cauză ca primul.
Aceasta este CCF, defectarea de cauză comună. În categoriile 3 și 4 privește cele două canale funcționale, iar în categoria 2 privește canalul funcțional și canalul de testare. Proiectantul trebuie să limiteze expunerile comune prin măsuri concrete.
K2 se închide primul și se deschide ultimul
Mai întâi se închide K2. K1 este încă deschis, deci curentul motorului nu circulă. Apoi K1 închide circuitul și conectează sarcina. La oprire, ordinea este inversă: K1 întrerupe curentul, iar K2 se deschide puțin mai târziu, deja fără curent de sarcină.
Ambele contactoare conduc același curent în funcționare, dar condițiile de comutare diferă. K2 evită de regulă conectarea curentului de pornire și întreruperea sarcinii, ceea ce reduce uzura electrică a contactelor sale. Mecanismul execută însă fiecare mișcare, deci uzura mecanică rămâne.
K2 trebuie dimensionat și pentru întreruperea independentă a sarcinii complete, deoarece exact aceasta va fi sarcina lui după sudarea lui K1. Dezenergizarea lui trebuie să apară în timpul stabilit, fără a aștepta confirmarea de la K1. Dacă K1 s-a sudat, confirmarea nu va veni. Întârzierea și timpii aparatelor trebuie să se încadreze în timpul de reacție cerut al funcției.
Protecția la scurtcircuit trebuie să limiteze efectul evenimentului comun
Secvența de comutare diferențiază solicitările la pornire și oprire. În timpul unui scurtcircuit, când ambele contactoare sunt închise, curentul le solicită pe amândouă. Protecția F trebuie să întrerupă curentul, iar efectele depind de valoarea acestuia și de durata circulației.
Proiectantul stabilește curentul de scurtcircuit prezumat la locul instalării și verifică ansamblul: contactorul concret, tipul și curentul nominal al protecției, tensiunea și condițiile de utilizare. Datele producătorului permit verificarea coordonării. Curentul nominal al motorului spune prea puțin.
Contactele sudate în timpul scurtcircuitului pot rămâne închise și după declanșarea protecției F. Siguranța fuzibilă întrerupe curentul. Nu repară și contactorul. Înainte de repunerea în funcțiune trebuie verificate ambele aparate și remediate deteriorările.
Coordonarea de tip 2 și sudarea contactelor. IEC 60947-4-1:2019-05, punctul 8.2.5.1, admite posibilitatea sudării contactelor inclusiv la coordonarea de tip 2. Producătorul indică măsurile de mentenanță necesare. Folosirea altei protecții decât cea recomandată poate invalida coordonarea.
Același traseu, aceeași sursă, aceeași supraîncălzire
Conductoarele ambelor bobine trec prin același fascicul. Strivirea lui scurtcircuitează ambele comenzi la +24 V. Traseele separate și protejate, precum și bornele distincte, reduc posibilitatea ca un singur defect să afecteze ambele canale.
O sursă comună furnizează, după defectare, o tensiune prea mare. Proiectantul îi verifică comportamentul la defect și aplică limitarea adecvată a tensiunii sau o protecție externă pentru circuitele alimentate.
Ambele contactoare se încălzesc deasupra convertizorului de frecvență. După defectarea ventilatorului, temperatura depășește limita admisă. Amplasarea aparatelor, distanțele și răcirea trebuie alese și pentru acest caz. Dulapul deschis în timpul recepției are, de obicei, o ventilație excelentă. Nu aceasta este starea reală de lucru.
Ambele canale trec lângă conductoarele de motor ale convertizorului. Separarea traseelor, ecranarea și legăturile echipotențiale ajută la limitarea influenței comune a perturbațiilor electromagnetice. Imunitatea trebuie să corespundă mediului real.
Anexa F structurează evaluarea prin punctaj. Metoda cere cel puțin 65 de puncte pentru măsurile aplicate. De exemplu: separarea canalelor — 15 puncte; protecția împotriva supracurenților și supratensiunilor relevante — 15; măsuri privind perturbațiile electromagnetice — 25; alți factori de mediu — 10.
Un asemenea rezultat poate fi justificat și cu contactoare identice. Diversitatea construcțiilor, tehnicilor, sarcinilor sau producătorilor poate oferi până la 20 de puncte într-o poziție. Două mărci diferite aplicate aceluiași produs rămân același produs. Punctajul se acordă numai pentru implementarea completă a poziției în subsistemul evaluat. Implementarea parțială valorează zero.
Al doilea canal ajută numai dacă o cauză comună nu le elimină ambelor canale capacitatea de funcționare.
Unde sunt cele două canale în senzor, releu și PLC?
K1 și K2 pot fi arătate cu degetul. În electronică, două canale pot exista în aceeași carcasă. Standardul descrie structura logică, iar soluțiile interne ale unui dispozitiv concret sunt stabilite și declarate de producător.
Doi senzori la aceeași apărătoare
Senzorii inductivi S1 și S2 detectează elementul metalic al apărătorii închise. Fiecare transmite propriul semnal către o intrare separată. Pentru funcționare sunt necesare ambele confirmări „închis”.
S1 se defectează și indică permanent „închis”. Operatorul deschide apărătoarea, iar piesa metalică se îndepărtează de ambii senzori. S2, încă funcțional, își schimbă semnalul, iar comanda solicită oprirea. Pierderea unei singure confirmări este suficientă pentru reacție.
Un senzor de siguranță, două ieșiri OSSD
Un senzor inductiv de siguranță poate include diagnosticare și două ieșiri electronice OSSD, adică elemente de comutație ale semnalului de ieșire. După îndepărtarea metalului, ambele ieșiri se dezactivează și transmit comenzii solicitarea de oprire. Diagnosticarea verifică și capacitatea lor de dezactivare.
Un senzor obișnuit poate avea două ieșiri care funcționează diferit: același circuit electronic detectează metalul, iar rezultatul comun comandă ambele ieșiri. Ieșirea normal deschisă se activează la detectarea metalului, iar cea normal închisă se dezactivează.
Dacă electronica detectează în mod eronat metalul cu apărătoarea deschisă, ambele ieșiri se comportă exact ca la apărătoarea închisă. Compararea stărilor lor opuse nu va detecta eroarea. Comanda a primit două versiuni ale aceleiași greșeli. Același rezultat apare când un singur semnal este ramificat către două intrări.
Releul de siguranță și controlerul
Într-un releu de siguranță clasic funcționează două relee interne, R1 și R2. Contactele lor care permit funcționarea sunt legate în serie. Dacă un contact R1 se sudează, R2 poate deschide în continuare ieșirea. Contactele de control cu ghidare mecanică permit detectarea sudării și blocarea reanclanșării.
Un PLC destinat funcțiilor de siguranță poate utiliza două procesoare și compararea rezultatelor. Unul calculează eronat permisiunea de mișcare, iar celălalt solicită oprirea. Neconcordanța declanșează reacția de protecție. Testele pot acoperi memoria, execuția programului, intrările și ieșirile.
Două copii ale programului într-un PLC obișnuit pot rula însă pe același procesor. Defectarea lui afectează ambele copii. Copierea codului este mai simplă decât construirea rezistenței la defecte și produce un rezultat complet diferit.
Perdeaua de lumină de siguranță
Operatorul întrerupe fasciculele dintre emițător și receptor. Perdeaua dezactivează OSSD1 și OSSD2. Dacă OSSD1 defect rămâne activă, dezactivarea OSSD2 trebuie să fie suficientă pentru ca sistemul conectat să solicite oprirea.
Fiecare ieșire ajunge la intrarea destinată ei. Diagnosticarea include ieșirile și conexiunile. În documentația dispozitivului, proiectantul verifică PL obținut, categoria, timpul de reacție și schema de conectare obligatorie. Numai astfel poate folosi proprietățile subsistemului gata evaluat în funcția concretă.
Același PL, comportament diferit după defect
Un proiectant obține PL d în categoria 2, altul în categoria 3. Ambele rezultate pot fi corecte. Primul a folosit un canal mai fiabil, cu testare. Al doilea a folosit două canale funcționale.
| Categoria | MTTFD al canalului | DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 100 de ani | 90% | 2,29 × 10⁻⁷ | d |
| 3 | 30 de ani | 90% | 2,65 × 10⁻⁷ | d |
În categoria 2, MTTFD indicat privește canalul funcțional. În categoria 3, privește fiecare dintre cele două canale. Ambele valori PFH se încadrează în PL d, dar categoria 2 poate pierde subfuncția între teste, în timp ce categoria 3 o păstrează după un singur defect.
Dacă SRS sau un standard de tip C aplicabil mașinii cere menținerea funcției după un singur defect, proiectantul trebuie să asigure exact acest comportament. Litera d, luată singură, nu decide soluția.
Aceeași categorie, diagnosticare mai bună
În categoria 3, la MTTFD de 100 de ani pentru fiecare canal, creșterea DCavg de la 60% la 90% mută rezultatul de la PL d la PL e.
| DCavg | PFH [1/h] | PL |
|---|---|---|
| 60% | 1,01 × 10⁻⁷ | d |
| 90% | 4,29 × 10⁻⁸ | e |
Acoperirea de diagnosticare mai mare trebuie să rezulte din detectarea mai eficientă a defectelor și din reacția adecvată. Verificarea schimbării semnalului de reacție poate detecta un scurtcircuit care confirmă permanent deschiderea contactorului. Aceste măsuri modifică funcționarea reală a sistemului. Schimbarea câmpului din 60 în 90% într-un program de calcul modifică, pentru moment, doar documentul tipărit.
Ipotezele exemplelor numerice. Valorile provin din modelele de subsistem ale ISO 13849-1:2023-09. Metoda de la punctul 6.1.8 presupune o durată de utilizare prevăzută de 20 de ani, intensități constante ale defectărilor și măsuri adecvate împotriva CCF. Pentru elementele care se uzează mai devreme trebuie respectate limitele lor de utilizare.
În categoria 2 se aplică și cerințele canalului de testare, precum și cele privind frecvența testelor sau timpul de reacție la solicitarea funcției. Pentru testarea periodică, valorile PFH prezentate corespund unui raport de cel puțin 100:1 între frecvența testelor și solicitări. Nota 1 la tabelul K.1 oferă o estimare pentru un raport de cel puțin 25:1 prin înmulțirea PFH din tabel cu 1,1. Valorile pentru DCavg redus, mediu și ridicat au fost calculate la 60%, 90% și, respectiv, 99%.
PL indică nivelul de performanță. Categoria arată cum gestionează sistemul defectele. Pentru alegerea soluției sunt necesare ambele informații.
Contactoarele pot întrerupe. Dar comanda nu a venit
Subsistemul K1–K2 atinge PL e. Senzorul apărătorii informează însă eronat logica că ușa este închisă. Comanda permite mișcarea, deci ambele contactoare rămân anclanșate. Ele pot fi funcționale și perfect supravegheate. Problema a apărut mai devreme, la intrarea funcției.
De aceea, proiectantul evaluează întregul lanț: intrare → logică → ieșire, inclusiv conexiunile. Pentru o combinație în serie de subsisteme cu PFH cunoscut, valorile se adună. PL al întregii funcții este limitat atât de sumă, cât și de cel mai mic PL al unui subsistem.
Trei subsisteme cu câte 4 × 10⁻⁸ 1/h dau împreună 1,2 × 10⁻⁷ 1/h, adică PL d. Fiecare luat separat se încadra în PL e. Calculul este simplu: funcția completă are mai multe locuri în care poate apărea o defectare periculoasă. Detaliile sunt explicate în articolul despre calculul PL conform ISO 13849-1.
După întreruperea alimentării, banda are nevoie de timp pentru frânare. Protecția trebuie să acționeze înainte ca persoana să ajungă la pericol. Relația devine foarte clară în exemplul privind distanța perdelei de lumină de siguranță după schimbarea timpului de reacție.
La combinarea subsistemelor evaluate prin metode diferite este utilă și comparația dintre ISO 13849-1 și IEC 62061.
După câțiva ani, cineva va înlocui K1
Noul contactor are același curent nominal și încape pe șină. Tehnicianul mai are nevoie însă de contactul oglindă corect, de timpii de acționare potriviți și de datele privind durabilitatea. Aceste proprietăți au făcut parte din proiect.
Mențiunea „24 V, același număr de amperi” omite exact informațiile necesare diagnosticării. Documentația trebuie să permită reconstruirea motivului pentru care a fost ales aparatul, a elementelor supravegheate și a reacției la defect. În lipsa ei rămân telefonul către autorul programului și speranța că își amintește motivul fiecărei condiții.
| Câmp | Înregistrare |
|---|---|
| Domeniu | Subsistemul de ieșire K1–K2, cu conexiunile și supravegherea; sarcină: întreruperea alimentării acționării. |
| Defect analizat | K1 rămâne închis în pofida comenzii de dezenergizare. |
| Reacție cerută | K2 întrerupe independent alimentarea acționării. Lipsa revenirii semnalului lui K1 detectează defectul și blochează reanclanșarea. |
| Dovadă necesară | Analiza defectelor și încercarea T-01: verificarea întreruperii prin K2, a timpului de reacție, a detectării și a blocării. Rezultatul trebuie înregistrat pentru versiunea concretă a sistemului. |
Fișa completă leagă această înregistrare de SRS, versiunea schemei, bazele MTTFD, DCavg și CCF, precum și de rezultatele validării. Tot ea justifică excluderile de defect aplicate.
Descarcă fișa de justificare a categoriei — PDF în limba engleză: exemplul K1–K2 și un formular pentru propriul proiect, reunite într-un singur fișier cu câmpuri care pot fi completate pe calculator.
Managerul nu trebuie să calculeze personal PFH. Îi poate cere furnizorului să arate un singur defect pe schemă: ce se defectează, ce continuă să protejeze persoana, când detectează comanda problema și unde este înregistrat rezultatul verificării. Aceasta conduce la o discuție mult mai bună decât întrebarea despre marca releului.
Două contactoare sunt o poziție în lista de achiziții. Abia funcționarea lor, diagnosticarea și justificarea proiectului permit atribuirea unei categorii.
Surse
Exemplele cu transportorul, contactoarele și supapele explică cerințele. Valorile PFH și nivelurile PL corespunzătoare provin din tabelul K.1 indicat mai jos.
- ISO 13849-1:2023-09, punctele 4.5, 5.1, 5.2.1 și 5.3–5.5 — informațiile rezultate din evaluarea riscului, SRS, PLr și împărțirea în subsisteme; definițiile 3.1.45–3.1.47 și punctele 6.1.3.1–6.1.3.2.1 — subsistemul, canalul și arhitecturile.
- ISO 13849-1:2023-09, punctele 6.1.3.2.2–6.1.3.2.6 — cerințele categoriilor B–4, reacția la defecte, testarea și acumularea defectelor; definițiile 3.1.49–3.1.50 și punctul 6.1.11 — principiile de siguranță verificate și componentele verificate.
- ISO 13849-1:2023-09, tabelele 2, 6 și 7, punctele 6.1.4–6.1.5 și 6.1.8, anexele C–E și tabelul K.1 cu notele 1–2 — PL, PFH, MTTFD, DC, datele de durabilitate, numărul de comutări și ipotezele modelelor numerice.
- ISO 13849-1:2023-09, punctul 6.1.6, anexa F și tabelul F.1 — CCF, măsurile de limitare a expunerilor comune, evaluarea prin punctaj și pragul de 65 de puncte; F.3.2 — diversitatea; F.3.3 și F.3.6 — protecțiile, perturbațiile și mediul de funcționare.
- IEC 60947-4-1:2019-05, punctul 8.2.5.1 — coordonarea contactoarelor cu protecțiile la scurtcircuit și coordonarea de tip 2; punctele 8.2.4.3.1–8.2.4.3.2 și anexa B — durabilitatea mecanică și electrică; anexa F — proprietățile și identificarea contactelor oglindă.
- ISO 13849-1:2023-09, punctul 6.1.10, definițiile 3.1.29–3.1.30 și 3.1.51–3.1.52, anexa E și tabelul E.1 — analiza defectelor, monitorizarea, testarea și verificarea plauzibilității; capitolul 7 și anexa N — software-ul și platformele evaluate anterior; punctul 13.2 — informațiile pentru integrare.
- ISO 4413:2011, punctul 5.4.4.1 — etanșeitatea și adecvarea supapelor pentru aplicații legate de siguranță; punctele 5.4.7.1–5.4.7.2.1 — mișcarea neintenționată, izolarea energiei și disiparea presiunii.
- ISO 13849-1:2023-09, punctul 6.2.2 și capitolul 8 — combinarea subsistemelor, suma PFH și limitările PL obținut; punctul 5.2.2.2 — oprirea; punctele 10.1.1–10.1.2 și 10.8, precum și capitolul 12 — validarea, rapoartele și documentația tehnică.