Zastosowanie czujników elektromechanicznych w systemach bezpieczeństwa.

Rys. 1. Czujnik elektromechaniczny z rolkÄ dociskowÄ jako urzÄ dzenie blokujÄ ce osłony ruchomej.

Czujniki elektromechaniczne są jednym z najczęściej wykorzystywanych elementów w systemach bezpieczeństwa maszyn. Popularność zawdzięczają niskiej cenie i łatwej integracji przy budowie kompletnego systemu bezpieczeństwa. Pomimo swej technologicznej prostoty, wciąż dostarczają problemów z końcową walidacją kompletnego systemu bezpieczeństwa maszyny.

Każdy nowy system bezpieczeństwa budowany dla nowej, czy starej maszyny, powinien podlegać ostatecznej fazie walidacji i weryfikacji. W ostatnim etapie wprowadzania systemu, projektant lub wykonawca powinien wykazać, że stworzony system spełnia narzucone początkowe wymagania. Do jednych z podstawowych czynności weryfikacyjnych nowego systemu bezpieczeństwa należy wyznaczenie jego kategorii strukturalnej i całkowitego poziomu niezawodności.

RozwaĹźmy walidację wg normy PN-EN ISO 13849-1 jako najczęściej wybieraną przez producentów maszyn. Zgodnie z wytycznymi normy, przy ewaluacji systemu naleĹźy

Rys. 2. Graf moĹźliwości stosowania wykluczenia błędów.

wziąć po uwagę jego wszystkie moĹźliwe powstałe błędy prowadzące do utraty funkcji bezpieczeństwa. W zaleĹźności od stosowanej techniki systemu mogą być to błędy natury elektrycznej, mechanicznej, pneumatycznej, hydraulicznej lub innej. Stosując czujnik elektromechaniczny jako podsystem wejściowy naszego obwodu bezpieczeństwa najwięcej problemów dostarcza jego część mechaniczna. Problemy te pojawiają się przy tworzeniu obwodu kategorii 2 lub wyĹźszej.  Przy kategorii 3 i 4, pojedynczy błąd nie moĹźe prowadzić do utraty funkcji bezpieczeństwa. W celu ich osiągnięcia naleĹźy stosować zdwojenia i redundancję całego obwodu. Rozpatrując błędy elektryczne dla czujnika elektromechanicznego, projektant systemu zastosuje podwójne styki czujnika i problem wydaje się być rozwiązany, ale co z błędami mechanicznymi? Najczęściej spotykane czujniki elektromechaniczne to te z kluczem (oddzielnym aktywatorem) lub z rolką dociskową. Oba te czujniki mają pojedynczy aktywator, czyli pojedynczy element mechaniczny monitorujący pozycję osłony. Uszkodzenie tego elementu prowadzi do utraty funkcji bezpieczeństwa, co jest niezgodne z wymaganiami 3 i 4 kategorii. Dla tych kategorii powinniśmy stosować zdwojenie czujników, co podnosi koszty całego systemu i ze względu na wymiary czujników, szczególnie z funkcją ryglowania, staje się trudne do wykonania. Czy rzeczywiście musimy jednak rozpatrywać uszkodzenia mechaniczne takich czujników? W końcu jak często zdarza się złamanie mechanicznego klucza, uszkodzenie krzywki czy samej rolki naciskowej czujnika? Z pomocą projektantom przychodzi norma PN-EN ISO 13849-2, oraz nowa norma PN-EN ISO 14119 (zastępująca dotychczasową PN-EN 1088). Normy te pozwalają stosować zasady wykluczenia błędu mechanicznego. Nie oznacza to, Ĺźe zawsze stosując czujniki elektromechaniczne moĹźemy zastosować zasady wykluczenia uszkodzenia mechanicznego. Wykluczenia są bardzo ryzykowne poniewaĹź tych błędów nie uwzględniamy podczas analizy niezawodności systemu. Stosując więc wykluczenia powinniśmy podejść indywidualnie do kaĹźdej aplikacji.

Kolejnym z problemów przy stosowaniu czujników elektromechanicznych jest ich łączenie w szereg. Stosując normę 13849-1 nie do końca wiadomo jak określić pokrycie diagnostycznego (DC) takiego podsystemu. Nowa norma ISO 24119 (jeszcze w opracowaniu) ma mieć wytyczne dla tego typu podsystemów. Szeregowe łączenie coraz większej liczby czujników prowadzi do maskowania błędu i tym samym spadku wartości pokrycia diagnostycznego. Na spadek współczynnika DC wpływa takĹźe częstość przywoływania funkcji bezpieczeństwa. W konsekwencji moĹźe to prowadzić do redukcji parametru DC poniĹźej 60% i degradacje podsystemu do kategorii 1 (maksymalny poziom niezawodności PLc wg PN-EN ISO 13849-1).

Mgr inż. Paweł Olęcki