Mikä varuste on yhteensopiva turvatulessa käytettävän kytkimen kanssa?

Turvatulessa käytettävän kytkimen yhteensopivuusvaatimusten ymmärtäminen

Sähkölliset, mekaaniset ja toiminnalliset lukitusvaatimukset

Kun kyseessä ovat turvaporttikytkimet, on kolme asiaa, jotka täytyy toimia yhdessä asianmukaisesti: sähköinen yhteensopivuus, mekaaninen soveltuvuus ja toiminnalliset lukitukset. Sähköiseltä puolelta kytkinten tulee olla yhteensopivia ohjausjärjestelmän vaatimusten kanssa jännitteen suhteen (yleensä joko 24 volttia tasajännitettä tai 120 volttia vaihtojännitettä) ja ne tulee kestää oikea virtamäärä. Niissä tulee myös olla sisäänrakennettuja turvatoimintoja, jotta järjestelmä pysähtyy turvallisesti, jos jotain menee pieleen – esimerkiksi johtimet löystyvät tai kontaktit epäonnistuvat – eikä järjestelmä jatka vaarallisesti toimintaansa. Mekaaniselta puolelta kytkimen aktivoimiseen vaadittava voima on myös erinomaisen tärkeä tekijä. Useimmissa sovelluksissa ihmiset voivat työntää porttia vasten enintään noin 5 newtonin voimalla. Myös liikeetäisyys tulee olla juuri oikea, jotta estetään tahattomat käynnistykset tai komponenttien kulumisen nopeutuminen normaalia suuremmaksi. Toiminnalliselta kannalta tarkoitamme fyysisiä kosketinerottimia, jotka katkaisevat virran, kun ovi avautuu. Nämä ovat pakollisia standardien SIL2 ja SIL3 mukaan IEC 62061- ja IEC 61508 -säännösten mukaisesti. Valmistajat usein lisäävät turvaa kaksikanavaisilla järjestelmillä ja IP67-luokituksella varustetuilla säänsuojatuilla koteloilla, mikä tekee niistä paljon luotettavampia vaativissa teollisuusympäristöissä, joissa pöly, kosteus ja värähtely ovat yleisiä ongelmia.

Tärkeimmät yhteensopivuutta säätelevät standardit (ISO 13857, IEC 60947-5-3, UL 508A)

Maailmanlaajuiset turvallisuusstandardit määrittelevät tekniset ja menettelylliset rajat turvalliselle integroinnille:

• ISO 13857 määrittelee vähimmäisturvavälit, jotta vaarallinen käsien ulottuminen voidaan estää käytön aikana
• IEC 60947-5-3 määrittelee suorituskyvyn vaatimukset – mukaan lukien mekaaninen kestävyys, joka on vähintään 1 miljoona kytkentäkertaa – ja vaatii rakennepiirteitä, kuten pakotettuja ohjattuja koskettimia
• UL 508A säätelee pohjoisamerikkalaisten ohjauspaneelien rakentamista ja vaatii oikosulkusuojausta, sopivaa johtimen mitoitusta sekä merkintöjen noudattamista

Näiden standardien mukaisen kolmannen osapuolen sertifiointi on välttämätöntä hyväksyntää varten. Vaatimusten noudattamatta jättäminen aiheuttaa riskejä sääntelyviranomaisten toiminnan seurauksena – mukaan lukien OSHA:n rangaistukset, jotka ylittävät 500 000 dollaria – sekä toiminnan pysähtymisen ja vastuunottoon liittyvän altistumisen.

Turvallisuusovien kytkinten sovittaminen yleisiin teollisuuslaitteisiin

Kuljetinjärjestelmät, robotiikka ja puristimet: käyttövoiman, iskun pituuden ja kiertokulun ajoituksen huomioon ottaminen

Oikean kytkimen valinta riippuu todellakin siitä, minkä tyyppisestä laitteistosta on kyse. Otetaan esimerkiksi kuljetinjärjestelmät: niissä tarvitaan kytkimiä, jotka kestävät melko suurta voimaa, noin 50 newtonia tai enemmän, jotta ne eivät irroa sattumalta, kun jokin törmää niihin. Robotiikassa puolestaan nopeus on tärkeintä. Nämä järjestelmät vaativat vastausaikoja alle 100 millisekuntia, jotta ne pysyvät ajan tasalla nopeissa liikkeissä ja estävät tuotannon hidastumisen. Puristimet taas esittävät kokonaan erilaisen haasteen, erityisesti raskaslastaiset leimaimet, jotka värähtelevät jatkuvasti. Iskun matkan määrittäminen täsmälleen oikein on erinomaisen tärkeää, sillä jos matkaa ei ole riittävästi, ovien turvakytkimet saattavat laueta turhaan normaalista materiaalin taipumisesta tai lämpötilan muutoksista johtuen. ANSI B11 -komitean vuoden 2023 keräämät tiedot paljastavat myös mielenkiintoisen seikan siitä, miksi oikean määrittelyn noudattaminen on niin tärkeää. Heidän analyysinsä osoitti, että lähes joka viides turvavarusteen epäonnistuminen johtui itse asiassa siitä, että käytetyt kytkimet eivät vastanneet koneiston erityisvaatimuksia. Siksi insinöörien tulisi aina varmistaa komponenttien soveltuvuus todellisiin käyttöolosuhteisiin eikä valita osia pelkästään sen perusteella, miten hyvältä ne näyttävät katalogissa.

Tapausraportti: Toteutus automaali- ja ajoneuvoteollisuuden muovauslinjoilla

Yksi autoteollisuuden ensimmäisen tason toimittaja poisti krooniset turvaporttiviat 800-tonnisella muovauslinjallaan vaihtamalla mekaaniset rajakytkimet magneettisesti koodattuihin, kaksikanavaisiin turvaporttikytkimiin. Värähtelyn aiheuttama epäsuuntautuminen oli aiemmin aiheuttanut toistuvia virheellisiä pysähdyksiä – keskimäärin 22 suunnatonta pysäytystä kuukaudessa. Päivitetty ratkaisu tarjosi:

• SIL2-mukaisen redundanssin varmistavan kosketintarkistuksen
• 15 mm:n siirtymäsallinnan, joka sietää rakenteellista taipumaa kuormituksen alaisena
• IP67-luokan ruostumattomasta teräksestä valmistetut koteloit, jotka kestävät öljypisaroita ja jäähdytysnesteiden roiskumista

Katkosajat vähentyivät 40 %:lla, mikä tuotti 220 000 dollaria vuosittaisia tuottavuusetuja ja poisti kaikki virheelliset laukaisut – täten osoittaen, kuinka tarkka ympäristöllinen ja toiminnallinen sovitus parantaa sekä turvallisuuden eheyttä että toiminnallista jatkuvuutta.

Kontaktiton ja hybriditurvaporttikytkinteknologiat

RFID- ja induktiosensorit vaarallisissa tai hygienisissä ympäristöissä

Kovien ympäristöjen osalta kontaktittomat teknologiat, kuten RFID-tunnisteet ja induktiiviset anturit, loistavat erityisesti siinä, missä tavallisilla mekaanisilla kytkimillä on vaikeuksia. Näissä järjestelmissä ei ole liikkuvia osia, jotka voivaisivat aiheuttaa kipinöitä, joten ne ovat turvallisia käytettäväksi ATEX- tai IECEx-luokiteltuina alueina. Ne estävät myös tehokkaasti kaikenlaisia epäpuhtauksia, kuten pölyhiukkasia, öljypisaroita ja kosteuden kertymää. Lisäksi ne kestävät elintarviketeollisuuden tehtaissa ja lääketeollisuuden laboratorioissa vaadittuja kovia kemiallisia puhdistusprosesseja EHEDG-standardien ja NSF/ANSI 169 -vaatimusten mukaisesti. Ruostumattoman teräksen kotelot pysyvät tiukkoina myös silloin, kun anturit sijoitetaan lähelle meluisaa laitteistoa, kuten hitsauskoneita tai suuria teollisia moottoreita. Lämpötila-herkässä työssä induktiiviset anturit toimivat tarkasti hyvin laajalla lämpötila-alueella ilman, että niitä tarvitsee säätää jatkuvasti. Koska niiden vastausaika on useimmiten alle 15 millisekuntia, nämä anturit muodostavat välttämättömiä komponentteja nopeissa toiminnoissa, kuten automatisoiduissa pakkauslinjoissa, juomien pullointitehtaissa ja steriileissä valmistusympäristöissä.

Yksittäisten vikaantumiskohtien välttäminen: Miksi varmuuskopiointi ja palautevarmistus ovat tärkeitä

Luotettavien tulosten saaminen järjestelmistä, joissa turvallisuus on niin tärkeää, tarkoittaa yksittäisten kriittisten vikaantumiskohtien poistamista, joissa kaikki voisi epäonnistua kerralla. RFID-teknologian ja magneettisensorien yhdistäminen luo järjestelmän, joka tarkistaa itsensä kahdella erillisellä kanavalla. Toimintaperiaate on itse asiassa melko suoraviivainen. Jos toinen osa lakkaa toimimasta asianmukaisesti, varajärjestelmä ottaa välittömästi käyttöön ja sammuttaa järjestelmän turvallisesti. Olemme myös lisänneet PLC-logiikkaa, joka vertaa jatkuvasti oveen liittyviä sijaintitietoja odotettuihin arvoihin. Tämä auttaa havaitsemaan erilaisia ongelmia, kuten tarttuneita koskettimia, toimilaitteiden liukumista tai sensorien poikkeamista oikeasta radasta. Lisäämällä pakotetut ohjatut releet sekä jatkuvat diagnostiset tarkastukset saavutamme SIL3-tason IEC 62061 -standardin mukaisesti. Tämä tarkoittaa käytännössä sitä, että vaarallisesti epäonnistumisen todennäköisyys on alle 0,001 prosenttia vuodessa. On myös toinen etu: terveydenvalvontajärjestelmämme antaa huoltotiimille varoituksia hyvin ajoissa ennen kuin mikään komponentti saavuttaa rikkoutumisrajan. Näin ongelmat voidaan korjata ennakoivasti eikä odoteta, että jotakin rikkoutuisi kokonaan.

Ohjausjärjestelmän integrointi luotettavaan turvaportin kytkimen toimintaan

PLC-, turvarelay- ja kenttäbussiyhteensopivuus (Pilz, Rockwell, Siemens)

Järjestelmien saattaminen toimimaan yhdessä sujuvasti tarkoittaa, että tarkistetaan, voivatko ne viestiä keskenään eri tasoilla. Tarkastelemme ensin kenttälaitteita, sitten logiikkasäätimiä ja lopuksi turvallisuusinfrastruktuurin komponentteja. Kytkinten täytyy puhua samaa kieltä kuin teollisuuden standardit, kuten Ethernet/IP, PROFINET ja Profisafe, jotta ne voivat suorittaa tehtävänsä oikein. Tämä mahdollistaa päivitysten ja diagnostiikan lähettämisen edestakaisin turvallisuus-PLC:hen, joita valmistavat esimerkiksi Pilz, Rockwell Automation ja Siemens. Turvallisuusrelaista puhuttaessa on erityisen tärkeää varmistaa, että kaikki osat ovat yhteensopivia. Kela vaatii oikean jännitteen ja virran, ja koskettimet on suunniteltava siten, etteivät ne tartu toisiinsa silloin, kun niiden ei pitäisi. Muuten tapahtuu pahojakin asioita. Ohjelmoitavat rajapinnat helpottavat asennusta huomattavasti. Esimerkiksi mahdollisuus ohjelmoida lähdöt eri tavoin tai vaihtaa protokollia firmwaren avulla on hyvin hyödyllinen ominaisuus, kun samassa järjestelmässä käytetään useista eri valmistajista peräisin olevaa laitteistoa.

Kenttätutkimukset osoittavat, että IEC 60947-5-3 -rajapintastandardin noudattaminen vähentää ristialustaisia integraatiovirheitä 47 %:lla, mikä nopeuttaa käyttöönottoa ja parantaa järjestelmän pitkäaikaista vakautta.

SIL2/SIL3 -vaatimusten täyttäminen turvallisuusketjun yli

SIL-sertifiointia ei anneta yksittäisille komponenteille, vaan kokonaisuudelle koko turvatoiminto , sensorista lopulliseen toiminta-alkioon. SIL2- tai SIL3-tason saavuttamiseksi:

• Käytä kaksikanavaisia kytkimiä, joiden vianhallinnan kattavuus on –90 % (SIL2) tai –99 % (SIL3), ja varmista niiden vaatimustenmukaisuus IEC 62061 -standardin liitteen D mukaisesti
• Toteuta ristiäinen tulosten valvonta ja integroi sertifioituja turvatoimintoja suorittavia ohjelmoitavia logiikkakytkimiä (turva-PLC:tä) tai turvareleitä, jotka täyttävät rakenteelliset vaatimukset (esim. luokka 3/4 ISO 13849-1 -standardin mukaan)
• Sovita turvatoiminnon vastausaika ohjausjärjestelmän huonoimman mahdollisen skannaussyklin kanssa, mukaan lukien verkkoviive ja vianhallinnan kuormitus

SIL3-järjestelmät edellyttävät lisäksi dokumentoituja vianpoissulkuja, vuosittaisia todistustestejä ja jäljitettäviä kalibrointitietueita. Toiminnallisen turvallisuuden tarkastukset osoittavat jatkuvasti, että kokonaisvaltaisesti validoiduissa asennuksissa – riskinarvioinnista komponenttivalintoihin, integraatioon ja elinkaaren ylläpitoon ulottuvissa – turvallisuuteen liittyvät pysähtymät ovat 60 % vähemmän yleisiä ja kokonaishallintokustannukset merkittävästi pienempiä.