Mely berendezések kompatibilisek a biztonsági ajtókapcsolóval?

A biztonsági ajtókapcsoló kompatibilitási követelményeinek megértése

Elektromos, mechanikai és funkcionális reteszelési feltételek

Amikor biztonsági ajtókapcsolókról van szó, alapvetően három dolognak kell megfelelően együttműködnie: az elektromos kompatibilitás, a mechanikai illeszkedés és a funkcionális záróképesség. Az elektromos oldalon a kapcsolóknak össze kell hangolódniuk a vezérlőrendszer igényeivel a feszültség tekintetében (általában vagy 24 V egyenáram, vagy 120 V váltóáram), valamint képesnek kell lenniük a megfelelő áramerősség elviselésére. Emellett beépített biztonsági funkciókkal is rendelkezniük kell, hogy ha valami hiba lép fel – például a vezetékek kihúzódnak vagy a kapcsolóérintkezők meghibásodnak –, akkor a rendszer biztonságosan leálljon, ne pedig veszélyesen továbbműködjön. Mechanikai szempontból szintén nagyon fontos a kapcsoló aktiválásához szükséges erő. A legtöbb alkalmazásnál az emberek által az ajtóra gyakorolt nyomás miatt legfeljebb kb. 5 newton erő engedhető meg. A működési út hossza is pontosan megfelelőnek kell lennie, hogy elkerüljük a véletlen aktiválást vagy a komponensek túlzott, gyors kopását. Funkcionális szempontból azokról a fizikai érintkezőszétválasztókról van szó, amelyek megszakítják az áramellátást, amikor az ajtó kinyílik. Ezeket az IEC 62061 és az IEC 61508 szabványok szerint SIL2 és SIL3 szintű biztonsági követelmények írják elő. A gyártók gyakran további védelmet biztosítanak kétcsatornás rendszerekkel és IP67 védettségi fokozatú, időjárásálló burkolatokkal, amelyek jelentősen megnövelik a megbízhatóságot olyan kemény ipari környezetekben, ahol por, nedvesség és rezgés gyakori problémát jelent.

A kompatibilitást szabályozó kulcsfontosságú szabványok (ISO 13857, IEC 60947-5-3, UL 508A)

A globális biztonsági szabványok meghatározzák a biztonságos integráció technikai és eljárási kereteit:

• ISO 13857 a veszélyes átnyúlás megelőzésére vonatkozó minimális biztonsági távolságokat állapítja meg az üzemelés során
• IEC 60947-5-3 teljesítménykövetelményeket ír elő – többek között 1 millió működési ciklus mechanikai élettartamot – és kötelező tervezési elemeket ír elő, például kényszerített vezetésű érintkezőket
• UL 508A az észak-amerikai vezérlőpanelek építését szabályozza, és rövidzárvédelmet, megfelelő vezetőkeresztmetszetet és címkeelőírások betartását követeli meg

A fenti szabványokkal szembeni harmadik fél általi tanúsítás elengedhetetlen a validációhoz. A megfelelés hiánya szabályozási kényszerítési intézkedéseket eredményezhet – például az OSHA-tól származó, 500 000 dollárnál magasabb összegű bírságokat –, valamint működési leállásokat és felelősségi kockázatot.

Biztonsági ajtókapcsolók illesztése gyakori ipari berendezésekhez

Szállítószalagok, robotok és sajtók: működtető erő, lökethossz és ciklusidő figyelembevétele

A megfelelő kapcsoló kiválasztása valójában attól függ, hogy milyen típusú berendezésről van szó. Vegyük példaként a szállítószalagokat: ezekhez olyan kapcsolók szükségesek, amelyek elég nagy erőt képesek elviselni – kb. 50 newtonnál többet is –, így nem lazulnak ki véletlen ütközés esetén. A robotikánál azonban a sebesség a legfontosabb tényező: ezeknek a rendszereknek 100 milliszekundumnál rövidebb válaszidőre van szükségük, hogy lépést tudjanak tartani a gyors mozgásokkal, és megakadályozzák a termelés lelassulását. A sajtók teljesen más kihívást jelentenek, különösen azok a nehézüzemű, folyamatosan rezgő bélyegező gépek. Itt különösen fontos a megfelelő lökethossz beállítása, mert ha nincs elegendő utazási távolság, az ajtók akár a normál anyagdeformáció vagy hőmérsékletváltozás miatt is indokolatlanul aktiválódhatnak. Az ANSI B11 Bizottság 2023-as adatai is érdekes megállapítást tesznek arról, miért olyan lényeges a megfelelő specifikációk pontos egyeztetése. Elemzésük szerint a védőberendezések körülbelül ötödik meghibásodása valójában a berendezés adott igényeinek megfelelő kapcsolók helytelen kiválasztásából adódott. Ezért az mérnököknek mindig az aktuális üzemeltetési körülményekhez kell igazítaniuk a választást, ne pedig pusztán a katalógusban jól kinéző alkatrészeket választaniuk.

Esettanulmány: Bevezetés az autóipari nyomóvonalakban

Egy autóipari első szintű beszállító megszüntette krónikus biztonsági ajtóhibákat nyomóvonalán (800 tonnás kapacitás), ahol mechanikus határvégi kapcsolókat mágnesesen kódolt, kétcsatornás biztonsági ajtókapcsolókkal cserélt le. A rezgés okozta helytelen igazítás korábban ismétlődő hamis leállásokat eredményezett – átlagosan 22 tervezetlen leállás havi gyakorisággal. Az új megoldás az alábbi előnyöket nyújtotta:

• SIL2-szintnek megfelelő redundáns érintkező-ellenőrzés
• 15 mm-es lökethossz-tűrés, amely figyelembe veszi a terhelés alatti szerkezeti rugalmasságot
• IP67 védettségű rozsdamentes acél házak, amelyek ellenállnak az olajködnek és a hűtőfolyadék-fröccsenésnek

A leállásidő 40%-kal csökkent, ami éves termelékenységnövekedést eredményezett 220 000 USD értékben, és megszüntette az összes hamis aktiválást – ezzel bemutatva, hogyan javítja a pontos környezeti és üzemeltetési illeszkedés egyaránt a biztonsági integritást és az üzemeltetés folytonosságát.

Érintésmentes és hibrid biztonsági ajtókapcsoló-technológiák

RFID- és induktív érzékelők veszélyes vagy higiénikus környezetekben

Amikor kemény környezetekről van szó, a nem érintkezéses technológiák – például az RFID-címkék és az induktív érzékelők – igazán kitűnnek ott, ahol a hagyományos mechanikus kapcsolók elégtelenek. Ezeknek a rendszereknek nincsenek mozgó alkatrészeik, amelyek szikrázhatnának, így biztonságosan használhatók olyan területeken, amelyek ATEX- vagy IECEx-zónak vannak besorolva. Továbbá hatékonyan védik a berendezéseket a porrészecskéktől kezdve az olajfröccsenésen és a nedvességfelhalmozódáson át mindenféle káros anyagtól. Emellett ellenállnak a táplálékfeldolgozó üzemekben és a gyógyszeripari laborokban szükséges, szigorú vegyi tisztítási eljárásoknak az EHEDG-szabványok és az NSF/ANSI 169 előírásai szerint. Az acélból készült burkolatok szorosan záródnak, még akkor is, ha zajos berendezések – például hegesztőgépek vagy nagy ipari motorok – mellett helyezik el őket. Hőérzékeny feladatok esetén az induktív érzékelők széles hőmérséklet-tartományban is pontosan működnek, anélkül, hogy folyamatos beállításra lenne szükség. Mivel a reakcióidejük legtöbbször 15 milliszekundumnál rövidebb, ezek az érzékelők elengedhetetlen összetevőkké válnak gyors tempójú műveletekben, mint például az automatizált csomagolóvonalak, az italpalackozó üzemek és a steril gyártási környezetek.

Egyetlen hibapont elkerülése: Miért fontosak a redundancia és az érvényesítés visszajelzéssel

A megbízható eredmények elérése olyan rendszerekben, ahol a biztonság különösen fontos, azt jelenti, hogy eltávolítjuk azokat az egyetlen pontokat, ahol egyszerre minden meghibásodhat. Az RFID-technológia és a mágneses érzékelők kombinálása egy olyan rendszert hoz létre, amely két független csatornán keresztül ellenőrzi önmagát. A működési elv tulajdonképpen egyszerű. Ha az egyik rész nem megfelelően működik, a tartalékrendszer azonnal bekapcsolódik, és biztonságosan leállítja a rendszert. Emellett PLC-logikát is beépítettünk, amely folyamatosan összehasonlítja az ajtók pozíciójára vonatkozó tényleges értékeket az elvárt értékekkel. Ez segít észlelni számos problémát, például ragadó érintkezőket, amikor a működtető elemek elcsúsznak, vagy amikor az érzékelők eltérnek a megfelelő működési pályájuktól. Ha hozzáadjuk a kényszerített vezérelt reléket és a folyamatos diagnosztikai ellenőrzéseket, akkor megfelelünk az IEC 62061 szabvány szerinti SIL3 biztonsági szintnek. Ez gyakorlatilag azt jelenti, hogy évenként kevesebb mint 0,001 százalék a veszélyes hibák bekövetkezésének valószínűsége. Van egy további előny is: az egészségfigyelő rendszerünk korai figyelmeztetéseket ad a karbantartó személyzetnek, még mielőtt bármely alkatrész elérné a törési határát. Így a problémákat proaktívan el tudják hárítani, nem kell várniuk addig, amíg valami teljesen tönkremegy.

Vezérlőrendszer-integráció megbízható biztonsági ajtókapcsoló üzemeltetés érdekében

PLC, biztonsági relé és mezőbusz-kompatibilitás (Pilz, Rockwell, Siemens)

Ahhoz, hogy a rendszerek zavartalanul együttműködjenek, ellenőrizni kell, hogy képesek-e egymással kommunikálni különböző szinteken. Először a mezőkészülékekről, majd a logikai vezérlőkről, végül a biztonsági infrastruktúra összetevőiről beszélünk. Ahhoz, hogy a kapcsolók megfelelően elvégezhessék feladatukat, ugyanazt a nyelvet kell beszélniük, mint az ipari szabványok – például az Ethernet/IP, a PROFINET és a Profisafe. Ez lehetővé teszi számukra, hogy frissítéseket és diagnosztikai adatokat cseréljenek biztonsági PLC-kkel, amelyeket olyan cégek gyártanak, mint a Pilz, a Rockwell Automation és a Siemens. A biztonsági relék esetében különösen fontos, hogy minden összeillő legyen: a tekercsnek megfelelő feszültséget és áramot kell kapnia, és a kapcsolóérintkezők úgy kell legyenek kialakítva, hogy ne ragadjanak össze akkor, amikor nem szabadna. Ellenkező esetben komoly problémák léphetnek fel. A konfigurálható interfészek jelentősen leegyszerűsítik a telepítést. Például az, ha a kimenetek programozhatók különböző módon, vagy ha szoftverfrissítéssel váltani lehet protokollok között, nagy segítséget nyújt abban az esetben, ha egy és ugyanazon rendszerben több gyártó különböző berendezéseit használjuk.

Terepvizsgálatok kimutatták, hogy az IEC 60947-5-3 interfészszabványra való megfelelés csökkenti a keresztfelületű integrációs hibákat 47%-kal, gyorsítva a rendszer üzembe helyezését és javítva a hosszú távú rendszerstabilitást.

SIL2/SIL3 megfelelőség elérése az egész biztonsági láncban

A SIL tanúsítást nem egyedi komponensekre, hanem a az egész biztonsági funkció , a szenzortól a végként működő elemig. SIL2 vagy SIL3 eléréséhez:

• Kétkanalas kapcsolók alkalmazása —90%-os (SIL2) vagy —99%-os (SIL3) diagnosztikai lefedettséggel, az IEC 62061 szabvány D. függeléke szerint érvényesítve
• Keresztellenőrzött kimenetek bevezetése és tanúsított biztonsági PLC-kkel vagy relékkel való integráció, amelyek megfelelnek a szerkezeti követelményeknek (pl. ISO 13849-1 szerinti 3./4. kategória)
• A biztonsági funkció válaszidejének összhangban kell lennie a vezérlőrendszer legrosszabb esetben fellépő ciklusidejével — beleértve a hálózati késleltetést és a diagnosztikai terhelést is

A SIL3 rendszerek továbbá dokumentált hibakizárásokat, éves bizonyítási teszteket és nyomon követhető kalibrálási naplókat igényelnek. A funkcionális biztonságra vonatkozó auditok folyamatosan azt mutatják, hogy az olyan telepítések, amelyeknél az egész életciklusra kiterjedő érvényesítés történik — a kockázatértékeléstől kezdve az alkatrészek kiválasztásán, az integráción és az életciklus-műszaki karbantartáson át — 60%-kal kevesebb biztonsági okból kifolyó leállást eredményeznek, és jelentősen csökkentik a tulajdonlási teljes költséget.