Bezpieczeństwo układów
napędowych z
przemiennikami
częstotliwości PowerFlex
i serwonapędami Kinetix

Roman Dziaduch.

Commercial Engineer Drives.

1. Wprowadzenie

2. „Tradycyjne” obwody bezpieczeństwa z użyciem przekształtników

3. Przekształtniki z wbudowaną funkcją „Safe Torque Off” Kat 3

4. Przekształtniki zapewniajace realizację Kat 4, SIL3, PLe

5. Zakończenie

Wydanie normy z 2001 wprowadzało ograniczenia:

Paragraf 9.2.5.4.2

Jeżeli

funkcję zatrzymania awaryjnego

spełnia zatrzymanie kategorii 0, to

układ powinien być zmontowany jedynie z części elektromechanicznych.
Ponadto działanie zatrzymania awaryjnego

nie powinno zależeć od stanu

elektronicznych elementów logicznych (hardware lub software) ani od
transmisji poleceń poprzez sieć lub łącza komunikacyjne.

Jeżeli funkcję zatrzymania awaryjnego spełnia zatrzymanie kategorii 1, to
powinno być zapewnione ostateczne odłączenie zasilania napędów maszyny
za pomocą elementów elektromechanicznych.

oraz

Paragraf 11.3.4

Programowalne wyposażenie elektroniczne nie powinno być zastosowane do
realizacji funkcji zatrzymania awaryjnego kategorii 0 (patrz 9.2.5.4).

Do realizacji wszystkich innych funkcji zatrzymania wiążących się z
bezpieczeństwem, zalecane jest zastosowanie oprzewodowanych na stałe
elektromechanicznych części składowych

(tzn. zaleca się, aby funkcja nie

zależała od działania elektronicznego wyposażenia programowalnego).

EN60204-1 Wyposażenie elektryczne maszyn

Systemy automatyki

wykorzystują technologie

najnowocześniejsze

„Tradycyjne”

systemy bezpieczeństwa

używają „wypróbowanych i
przetestowanych” technologii:

- styczniki
- wyłączniki
- blokady...

System bezpieczeństwa, a systemy automatyki

W nowym wydaniu normy z 2006 ograniczenia te zostały usunięte

Paragraf 9.4.1:

The electrical control circuits shall have an appropriate level of
safety performance that has been determined from the risk
assessment at the machine.

The requirements of IEC 62061

and/or ISO 13849-1:1999, ISO 13849

-2:2003 shall apply.

EN60204-1 Wyposażenie elektryczne maszyn

Systemy automatyki

wykorzystują technologie najnowocześniejsze

System bezpieczeństwa a systemy automatyki

DeviceNet

„Tradycyjne”

systemy bezpieczeństwa

używają „wypróbowanych i
przetestowanych” technologii:

- styczniki
- wyłączniki
- blokady...

Kategoria B PL A

Kategoria 1 PL B
Kategoria 2 PL C
Kategoria 3 PL D

SIL 2

Kategoria 4 PL E

SIL 3

SIL 4

SIL 1

Uwaga!!!

Ze względu na różne sposoby definiowania,
odpowiedniość jest jedynie przybliżona.

Kategorie? Poziomy wydajności systemów? Poziomy

nienaruszalności?

Element

bezpieczeństwa z

określonym PL

ISO 13849-1: Elementy systemów sterowania

związane z bezpieczeństwem

Kategorie

okre

ślają

architektur

systemu

bezpiecze

ństwa

dla PL

Kategorie zatrzymania wg EN60204-1

•

Kategorie określają sposób zatrzymania maszyny

•

Typy zatrzymania

–

Kategoria 0

•

bezzwłoczne odłączenie zasilania od napędów maszyny,

tj. zatrzymanie niekontrolowane

–

Kategoria 1

•

zatrzymanie kontrolowane przy zasilaniu napędów

maszyny aż do jej zatrzymania a następnie odłączenie

zasilania, po zatrzymaniu

–

Kategoria 2

•

zatrzymanie kontrolowane przy pozostawieniu zasilania

napędów maszyny

•

Zatrzymanie awaryjne

–

Powinno działać jako zatrzymanie kategorii 0 lub 1

–

Ostatnie wydanie normy zezwala na wykorzystanie

urządzeń elektronicznych do zatrzymania awaryjnego

2. „Tradycyjne” obwody bezpieczeństwa z użyciem przekształtników

Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub

serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa B

Napęd

1. U

żyte elementy spełniają wymogi standardu

IEC 60947-5-2

(brak precyzyjnych wymogów dla

aplikacji bezpiecze

ństwa)

2. Uk

ład zaprojektowany zgodnie z ogólnymi

wymogami bezpiecze

ństwa IEC 60204-1

Pojedyncza usterka jakiejkolwiek cz

ęści

obwodu bezpiecze

ństwa może prowadzić do

utraty funkcji bezpiecze

ństwa.

Zatrzymanie silnika wybiegiem

(Kat 0 zatrzymania)

Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub

serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa 1

Napęd

Stycznik
bezpieczeństwa

1. Spe

łnione wymogi Kategorii B

2. Zastosowane przyj

ęte zasady bezpieczeństwa

oraz przetestowane elementy bezpiecze

ństwa

Pojedyncza usterka jakiejkolwiek cz

ęści

obwodu bezpiecze

ństwa może prowadzić do

utraty funkcji bezpiecze

ństwa.

Zatrzymanie silnika wybiegiem

(Kat 0 zatrzymania)

Wszystkie bieguny (główne i pomocnicze) połączone

mechanicznie zgodnie z EN 60947-5-1.

Działanie lustrzane zestyków NC zgodnie z EN 60947-4-1

Każde urządzenie jest testowane

Poświadczenie certyfikatem (SÜVA)

Dodatkowo:

Brak możliwości mechanicznego załączenia

Kolor czerwony wyodrębniający element bezpieczeństwa w szafie

Co to jest stycznik bezpieczeństwa?

E-STOP

Przekaźnik

bezpieczeństwa

Stycznik

bezpieczeństwa

Napęd

Zatrzymanie silnika wybiegiem (Kat 0)

lub kontrolowane (Kat 1)

1. Spe

łnione wymogi Kategorii B

2. Zastosowane przyj

ęte zasady

bezpiecze

ństwa oraz przetestowane

elementy bezpiecze

ństwa

3. Diagnostyka funkcji bezpiecze

ństwa w

momencie za

łączenia zasilania lub

podczas testu (on/off)

Usterka jakiejkolwiek cz

ęści obwodu

bezpiecze

ństwa w okresie pomiędzy

diagnostykami mo

że prowadzić do

utraty funkcji bezpiecze

ństwa.

Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub

serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa 2

Napęd

Styczniki
bezpieczeństwa

Przekaźnik

Bezp.

E-STOP

1. Spe

łnione wymogi Kategorii B

2. Zastosowane przyj

ęte zasady bezpieczeństwa

oraz przetestowane elementy bezpiecze

ństwa

3. Pojedyncze uszkodzenie obwodu

bezpiecze

ństwa nie powoduje utraty funkcji

bezpiecze

ństwa

(redundancja)

4. Wykrywanie uszkodzenia obwodu

bezpiecze

ństwa przed lub w momencie

przywo

łania funkcji bezpieczeństwa

Kumulacja niewykrytych uszkodze

ń w

obwodzie bezpiecze

ństwa może prowadzić

do utraty funkcji bezpiecze

ństwa.

Zatrzymanie silnika wybiegiem (Kat 0)

lub kontrolowane (Kat 1)

Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub
serwonap

ędu. Kategoria Bezpieczeństwa 3

Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub

serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa 4

E-STOP

Przekaźnik

Bezpieczeń.

MSR30

Napęd

1. Spe

łnione wymogi Kategorii B

2. Zastosowane przyj

ęte zasady

bezpiecze

ństwa oraz przetestowane

elementy bezpiecze

ństwa

3. Pojedyncze uszkodzenie obwodu

bezpiecze

ństwa nie powoduje utraty

funkcji bezpiecze

ństwa

(redundancja)

4. Wykrywanie uszkodzenia obwodu

bezpiecze

ństwa natychmiast

(Pulse Test)

Kumulacja niewykrytych uszkodze

ń w

obwodzie bezpiecze

ństwa nie prowadzi

do utraty funkcji bezpiecze

ństwa.

MSR30
Pulse Test

3. Przekształtniki z wbudowaną funkcją „Safe Torque Off” Kat 3

Wady tradycyjnego rozwiązania układu

bezpieczeństwa dla przemiennika lub serwonapędu

Napęd

Stycznik
bezpieczeń
stwa

Przekaźnik

bezpieczeństwa

E-STOP

1. Pozbawienie napi

ęcia zasilania przekształtnika

2. Utrata komunikacji sieciowej przekszta

łtnika

3. Cykle

ładowania i rozładowywania szyny DC

przemiennika/serwo

4. Przerywanie obwodu silnopr

ądowego na wyjściu

przekszta

łtnika

5. Brak dyspozycyjno

ści układu napędowego po

odwo

łaniu funkcji bezpieczeństwa

6. Konieczno

ść użycia elementów

elektromechanicznych (styczników)

7. Zmiana warto

ści MTBF przekształtnika po

zatrzymaniu awaryjnym

8. Komplikacja obwodów sterowania standardowego

i sterowania bezpiecze

ństwa

Od elektromechaniki do elektroniki (Kat. bezp. 3)

Napęd

Styczniki
bezpieczeństwa

Przekaźnik

bezpieczeństwa

E-STOP

Przekaźnik

bezpieczeństwa

Napęd
z Safe Off

Od elektromechaniki do elektroniki (Kat. bezp. 4, SIL3, PLe)

E-STOP

Napęd z
Safe Speed Monitoring

PowerFlex755
Kat.4 SIL3 PLe

E-STOP

Przekaźnik

Bezpiecz.

MSR30

Napęd

Pulse Test

Przykładowe rozwiązanie zatrzymania awaryjnego

kategorii 1. System bezpieczeństwa Kategorii 3.

Korzyści:

- Nie ma konieczności stosowania styczników wejściowych lub silnikowych

- Uproszczone połączenie sterowania standardowego i sterowania bezpieczeństwa

- Brak cyklu rozładowania/ładowania szyny DC przy zatrzymaniu awaryjnym

- Znaczne skrócenie czasu ponownego uruchomienia maszyny ze stanu bezpiecznego

- Zwiększona produktywność przy zachowanym wysokim poziomie bezpieczeństwa

- Nie zmienia się wartość MTBF przemiennika po zatrzymaniu awaryjnym

Funkcje „Safe Torque Off”

Kinetix 6000

1,2 – 45 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

SIL 3 (EN61508)

Kinetix 7000

22 – 150 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

SIL 3 (EN61508)

PowerFlex 40P

0,4 – 11 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

z opcj

ą 20A-DG01

PowerFlex 700S

0,75 – 1500 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

z opcj

ą 20D-P2-DG01

PowerFlex 70

0,4 – 37 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

z opcj

ą 20A-DG01

4. Przekształtniki zapewniajace realizację Kat 4, SIL3, PLe

Nowe możliwości – EN 61800-5-2

Bezpieczne wyłączenie momentu napędowego

Monitoring prędkości zerowej

Bezpieczne zatrzymanie 1

Bezpieczne zatrzymanie 2

Bezpieczna prędkość ograniczona

Bezpieczna prędkość maksymalna

Bezpieczny kierunek wirowania

Bezpieczne przyspieszanie

EN 61800-5-2:Elektryczne układy napędowe mocy o regulowanej

prędkości - Wymagania dotyczące bezpieczeństwa –
Bezpieczeństwo funkcjonalne

Monitoring prędkości – MSR57

• Podstawowe właściwości

–

SIL3,

Kategoria 4, PLe

–

2 enkodery (TTL i Sin/Cos)

–

Wejścia bezpieczeństwa dla różnych
komponentów bezpieczeństwa

–

Do konfiguracji stosuje się moduł HIM i
oprogramowanie jak w napędach PowerFlex 70
(Drive Explorer i urządzenia DPI)

–

Monitorowanie i sterowanie napędów
standardowych i bezpieczeństwa

–

Aplikacje wieloosiowe

–

Blokowanie osłony uniemożliwiające dostęp do
zagrożeń w sytuacji niebezpiecznej

–

Zezwolenie na dostęp przy spełnieniu warunków
bezpiecznej prędkości

–

Zatrzymanie napędu po przekroczeniu
dopuszczalnej prędkości

–

Idealny do nowych i istniejących aplikacji

•

Kluczowe aplikacje

–

Wyciągi narciarskie

–

Maszyny oponiarskie

–

Nawijarki, odwijarki, przewijarki

–

Cele robotów

–

Karuzele itp.

Monitoring prędkości – Dwa enkodery

PowerFlex

Kinetix

PowerFlex755 Rockwell Automation

PowerFlex 40P

0,4 – 11 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

z opcj

ą 20A-DG01

PowerFlex 700S

0,75 – 1500 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

z opcj

ą 20D-P2-DG01

PowerFlex 70

0,4 – 37 kW

Kategoria 3 (EN954-1)

z opcj

ą 20A-DG01

PowerFlex 755

7,5

–

250 kW

Kat. 4

SIL3

PLe

PowerFlex 755 – Safe Torque-Off

Opcja Safe Torque-Off

Bezpieczne wyłączenie momentu

napędowego

•Ceryfikaty bezpieczeństwa PLd/SIL3

•Wymaga zastosowania zewnetrznego

przekaźnika bezpieczeństwa

•Idealne rozwiązanie do zwiększenia

bezpieczeństwa istniejących aplikacji
napędowych

•Może być stosowany dowolny

przekaźnik bezpieczeństwa

Opcja Safe Torque-Off

Bezpieczne wyłączenie momentu

napędowego

•Ceryfikaty bezpieczeństwa PLd/SIL3

•Wymaga zastosowania zewnetrznego

przekaźnika bezpieczeństwa

•Idealne rozwiązanie do zwiększenia

bezpieczeństwa istniejących aplikacji
napędowych

•Może być stosowany dowolny

przekaźnik bezpieczeństwa

PowerFlex 755

PowerFlex 755 – Speed Monitoring

Opcja przeka

źnika bezpieczeństwa

wbudowanego w nap

ęd

•Certyfikaty bezpieczeństwa

PLe/SIL3

•Monitoring prędkości

•Bezpieczna prędkość ograniczona
•Bezpieczna prędkość maksymalna
•Bezpieczny kierunek wirowania
•Bezpieczne zatrzymanie
•Monitorowanie i ryglowanie osłon

•Przyciski e-stop, wyłączniki blokujące
bezpośrednio podłączane do napędu

•Ograniczenie ilości oprzewodowania i
skomplikowania architektury

Opcja

rzeka

nik

bezpiecze

stwa

wbudowan

ego

w nap

•Certyfikaty bezpieczeństwa

PLe/SIL3

•Monitoring prędkości

•Bezpieczna prędkość ograniczona
•Bezpieczna prędkość maksymalna
•Bezpieczny kierunek wirowania
•Bezpieczne zatrzymanie
•Monitorowanie i ryglowanie osłon

•Przyciski e-stop, wyłączniki blokujące
bezpośrednio podłączane do napędu

•Ograniczenie ilości oprzewodowania i
skomplikowania architektury

PowerFlex 755

Motor

Monitoring prędkości zerowej

•

Materiał jest wprowadzany z lewej

strony

•

Maszyna kroi materiał

•

Obsługa nie ma zezwolenia wejścia w

czasie ruchu maszyny

•

Osłona jest ryglowana przez łącznik

elektromagnetyczny

ła tarczowa

Zasilanie

Pneumatyka

•

Operator naciska przycisk e-stop

•

Układ sterowania sprawdza czy maszyna
zatrzymała się

•

Układ sterowania odblokowuje bramkę
serwisową

•

Operator może wejść do maszyny

Con

tro

Bramka serwisowa

Bramk

a s

erwisiwa

Bezpieczne zatrzymanie 0

Monitoring zatrzymania

Czas

ędko

ść

rzeczywista

Bezpieczne zatrzymanie 1 i 2

Monitoring zatrzymania

Czas

dko

ść

rzeczywista

Monitoring

opóźnienia

Bezpieczna prędkość ograniczona (SLS)

•

Sytuacja:

–

Operator potrzebuje wejść do

maszyny bez zatrzymywania

maszyny

–

Maszyna pracująca z pełną

prędkością to stan

niebezpieczny

Zasilanie

Pneumatyka

•

Operator wybiera SLS przełącznikiem

•

Układ sterowania sprawdza czy maszyna
pracuje poniżej Safe Limited Speed

•

Układ sterowania odblokowuje bramkę
serwisową

•

Operator może wejść do pracującej maszyny

Con

tro

Bramka serwisowa

Bra

rwi

sowa

ła tarczowa

Bezpieczna prędkość ograniczona (SLS)

Czas

ędko

ść

rzeczywista

Monitoring

opóźnienia

Bezpieczna prędkość ograniczona - defekt

Czas

ędko

ść

rzeczywista

Monitoring

opóźnienia

Monitoring

zatrzymania

Bezpieczna prędkość z łącznikiem zezwalającym

Zasilanie

Pneumatyka

Bramka serwisowa

Bra

rwi

sowa

ła tarczowa

•

Sytuacja:

–

Operator potrzebuje wejść do

maszyny bez zatrzymywania

maszyny

–

Maszyna pracująca z pełną

prędkością to stan

niebezpieczny

–

Wymagany łącznik wyzwalający

•

Operator wybiera SLS przełącznikiem

•

Układ sterowania sprawdza czy maszyna
pracuje poniżej Safe Limited Speed

•

Układ sterowania odblokowuje bramkę
serwisową

•

Operator może wejść do pracującej maszyny,
gdy trzyma łącznik zezwalący

Bezpieczna prędkość z łącznikiem zezwalającym

Czas

ędko

ść

rzeczywista

Monitoring

opóźnienia

Monitoring łącznika

zezwalającego

Kreator zadań bezpieczeństwa

Safety Programming Wizard

PowerFlex755

Rozwiązania bezpieczeństwa – Rockwell Automation

Bezpieczeństwo układów
napędowych z
przemiennikami
częstotliwości PowerFlex
i serwonapędami Kinetix

Dziękuję za uwagę

Document Outline

Bezpieczeństwo układów napędowych z przemiennikami częstotliwości PowerFlex i serwonapędami Kinetix
EN60204-1 Wyposażenie elektryczne maszyn
System bezpieczeństwa, a systemy automatyki
EN60204-1 Wyposażenie elektryczne maszyn
System bezpieczeństwa a systemy automatyki
Kategorie? Poziomy wydajności systemów? Poziomy nienaruszalności?
Kategorie zatrzymania wg EN60204-1
Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa B
Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa 1
Co to jest stycznik bezpieczeństwa?
Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa 2
Tradycyjne zatrzymanie awaryjne przemiennika lub serwonapędu. Kategoria Bezpieczeństwa 4
Wady tradycyjnego rozwiązania układu bezpieczeństwa dla przemiennika lub serwonapędu
Od elektromechaniki do elektroniki (Kat. bezp. 3)
Od elektromechaniki do elektroniki (Kat. bezp. 4, SIL3, PLe)
Przykładowe rozwiązanie zatrzymania awaryjnego kategorii 1. System bezpieczeństwa Kategorii 3.
Funkcje „Safe Torque Off”
Nowe możliwości – EN 61800-5-2
Monitoring prędkości – MSR57
Monitoring prędkości – Dwa enkodery
PowerFlex755 Rockwell Automation
PowerFlex 755 – Safe Torque-Off
PowerFlex 755 – Speed Monitoring
Monitoring prędkości zerowej
Bezpieczne zatrzymanie 0
Bezpieczne zatrzymanie 1 i 2
Bezpieczna prędkość ograniczona (SLS)
Bezpieczna prędkość ograniczona (SLS)
Bezpieczna prędkość ograniczona - defekt
Bezpieczna prędkość z łącznikiem zezwalającym
Bezpieczna prędkość z łącznikiem zezwalającym
Kreator zadań bezpieczeństwa Safety Programming Wizard PowerFlex755
Rozwiązania bezpieczeństwa – Rockwell Automation
Bezpieczeństwo układów napędowych z przemiennikami częstotliwości PowerFlex i serwonapędami Kinetix

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Badanie układu pompowego zasilanego przemiennikiem częstotliwości, Politechnika Opolska, sprawozdani
Badanie układu wentylatorowego zasilanego przemiennikiem częstotliwości, Politechnika Opolska, spraw
wzor protokol u nap, SiMR, Semestr VI, Lab. Układów Napędowych Pojazdów
Napęd elektryczny ?danie układu napędowego z przetwornicą częstotliwości sprawozdanie
Przemienniki Częstotliwości Ochrona przeciwporażeniowa instalacji
W7 Przemiana częstotliwości
Przemiana częstotliwości
Diagnozowanie i Naprawa Układów Napędowych w Pojazdach Rolniczych
03 Skompensowany przemiennik czestotliwosci AC DC AC
Instrukcja do ćw 10 Uruchomienie przemiennika częstotliwości z poziomu pulpitu operatorskiego
18 Diagnozowanie i naprawa układów napędowych pojazdów
PRZEMIENNIKI CZESTOTLIWOSCI W D Nieznany
35 Pojęcia podstawowe układów napędowych
Przemiana częstotliwo ci
Harmoniczne prądu wytwarzane przez prostowniki wejściowe przemienników częstotliwości

więcej podobnych podstron

Bezpieczeństwo układów napędowych z przemiennikami częstotliwości PowerFlex i serwonapędami Kinetix

Document Outline