In industriële toepassingen zijn veiligheidsschakelaars vereist om ervoor te zorgen dat machines en systemen betrouwbaar en onvoorspelbaar naar een veilige toestand kunnen overschakelen, meestal in het geval van operationele fouten of functionele veiligheidsvereisten. De eerste stap bij het ontwerpen van een industrieel veiligheidssysteem is het bepalen of de toepassing een Safety Integrity Level (SIL) vereist (zoals gedefinieerd in IEC 62061, tot SIL 2) of een C-level Performance Level (PL) zoals gespecificeerd in ISO 13849. Sommige toepassingen vereisen een hoger beveiligingsniveau.
Denk eens aan de leidende principes in IEC 60947-4-1 en ISO 13849-1, waarbij de eerste zich richt op het ontwerpen en testen van laagspanningsschakelaars en besturingsapparatuur, terwijl de laatste algemene principes biedt voor het ontwerpen en integreren van veiligheidsgerelateerde onderdelen van besturingssystemen, inclusief hardware en software.
In dit artikel wordt uitgelegd hoe u de 3RT2-veiligheidsniveauschakelaar van Siemens met fail-safe-bedieningsfunctie kunt gebruiken om een veiligheidssysteem te bouwen, om zo de optimale industriële veiligheidsoplossing te bereiken. In het artikel werd ook besproken hoe hogere SIL- en PL-niveaus kunnen worden bereikt, evenals systeemintegratieproblemen zoals thermisch beheer van contactors. Ten slotte werd dieper ingegaan op de manier waarop veiligheidsoplossingen op maat kunnen worden gemaakt met behulp van redundante verbindingen, overspanningsbeveiligers, functionele modules en andere accessoires om verdere toepassings- en veiligheidsoptimalisatie te bereiken.
De 3RT2-contactor biedt keuze tussen traditionele en solid-state werkingsmodi, met specificaties variërend van S00 tot S2, en een maximaal vermogen tot 37 kW. Voor contactors die solid-state werkingsmechanismen gebruiken, moet een optioneel signaal voor de resterende levensduur worden gespecificeerd.
Deze contactors voldoen aan de vereisten van IEC 60947-4-1 AC-3e-categorie en kunnen worden gebruikt in combinatie met hoogefficiënte IE3- of IE4-motoren. Ze hebben meerdere hulpuitgangsconfiguraties, waaronder normaal open (NO) en normaal gesloten (NC) contacten, die kunnen worden gebruikt om feedback te geven over de vraag of het hoofdcircuit aan of uit is. Bovendien kan feedback worden gebruikt om indicatielampjes, alarmen of andere bedieningsapparaten te activeren. Het voorbeeld van een 3RT2-contactor is als volgt:
3RT20152AP611AA0-S00 specificatie, nominale stroom 7 A, 3 kW/400 V, 3 polen, 220 VAC 50 Hz/240 VAC 60 Hz, hulpcontact: 1 NO, met veerklem
3RT20231AK60-S0-specificatie, nominale stroom 9 A, 4 kW/400 V, 3 polen, 110 VAC 50 Hz/120 VAC 60 Hz, hulpcontacten: 1 NO+1 NC, schroefdraadaansluiting (Figuur 1)
3RT20281AN20- S0-specificatie, nominale stroom 38 A, 18,5 kW/400 V, 3-polig, 220 VAC, 50/60 Hz, hulpcontacten: 1 NO+1 NC, schroefdraadaansluiting
3RT20371_S2-specificatie, nominale stroom 65 A, 30 kW/400 V, 3-polig, 24 VDC, met geïntegreerde variabele weerstand, hulpcontacten: 1 NO+1 NC, schroefdraadaansluiting
3RT20371SF30-S2-specificatie, met F-PCL-IN-ingang, nominale stroom 65 A, 30 kW/400 V, 3-polig, 83 VAC tot 150 VAC/VDC, 50/60 Hz, met geïntegreerde variabele weerstand, hulpcontact: 1 NC, schroefdraadaansluiting
S0-specificatie contactor nominaal vermogen van 4 kW foto
Afbeelding 1: Het nominale vermogen van deze contactor met S0-specificatie is 4 kW, met één NC- en één NO-hulpuitgang. (Afbeeldingsbron: Siemens)
Reactietijd is cruciaal voor de veiligheid
Het begrijpen van de impact van de totale responstijd is van cruciaal belang bij het ontwerpen van industriële veiligheidsoplossingen. Het bestaat uit meerdere parameters. Bij het uitvoeren van een risicobeoordeling wordt de responstijd gedefinieerd als de totale tijd die nodig is om een gevaarlijke beweging te stoppen wanneer zich veiligheidseisen voordoen. De factoren die de responstijd beïnvloeden zijn onder meer:
De ingangsresponstijd van sensoren in veiligheidsbewakingsapparatuur
De cyclustijd van het beveiligingsplan
Vertragingstijd van het communicatieprotocol
Overlooptijd veroorzaakt door traagheid van motor of actuator
De uitschakeltijd van de contactor
IEC 60947-4-1 specificeert de uitschakeltijd voor elektromechanische schakelaars en motorstarters. Deze norm specificeert de eisen voor het veilig onderbreken van stroom onder verschillende werkomstandigheden.
Het definieert ook gebruikscategorieën om belastingstypen en bedrijfsomstandigheden van de contactor te classificeren, zoals AC-3e voor hoogrendementmotoren. Deze norm omvat procedures voor het testen van de uitschakeltijd en andere prestatiekenmerken van contactors.
De uitschakeltijd van de contactor is een belangrijke parameter in het veiligheidssysteem. De definitie ervan is de tijd vanaf het wegnemen van de spoelspanning tot het verbreken van het hoofdcontact, inclusief de ontkoppelingsvertragingstijd (OD) en de contactboogtijd (AT).
Als u bijvoorbeeld een contactor gebruikt met schakelprestaties zoals weergegeven in afbeelding 2, ligt de uitschakeltijd OD+AT tussen 50 en 75 ms. Bij het berekenen van de totale responstijd moet altijd rekening worden gehouden met de worstcasewaarde, die in dit voorbeeld 75 ms bedraagt (Afbeelding 2).