Обеспечение безопасности приводов и станков: инженерные меры контроля и защитные меры

Согласно общепринятой иерархии контроля, безопасность людей на рабочем месте зависит от различных типов защитных мер. Наиболее эффективной считается устранение опасности — очевидно. На другом конце шкалы — ношение индивидуальных средств защиты. Посредине лежит область инженерных мер контроля — проектирование или адаптация машин для изоляции рабочего от риска.

Эта категория включает широкий спектр инженерных идей. Подъемники и платформы удерживают людей от падений (или от падения на них). Жертвенные детали, такие как предохранители или 멤браны безопасности, проектируются для защиты машин путем отказа под нагрузкой. Вентиляционные системы обеспечивают чистую и безопасную для дыхания атмосферу.

Системы безопасности станков в производстве

Станки с быстро движущимися частями — маховиками, ремнями привода, лопастями вентиляторов — представляют особую опасность, и где возможно, защитные ограждения для предотвращения контакта с частями тела являются законным требованием. Эти ограждения варьируются от соответствующих капюшонов и экранов до, в случае роботов и других крупных станков, периметральных клеток из проволоки.

Когда человеческое вмешательство в оборудование требуется для осмотра или ремонта, критически важно, чтобы опасные станки были деактивированы и надежно удержаны в выключенном состоянии. Традиционно используется ряд устройств для этой процедуры. Чаще всего — электрические блокировки на доступах, автоматически отключающие станок при открывании ворот.

Световые стволы и шторы выполняют ту же функцию для меньших станков или там, где решетчатые клетки неуместны. (Электрическая цепь прерывается, когда человек прерывает луч света, проецируемый между двумя точками.) Давленческие коврики — еще одно часто используемое устройство обнаружения присутствия.

Такая система безопасности традиционно работает через серию жестко подключенных электромеханических компонентов: выключателей, реле, контакторов, энкодеров и так далее. Однако все чаще функции безопасности, выполняемые этими внешними устройствами, интегрируются в программирование приводов переменной скорости.

Системы безопасности на базе приводов менее сложны и трудоемки в установке, чем их нецифровые предшественники. Они избегают дополнительных электронных структур, требуемых традиционными механизмами безопасного отказа, и менее уязвимы к отказу деталей. С более простыми и быстрыми процедурами сброса, более того, минимизируется дорогостоящий простой.

Системы безопасности на базе приводов в производственных станках

Как и все аспекты станкостроения, функции безопасности на базе приводов должны работать на определенном уровне надежности. Стандарты, разработанные такими организациями, как Международная электротехническая комиссия, информируют законодательство ЕС и других органов по всему миру. Для соответствия критериям безопасности Директивы ЕС по станкам 2006/42/EC функциональная безопасность приводов переменной скорости должна соответствовать продуктовому стандарту EN/IEC 61800-5-2.

Меры безопасности, которые приводная система может принести к операциям, покрывают ряд реакций на опасности. Фундаментальная функция, и наиболее часто используемая — Безопасное отключение момента (STO — Safe Torque Off). Она просто отключает энергопитание, генерирующее момент, от двигателя. Как быстро станок остановится, зависит от нагрузки или трения, и гарантируется защита от неожиданного перезапуска.

Когда механическое действие должно быть остановлено контролируемо, функция Безопасная остановка 1 (SS1 — Safe Stop 1) инструктирует привод быстро снизить скорость до остановки перед автоматической активацией STO. Это соответствует требованиям аварийной остановки тяжелого вращающегося оборудования: пил, шлифовальных станков, прокатных станов.

Безопасная остановка 2 (SS2) работает так же, за исключением того, что после торможения двигатель удерживается в Безопасном рабочем состоянии. Использование этой функции для удержания полного момента на двигателе может быть необходимо для удержания деталей оборудования в положении, иначе они выпали бы.

В случае станков, таких как краны и подъемники, работающих с очень тяжелыми нагрузками, Безопасное управление тормозом (SBC — Safe Brake Control) используется для активации механического удерживающего тормоза одновременно с деактивацией главного привода сигналом STO.

Благодаря функции Безопасное ограничение скорости (SLS — Safely-Limited Speed) станки могут быть заставлены работать ниже заданного предела. Как мониторится приводом, скорость, превышающая предел, автоматически запускает аварийную остановку через сигнал STO или SS1.

Функция SLS особенно полезна при наладке и обслуживании оборудования, где, например, кабели нужно вручную навивать на вращающиеся колеса или барабаны. Это также общий способ минимизации потерь работы. Вместо полной остановки станка, когда оператор вблизи оборудования, можно продолжать производство на сниженной безопасной скорости, пока оператор не войдет в конкретную зону опасности (в этот момент питание отключается).

И потому что резкие падения, как и скачки мощности, могут заставить некоторые станки вести себя опасно, нижний предел скорости может быть запрограммирован в сочетании с верхним через функцию Безопасный диапазон скорости (SSR — Safe Speed Range).

Наличие этого диапазона контроля безопасности, доступного индивидуально или в комбинации через подключаемые модули и модули полевой шины, дает проектировщику автоматизации значительно большую гибкость и свободу, чем ранее. А со статусной информацией, доступной в интерфейсе привода, оператор имеет надежный обзор системы, расширяющийся до своевременной и точной диагностики.

Его интеллектуальный и адаптивный характер в конечном счете означает, что система безопасности на базе привода так же способна предвосхищать механические опасности, как и эффективно реагировать на них. Последующие выгоды для рабочего места не только в безопасности, но и в оптимизации дизайна и повышении общей эффективности делают её естественным компонентом автоматизированной промышленности.