Trzy etapy zatrzymania maszyny

Reakcję maszyny na zanik zasilania należy rozpatrywać w trzech etapach:

• bezpiecznego zatrzymania,
• bezpiecznego zachowania podczas przerwy w zasilaniu oraz
• kontrolowanego i bezpiecznego powrotu do pracy.

Pierwsze dwa wymagają, między innymi, odpowiedniego działania hamulców i zaworów. W trzecim najważniejsza staje się współpraca przekaźników, styczników, układu bezpieczeństwa, sterownika PLC i napędów, ponieważ powrót napięcia nie może oznaczać rozpoczęcia ruchu, który mógłby stworzyć zagrożenie dla użytkownika i prowadzić do zniszczenia maszyn.

Czytaj też: Predykcyjne utrzymanie ruchu: jak czujniki pomagają przewidywać awarie maszyn?

Przekaźniki napięciowe: sprawdzamy, czy zasilanie jest już prawidłowe

W przypadku zaniku zasilania napięcie nie zawsze wraca od razu do właściwej wartości. W instalacji trójfazowej może np. brakować jednej fazy. Dlatego zanim system automatyki przemysłowej umożliwi uruchomienie odbiorników, niezbędne jest potwierdzenie prawidłowych parametrów zasilania.

Przekaźnik kontroli napięcia

Przekaźnik kontroli napięcia nadzoruje wartość napięcia sieci i reaguje na przekroczenie ustawionych wartości progowych. Zależnie od modelu może wykrywać zbyt niskie lub zbyt wysokie napięcie i umożliwiać ustawienie zwłoki czasowej. Dzięki temu układ nie musi reagować na każde krótkotrwałe wahnięcie zasilania, a po usunięciu nieprawidłowości może odczekać określony czas przed ponownym załączeniem wyjścia.

Jednak prawidłowe napięcie jest tylko jednym z warunków gotowości systemu do pracy. Przekaźnik nie sprawdza np. czy została zamknięta osłona, mechanizm jest we właściwej pozycji, a w obszarze pracy nie znajdują się ludzie lub jakieś przedmioty.

Przekaźnik zaniku fazy, kontroli kolejności faz oraz asymetrii faz

W sieci trójfazowej za wykrywanie braku jednej lub kilku faz odpowiada przekaźnik zaniku fazy. Bardziej rozbudowane przekaźniki kontroli faz nadzorują również kolejność faz, asymetryczny spadek napięcia oraz ich dopuszczalny zakres.

Ma to szczególne znaczenie dla silników elektrycznych zasilanych bezpośrednio z sieci. Zanik fazy może prowadzić do ich przeciążenia i przegrzania, natomiast zła kolejność faz zmienić kierunek obrotów. Przekaźnik przekazuje informację o nieprawidłowym zasilaniu do obwodu sterowania, który blokuje załączenie lub wyłącza odbiornik chroniąc go przed uszkodzeniem

Warto też sprawdzić sposób przywracania wyjścia po usunięciu problemu. Wiele przekaźników robi to automatycznie, podczas gdy ponowne spełnienie wymagań przez zasilanie, nigdy nie może oznaczać samoczynnego uruchomienia maszyny.

Od prawidłowego napięcia do startu

Kontrola zasilania chroni urządzenia przed pracą w niewłaściwych warunkach. Jednak bezpieczny powrót do pracy wymaga zablokowania nieoczekiwanego rozruchu i sprawdzenia rzeczywistego stanu maszyny.

Styczniki i blokada samoczynnego rozruchu

W prostym układzie sterowania funkcję tę może realizować stycznik z obwodem podtrzymania. Po naciśnięciu przycisku Start zasilana jest cewka stycznika, a jej załączenie podtrzymywane jest przez pomocniczy styk. Gdy napięcie zanika, stycznik odpada i obwód podtrzymywania zostaje przerwany. Dlatego po powrocie zasilania ponowne załączenie wymaga naciśnięcia przycisku Start.

W maszynach sterowanych przez PLC równie ważna jest logika uruchomienia programu. Zapamiętane polecenie ruchu nie powinno powodować niebezpiecznego uruchomienia po restarcie sterownika. Sama obecność stycznika nie zapewnia tu właściwej reakcji, a za zabezpieczenie urządzeń zasilanych odpowiadają: sposób jego podłączenia, sterowania i procedury bezpieczeństwa obowiązujące w systemie sterowania całą maszyną.

Przekaźnik bezpieczeństwa i reset

Za działanie urządzeń bezpieczeństwa, na przykład przycisków zatrzymania awaryjnego, blokad osłon i kurtyn świetlnych odpowiadają przekaźniki bezpieczeństwa (lub sterowniki bezpieczeństwa). Ich działanie różni się od działania przekaźników kontroli napięcia, ponieważ nie oceniają jakości zasilania, lecz realizują określone funkcje ochronne.

Istotne jest tu podejście do ponownego zezwolenia na pracę: przekaźniki bezpieczeństwa mogą mieć różne tryby uruchomienia (np. automatyczny, manualny i monitorowany), a wybór jednego z nich musi wynikać z oceny ryzyka oraz konstrukcji układu. Nie wystarczy zatem zamontować przekaźnik bezpieczeństwa, ale trzeba go również właściwie skonfigurować.

Tam, gdzie wymagane jest ręczne potwierdzenie, reset powinien przywracać gotowość układu do pracy, ale nie powodować rozpoczęcia niebezpiecznego ruchu. Takiego rozruchu nie powinno również wywoływać zwolnienie przycisku zatrzymania awaryjnego lub zamknięcie osłony. Do tego niezbędne jest odrębne polecenie startu.

PLC, czujniki i stan mechaniki

PLC może zachować nastawy, liczniki oraz informacje o przerwanym etapie cyklu. Dane zapisane w pamięci nie muszą być zgodne z aktualnym położeniem mechanizmu. Z tego względu po uruchomieniu sterownik powinien sprawdzić warunki niezbędne do wznowienia pracy. Zależnie od maszyny kontrola powinna obejmować:

• prawidłowe zasilanie i gotowość układu bezpieczeństwa,
• położenie siłowników oraz sygnały z wyłączników krańcowych,
• obecność detalu w obszarze roboczym,
• gotowość napędów i brak aktywnych błędów,
• ciśnienie w instalacji pneumatycznej lub hydraulicznej,
• wiarygodność informacji o położeniu osi.

Jeżeli układ utracił informację o pozycji, przed wznowieniem cyklu konieczne może być jego bazowanie, które także musi odbywać się w bezpiecznych warunkach. Zwykły czujnik procesowy może pomóc odtworzyć stan maszyny, ale nie zastąpi systemu ochronnego dbającego o odpowiedni poziom bezpieczeństwa.

Falownik i ustawienia ponownego rozruchu

Falownik może być gotowy do pracy wcześniej niż pozostałe elementy maszyny. Dlatego należy sprawdzić, jak reaguje na powrót zasilania, aktywne polecenie startu oraz kasowanie błędu. Szczególnej uwagi wymaga funkcja automatycznego restartu, która w niektórych napędach pozwala ponownie uruchomić silnik po przerwie w zasilaniu. Siemens ostrzega, że jej włączenie może powodować nieoczekiwany ruch części maszyny.

Bezpieczny restart wymaga zatem zgodnych ustawień napędu i programu PLC. Kasowanie alarmu, przywrócenie gotowości i rozpoczęcie ruchu powinny być niezależnymi i odrębnymi działaniami, ponieważ ich rozdzielenie pozwala uniknąć sytuacji, w której sprawne zasilanie zostanie błędnie uznane za zgodę na wznowienie procesu.

Najczęściej zadawane pytania

Jakie są typy przekaźników?

Przekaźniki można podzielić ze względu na typ konstrukcji lub funkcje. W automatyce stosuje się np. przekaźniki elektromagnetyczne i półprzewodnikowe, ale także przekaźniki czasowe, interfejsowe, kontrolne oraz bezpieczeństwa.

Z punktu widzenia powrotu maszyny do pracy po wyłączeniu szczególne znaczenie mają przekaźniki nadzorujące zasilanie i przekaźniki realizujące funkcje bezpieczeństwa. Pełnią one różne zadania i nie mogą być traktowane zamiennie.

Jakie jest zabezpieczenie zaniku fazy?

Do wykrywania zaniku fazy stosuje się przekaźniki zaniku fazy lub przekaźniki kontroli faz. Po wykryciu nieprawidłowości przekaźniki zmieniają stan wyjścia, co pozwala wyłączyć stycznik albo przekazać sygnał blokady do sterownika. Element ten stanowi część ochrony odbiornika, np. zabezpieczenie silników elektrycznych zasilanych prądem, ale nie zastępuje pozostałych niezbędnych zabezpieczeń elektrycznych.

Co to jest przekaźnik kontroli faz?

To element nadzorujący wybrane parametry zasilania trójfazowego. Zależnie od modelu sprawdza obecność i kolejność faz oraz poziom i asymetrię napięć fazowych. Jego wyjście informuje obwód sterowania, czy zasilanie spełnia wymagania. Prawidłowy sygnał z tego przekaźnika jest jednym z warunków uruchomienia maszyny, ale nigdy nie może zostać użyty jako samodzielne polecenie startu.