PROJEKTOVÁNÍ S PODPOROU CAE

Transkript

1 Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava PROJEKTOVÁNÍ S PODPOROU CAE ZÁSADY BEZPEČNOSTI V PROJEKTOVÁNÍ Obsah Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Listopad 2010 Projektování s podporou CAE 1 Zásady bezpečnosti v projektování

2 1. ÚVOD Pro správný návrh projektu elektroinstalace je nutné znát řadu technických doporučení a norem. Zpravidla záleží na typu projektované technologie (míra náročnosti na spolehlivých bezporuchový chod), vnějších vlivech prostředí stavby (možný vznik dalších rizik, jako například je výbušné prostředí, apod.) a dalších požadavků investora stavby. Jak bylo již dříve řečeno většina řešení je upravena normami. Obecně platí, že je vhodné doporučením udávaným normou a v oblasti bezpečnosti je nutno tyto normy sledovat a dodržovat daleko důsledněji. Není li v konečném důsledku proveden daný případ podle normy, pak při případných vzniklých úrazech, škodách, apod. zodpovídá za toto řešení projektant, popřípadě investor, který si takovéto řešení vyžádal. Takovýto postup je velmi vhodné zdokumentovat písemně (projektant investor), aby zodpovědnost nezůstala na projektantovi. Normy mají následující hierarchii: a) Normy typu A (základní bezpečnostní normy), poskytující základní pojmy a zásady pro projektování a konstrukci a obecná hlediska, která mohou být aplikována na všechny stroje. b) Normy typu B (skupina bezpečnostních norem), zabývající se jedním bezpečnostním aspektem nebo jedním typem bezpečnostního zařízení, které může být použito pro větší počet strojů: - normy typu B1 se týkají jednotlivých bezpečnostních aspektů (např. bezpečných vzdáleností, teploty povrchu, hluku apod.), - normy typu B2 se týkají příslušných bezpečnostních zařízení (např. dvouručního ovládacího zařízení, blokovacího zařízení, tlakově citlivých zařízení, kryty apod.). c) Normy typu C (bezpečnostní normy pro stroje) určují detailní bezpečnostní požadavky pro jednotlivý stroj nebo skupinu strojů, které jsou definovány v předmětu normy. My si zde přestavíme základní normy týkající se bezpečnosti. Č SN EN Neplatná norma 06/2004 Bezpeč nost strojních zař ízení. Základní pojmy, všeobecné zásady pro projektování. Č ást 1: Základní terminologie, metodologie ČSN EN ISO Bezpečnost strojních zařízení - Základní pojmy, všeobecné zásady pro konstrukci - Část 1: Základní terminologie, metodologie ČSN EN ISO Norma se zabývá základní terminologií a metodologií používanou k dosažení bezpečnosti strojního zařízení. Opatření této normy jsou určena zejména pro konstruktéry. Norma se nezabývá poškozením domácích zvířat, majetku a prostředí. Č SN EN ed. 2 Bezpeč nost strojních zař ízení - Elektrická zař ízení strojů - Č ást 1: Všeobecné požadavky Č SN EN Tato č ást EN platí pro použití elektrického a elektronického zař ízení a jejich systémů ve strojích, které nejsou bě hem č innosti ruč n ě př enosné a které vzájemně koordinovaně spolupracují ve skupinách strojů, u nichž jsou však vylouč ena vyšší systémová hlediska (např. komunikace mezi systémy). POZNÁMKY 1. Termín Projektování s podporou CAE 2 Zásady bezpečnosti v projektování

3 elektrický používaný v této normě zahrnuje jak elektrická, tak elektronická hlediska (např. elektrické zař ízení znamená jak elektrické, tak elektronické zař ízení). 2. Termín osoba používaný v této normě se vztahuje na kteréhokoliv jedince a zahrnuje takové osoby, které jsou urč eny a vyškoleny uživatelem nebo jeho zástupcem (zástupci) pro užívání a údržbu př íslušného stroje. Zař ízení, na které se vztahuje tato norma, zač íná v místě př ipojení elektrického zař ízení stroje ke zdroji elektrické energie (viz. 5.1.). 3. Požadavky na elektrická zař ízení v budovách viz IEC Tato část normy platí pro zař ízení nebo jeho č ásti, které pracují se jmenovitými napájecími napě tími nepř esahujícími V AC a V DC a se jmenovitým kmitoč tem nepř esahujícím 200 Hz. Pro vyšší napě tí nebo kmitoč ty mů že být zapotř ebí uplatň ovat zvláštní požadavky. Tato č ást normy je základní normou a není jejím úč elem technický pokrok omezovat nebo mu zabraňovat. V této č ásti nejsou obsaženy ně které požadavky (např. na ochranná zař ízení, blokování nebo ř ízení), které je tř eba splnit nebo které jsou stanoveny jinými normami nebo př edpisy zaměřenými na ochranu osob př ed jinými než elektrickými nebezpeč ími. Každý typ stroje vyžaduje splnění speciálních požadavků pro odpovídající bezpeč nost. Tato č ást normy výslovně platí pro elektrická zař ízení strojů, jak jsou definována ve 3.33 (př íloha A uvádí př ehled př íkladů strojů, pro jejichž elektrické zař ízení je možno tuto normu uplatnit), ale není omezena jenom na ně. Dodateč né a zvláštní požadavky je možno uplatnit na elektrická zař ízení strojů, které: - jsou umístě ny venku (např. mimo budovy nebo jiné ochranné konstrukce); - používají, zpracovávají nebo vyrábě jí výbušný materiál (např. barvy nebo piliny); - jsou používány v prostř edích s nebezpeč ím výbuchu a/nebo požáru; - mohou být př íčinou zvláštního nebezpeč í př i výrobě urč itých materiálů ; - jsou používány v dolech; - patř í do skupiny šicích strojů, jejich jednotek a systémů (viz IEC ); - patř í do skupiny zdvihacích strojů (viz IEC ). Tato část IEC neplatí pro silové obvody, v nichž je elektrická energie použita př ímo jako pracovní nástroj. Č SN EN ed. 2 Ochrana př ed úrazem elektrickým proudem - Společ ná hlediska pro instalaci a zař ízení Č SN EN ed. 2 Norma obsahuje základní termíny z oblasti ochrany př ed úrazem elektrickým proudem. Uvádí, že ochrana musí být splně na jak za normálních - bezporuchových podmínek provozu zař ízení, tak i za podmínek jedné poruchy. Za normálních podmínek musí být splně ny požadavky na ochranu základní (podle dosud užívané terminologie ochrana př ed dotykem živých č ástí), za podmínek jedné poruchy musí být splně na ochrana př i poruše (podle dosud užívané terminologie ochrana př ed dotykem neživých č ástí). Norma stanoví prostředky, kterými se uvedených ochran docílí, a kombinace tě ch prostř edků, které pro dosažení jak ochrany základní, tak ochrany př i poruše př icházejí v úvahu. Norma uvádí též, jak je tř eba kombinovat provedení elektrického zař ízení podle jeho zař azení do tř íd ochran (0, I, II a III) s ochrannými opatř eními v síti a stanoví podmínky provozu a údržby zař ízení podle toho, komu jsou tato zař ízení urč ena (laiků m, osobám pouč eným nebo znalým). Č SN EN Neplatná norma 06/2007 Bezpeč nost strojních zař ízení - Bezpeč nostní č ásti ř ídicích systémů - Č ást 1: Všeobecné zásady pro konstrukci Nahrazena ČSN EN ISO Bezpečnost strojních zařízení - Bezpečnostní části ovládacích systémů - Část 1: Všeobecné zásady pro konstrukci ČSN EN ISO Tato část ISO uvádí bezpečnostní požadavky a pokyny pro zásady konstrukce a integrace bezpečnostních částí ovládacích systémů (SRP/CS), včetně návrhu software. Pro tyto části SRP/CS specifikuje norma vlastnosti, které zahrnují úroveň vlastností požadovanou k vykonávání bezpečnostních funkcí. Norma platí pro bezpečnostní části ovládacích systémů (SRP/CS) bez ohledu na druh používané technologie a energie (elektrické, hydraulické, pneumatické, mechanické, atd.) pro všechny druhy strojních zařízení. Norma nespecifikuje bezpečnostní funkce nebo úrovně vlastností, které mají být použity v jednotlivém případě. Tato část ISO uvádí specifické požadavky pro bezpečnostní části ovládacích systémů (SRP/CS), které používají programovatelný elektronický systém (systémy). Norma neuvádí specifické požadavky na konstrukci výrobků, které jsou součástí bezpečnostních částí ovládacích systémů (SRP/CS). Přesto však uvedené zásady, jako např. kategorie nebo úrovně vlastností, mohou být použity. Příklady výrobků, které jsou součástí Projektování s podporou CAE 3 Zásady bezpečnosti v projektování

4 bezpečnostních částí ovládacích systémů: relé, elektromagnetické ventily, spínače polohy, programovatelné logické řadiče (PLCs), ovládací jednotky motoru, dvouruční ovládací zařízení, zařízení citlivá na tlak. Pro konstrukci těchto výrobků je důležitý odkaz na specificky používané mezinárodní normy, např. ISO 13851, ISO a ISO Definici požadované úrovně vlastností viz Požadavky uvedené v této části ISO pro programovatelné elektronické systémy jsou kompatibilní s metodologií pro navrhování a vývoj bezpečnostních elektrických, elektronických a programovatelných elektronických ovládacích systémů pro strojní zařízení, které jsou uvedeny v IEC Pro bezpečnostní vestavěný software pro součásti s PLr = e viz kapitolu 7 v IEC :1998. Norma nahrazuje ČSN EN ISO z června Tato norma obsahuje i nové znění přílohy ZA a přílohy ZB. V Praze dne Václav Svoboda - ASFERG Křenova 268/ Praha 6 Č SN EN A1 Bezpeč nost strojních zař ízení - Posuzování a snižování rizik vznikajících zář ením emitovaným strojními zař ízeními - Č ást 1: Všeobecné zásady Č SN EN Norma se zabývá emisí záření u strojních zař ízení. Norma je urč ena zejména normalizač ním skupinám, které se zabývají normami typu C, jak identifikovat emise zář ení nebo pole, jak urč it jejich významnost a intenzitu, jak posuzovat možná rizika a jaké prostř edky mají být použity k odstraně ní nebo snížení emise zář ení. Norma se zabývá všemi druhy emise elektromagnetického neionizujícího zář ení. Č SN EN Neplatná norma 04/2002 Bezpeč nost elektrických spotř ebičů pro domácnost a podobné úč ely. Požadavky pro př ipojování prač ek, mycích strojů a bubnových sušič ek k vodovodnímu potrubí ČSN EN ed. 2 Elektrické spotřebiče připojené k vodovodní síti - Zabránění zpětnému sání a poruchám hadicových soustav ČSN EN ed. 2 Tato norma obsahuje požadavky na připojování spotřebičů napojených na vodovodní síť používaných v do-mácnosti a pro podobné účely z hlediska zabránění zpětnému sání nepitné vody do vodovodní sítě. Dále obsahuje požadavky na hadicové soustavy používané pro připojování takových spotřebičů. Tato norma neplatí pro spotřebiče používané pro čištění za sucha, k lékařským účelům a určené k průmyslových účelům. Č SN EN 1037+A1 Bezpeč nost strojních zař ízení - Zamezení neoč ekávanému spuště ní Č SN EN 1037 Norma je identická s EN 1037:1995. Jde o normu typu B1 podle Č SN EN 414. Poznámka recenzenta: Př estože je v úvodu uvedena tato tě sná návaznost na normu, harmonizovanou k Direktivě 89/392/EHS o strojním zař ízení, není v této (recenzované) normě o této Direktivě ani zmínky. Norma urč uje podstatná bezpeč nostní opatř ení zaměřená na zamezení neoč ekávaného spuště ní stroje (viz 3.2), umožň ující bezpeč ný zásah osob v nebezpeč ném prostoru (viz informativní př íloha A, kde jsou uvedeny p ř íklady č inností, které mohou vyžadovat př ítomnost osob v nebezpeč ných prostorech). Tato norma je urč ena k zamezení neoč ekávaného spuště ní všemi druhy zdrojů energie, tj.: př ívodem energie, např. elektrické, hydraulické, pneumatické; nahromadě nou energií, např. gravitací, stlač enými pružinami; vně jšími vlivy, např. vě trem. V kapitole 5 jsou normalizována zař ízení k odpojení a uvolně ní energie, v kapitole 6 opatř ení urč ená k zamezení neoč ekávaného spuště ní. Za pozornost stojí informativní př íloha C se seznamem bibliografie, př evážně projektů EN. Č SN EN 1037 ( ) byla vydána v dubnu Č SN EN 953+A1 Bezpeč nost strojních zař ízení - Ochranné kryty - Všeobecné požadavky pro konstrukci a výrobu pevných a pohyblivých ochranných krytů Č SN EN 953 Tato norma je č eskou verzí evropské normy EN 953:1997. Evropská norma EN 953:1997 má status č eské technické normy. Tato evropská norma specifikuje všeobecné zásady pro konstrukci a výrobu ochranných krytů, určených př edevším k ochraně osob p ř ed mechanickými riziky. Norma je urč ená především pro stroje, které byly vyrobeny po vydání této normy. Pozornost je také zaměřena na používání ochranných krytů k minimalizaci ohrožení jinými riziky (nemechanické povahy). Požadavky jsou zaměřeny na používání pevných a pohyblivých ochranných krytů. Norma nezahrnuje takové č ásti ochranných krytů, které ovládají blokovací zař ízení. Tyto části jsou zahrnuty v EN 1088 (v Projektování s podporou CAE 4 Zásady bezpečnosti v projektování

5 Č R zavedena jako Č SN EN 1088). Tato norma neobsahuje požadavky pro speciální systémy vztahující se zvláště na ochranné konstrukce chránící př i př evrácení (ROPS) a ochranné konstrukce chránící proti padajícím př edmě tům (FOPS) u mobilních strojů a zdvihacích zař ízení bř emen. Norma obsahuje tyto kapitoly: kapitolu 0 - Úvod, kapitolu 1 - Př edmě t normy, kapitolu 2 - Normativní odkazy, kapitolu 3 - Definice, kapitolu 4 - Stanovení rizikovosti, kapitolu 5 - Základní požadavky pro konstrukci a výrobu ochranných krytů, kapitolu 6 - Volba typů ochranných krytů, kapitolu 7 - Další konstrukč ní a výrobní okolnosti, kapitolu 8 - Ověřování bezpeč nostních požadavků pro ochranné kryty a kapitolu 9 - Informace pro používání. Dále norma uvádí normativní Př ílohy A, B, informativní P ř ílohu C a Př ílohu ZA. V této př íloze ZA je uvedeno zejména : "Tato evropská norma byla vypracována na základě mandátu udě leného CEN Evropskou komisí a Evropským sdružením volného obchodu (ESVO/EFTA) a podporuje splně ní podstatných požadavků Smě rnice EU: Smě rnice rady ze 14. č ervna 1989 pro strojní zař ízení (89/ 392/EHS) o sbližování zákonů č lenských států, Smě rnice rady ze 20. června 1991 pro strojní zař ízení (91/368/EHS) o sbližování zákonů č lenských států, doplň ující Smě rnici (89/392/EHS). Upozorně ní: Na výrobek (výrobky), který(é) je (jsou) předmě tem této normy, se mohou vztahovat další požadavky a další smě rnice EU. Ustanovení této normy podporují splně ní podstatných požadavků tř í smě rnic uvedených výše. Shoda s uvedenými ustanoveními této normy je jedním ze způ sobů zajiště ní shody se specifickými podstatnými požadavky p ř íslušné smě rnice a př idružených př edpisů ESVO (EFTA)." Jde tedy o evropskou harmonizovanou normu. Č SN EN 953 ( ) byla vydána v zář í Nahradila Č SN z Č SN EN 999 Neplatná norma 11/2010 Bezpeč nost strojních zař ízení - Umístě ní ochranných zař ízení s ohledem na rychlosti př iblížení č ástí lidského tě la ČSN EN ISO Bezpečnost strojních zařízení - Umístění ochranných zařízení s ohledem na rychlosti přiblížení částí lidského těla ČSN EN ISO Tato mezinárodní norma určuje umístění bezpečnostních zařízení s ohledem na rychlosti přiblížení částí lidského těla. Norma specifikuje parametry založené na hodnotách rychlosti přiblížení částí lidského těla a poskytuje metodologii k určení minimálních vzdáleností od detekčního prostoru k nebezpečnému prostoru nebo od ovládacích prvků bezpečnostních zařízení k nebezpečnému prostoru. Bezpečnostní zařízení uvažovaná v této mezinárodní normě zahrnují: a) elektrická snímací ochranná zařízení (viz IEC (všechny části), včetně: - světelných clon a světelné mřížky (AOPD); - laserových snímačů (AOPDDR) a dvourozměrových vizuálních systémů; b) ochranná zařízení citlivá na tlak (viz ISO , ISO a ISO ), zejména rohože citlivé na tlak; c) dvouruční ovládací zařízení (viz ISO 13851); d) ochranné kryty s blokováním bez jištění ochranného krytu (viz ISO 14119). Tato mezinárodní norma specifikuje minimální vzdálenosti od detekčního prostoru, roviny, hranice, bodu nebo ochranného krytu s blokováním v místě přístupu do nebezpečného prostoru pro nebezpečí způsobená strojem (např. stlačení, střih, vtažení). Č SN EN A1 Bezpeč nost strojních zař ízení - Požární prevence a požární ochrana Č SN EN Norma se specifikuje metody identifikace požárního nebezpeč í vznikajícího u strojního zař ízení a odpovídající posouzení rizika. Stanovuje základní pojmy a metodologii technických opatř ení pro požární prevenci a ochranu. Cílem této normy je dosáhnout požadované bezpeč nostní úrovně, podle př edpokládaného používání strojního zař ízení. Projektování s podporou CAE 5 Zásady bezpečnosti v projektování

6 1. bezpečnostní obvody Termínem bezpečností obvody jsou označovány elektrické obvody řídicího systému, určené k zajišťování bezpečnostních funkcí. Hlavním smyslem jejich použití v řídicím systému je dosažení vyšší (zvýšené) úrovně ochrany proti možnému ohrožení osob, zařízení, nebo výrobního procesu. Mezi bezpečnostní funkce u strojů a strojního zařízení, které jsou obvykle zajišťovány prostřednictvím bezpečnostních obvodů elektrických řídicích systémů, patří např. tyto funkce: nouzové vypnutí, nouzové zastavení (kategorie 0, 1) blokování pohonů nebezpečných pohybů v závislosti na: - poloze ochranných krytů (s jištěním nebo bez jištění), - signálech od optoelektronických bezpečnostních ochranných zařízení, kontrola dvouručního ovládacího zařízení, kontrolu ventilů a doběhu u hydraulických a mechanických lisů apod. Funkce STOP (zastavení) jsou rozděleny do tří kategorií (ČSN EN ): Kategorie 0 - neřízené zastavení bezpečnostním vypnutím, tj. zastavení pohybu stroje vypnutím přívodu energie do pohonů stroje, přičemž jsou v činnosti brzdy a mechanické přístroje určené k zastavení. Kategorie 1 - řízené zastavení, tj. zastavení pohybu stroje sestupnou hranou signálu (převedením povelového signálu z úrovně H na úroveň L), jakmile řídicí systém přijme povel k zastavení, přičemž výkonové části stroje zůstanou během procesu zastavování pod napětím. Kategorie 2 - řízené zastavení, při kterém akční členy řídicího systému zůstávají pod napětím. Každý stroj musí být vybaven řídící funkcí STOP kategorie 0, a vyžadují-li to bezpečnost a funkční potřeby stroje (jsou-li např. použity pohony s měniči kmitočtu), musí být stroj vybaven i funkcí STOP kategorie 1 nebo kategorie 2. Při návrhu BO elektrického řídicího systému stroje nebo strojního zařízení musí konstruktér, kromě dodržování obecně platných zásad pro navrhování řídicích obvodů, vždy vycházet ze stanovené nebo alespoň odhadnuté rizikovosti zařízení a z požadavků příslušné kategorie normy. Základní struktura BO je zjednodušeně znázorněna na obr. 1, včetně příkladu zapojení. Řídicí přístroj (např. tlačítko, lankový spínač, mechanický polohový vypínač, optoelektronické bezpečnostní ochranné zařízení apod.) snímá požadavek na bezpečnostní funkci a při jeho vzniku, vyvolá přestavení kontaktů přístroje - vstupní signál pro vykonání bezpečnostní funkce. Snímání požadavku na bezpečnostní funkci Signál od snímače Bezpečnostní zařízení (řídící přístroj) F Propojovací vedení (přenos signálů) Stop SB1 FA Signál pro akční člen Start SB2 KM KM Provádění zásahů k dosažení bezpečného stavu KM Pohon, vypínaný bezpečnostním obvodem obr. 1 Struktura jednoduchého BO a příklad jeho elektrického zapojení; kategorie B (1) Tento signál je přes propojovací vedení přenesen na akční člen (např. relé, stykač, elektromagneticky ovládaný ventil apod.), který provádí zásah, vedoucí k dosažení bezpečného stavu zařízení. Z obr. 1 je zcela jednoznačně zřejmé, že v bezpečnostní technice obvykle uvažované závady, např. přemostění kontaktu řídicího přístroje (zkratem v propojovacím vedení), svaření kontaktů nebo mechanické selhání akčního členu, mají za následek ztrátu bezpečnostní funkce Projektování s podporou CAE 6 Zásady bezpečnosti v projektování

7 obvodu, to znamená, že při požadavku na bezpečnostní funkci nemůže být zařízení v důsledku závady uvedeno do bezpečného stavu. Zvýšení odolnosti BO vůči závadám je možné použitím speciální vyhodnocovací jednotky, tzv. bezpečnostního modulu, který je zapojen mezi řídicí přístroj a akční člen. Bezpečnostní modul reaguje na vstupní signál od řídicího přístroje, vyvolává výstupní signál pro akční člen, detekuje a vyhodnocuje závady v BO a kontroluje sám sebe, buď spojitě (průběžně) nebo nespojitě (při periodicky prováděném testu). Ke splnění méně náročných požadavků postačuje BO s jedním kanálem (jeden řídicí přístroj, jeden vstupní signál, jeden bezpečnostní modul, jeden akční člen). Splnění více náročných požadavků vyžaduje použití principů redundance a různosti. Termín redundance, v doslovném překladu nadbytečnost, je nutné chápat, jako použití více než jednoho prvku (obvykle dvou) pro zajištění jedné funkce a jedná se vlastně o stoprocentní zálohování. Při návrhu BO je však zapotřebí velmi dobře uvážit, zda je nezbytně nutná úplná redundance (zdvojení) všech částí obvodu, neboť takové řešení by vedlo k neúměrnému zvýšení nákladů na realizaci zařízení, což určitě není smyslem příslušných bezpečnostních předpisů a norem. Za bezpečnostní část řídicího systému lze považovat jak kterýkoliv přístroj, zapojený v BO, tak BO jako celek. Výsledná bezpečnostní úroveň celého obvodu je dána vlastnostmi části, která je nejméně odolná proti závadám. Jsou-li tedy v BO zapojeny dvě bezpečnostní části, přičemž jedna z nich splňuje vyšší požadavky druhá jen požadavky nižší, vyhoví takový obvod jako celek pouze nižším požadavkům. 2. Přístroje pro BO elektrických řídicích systémů U mechanicky ovládaných řídicích přístrojů s kontaktním výstupem pro BO je požadována pozitivní vypínací funkce kontaktů, jinak také označovaná jako nucené rozpínání.. Při nuceném rozpínání dochází k oddělení kontaktů v přímém důsledku stanoveného pohybu ovládače, který je na kontakty přenášen pevnými součástmi a nesmí záviset na pružinách. Přístroje s nuceným rozpínáním kontaktů označují značkou: Termín nucené rozpínání kontaktů nesmí být zaměňován s termínem nucené vedení kontaktů. U spínacích přístrojů s nuceným vedením kontaktů (mechanickým spojením kontaktů) je speciální mechanickou konstrukcí zaručeno, že po celou dobu životnosti přístroje a za žádných okolností (tedy ani při závadě přístroje) nedojde k současnému spojení pracovních a klidových kontaktů Bezpečnostní moduly jsou logické jednotky určené pro použití v BO a slouží k zajišťování konkrétních bezpečnostních funkcí. Jakákoliv závada uvnitř samotného bezpečnostního modulu musí být detekována automatickou kontrolou a zásadně nesmí být příčinou ztráty bezpečnostní funkce obvodu. To znamená, že např. v případě bezpečnostního modulu, který je určen pro zajišťování bezpečnostní funkce nouzového zastavení, musí tedy závada uvnitř modulu buď vyvolat funkci nouzového zastavení, popřípadě, pokud vzniklá závada nebrání aktivaci bezpečnostní funkce řídicím přístrojem, musí být detekována při periodickém testu funkce bezpečnostního obvodu, přičemž až do doby odstranění závady musí být znemožněno nové uvedení strojního zařízení do provozu. Uvnitř bezpečnostního modulu je obvykle ukryto několik speciálních relé s tzv. nuceným vedením kontaktů, vzájemně propojených osvědčeným způsobem, který využívá principů redundance a různosti. Bezpečnostní relé, - relé s nuceným vedením kontaktů, nemají přepínací kontakty a zásadně se u nich používají samostatné kontaktní páry pro pracovní i klidové kontakty, přičemž jednotlivé kontaktní páry jsou umístěny v oddělených komorách relé. Tím je dosaženo kvalitního izolačního oddělení jednotlivých párů kontaktů, na které je pak možné připojovat různá napětí. BO, určené ke splnění požadavků vyšších kategorií normy, vyžadují zpětnou vazbu mezi akčním členem BO a bezpečnostním modulem. V případě, že je akčním členem stykač, musí mít i tento přístroj nucené vedení kontaktů a do zpětnovazebního obvodu se zapojuje jeho klidový kontakt. Pokud by byl použit obyčejný stykač, bez nuceného vedení kontaktů, ztrácí použití bezpečnostního modulu smysl. Dále existuje velmi rozsáhlý sortiment přístrojů pro aplikace v BO řídicích systémů. Od řídicích přístrojů, tj. ručně ovládaných tlačítkových, popřípadě lankových spínačů pro nouzové vypnutí (zastavení), polohových spínačů pro kontrolu mezních poloh nebo polohy ochranných krytů (s jištěním a bez jištění) a aktivních optoelektronických bezpečnostních ochranných zařízení pro ochranu prstů nebo rukou obsluhy, popřípadě pro ochranu přístupu do nebezpečných prostorů, přes akční členy, tj. zejména stykače s nuceným vedením kontaktů, až po vyhodnocovací jednotky (bezpečnostní moduly nebo také bezpečnostní kombinace) pro nejrůznější bezpečnostní funkce. Bezpečnostní moduly lze použít také v kombinaci s programovatelnými automaty (PLC), konstruovanými, ověřenými a certifikovanými pro použití v BO. PLC těchto typů mohou zajišťovat všechny funkce stroje, včetně bezpečnostních. Při posuzování shody, před uvedením stroje nebo strojního zařízení do provozu, musí být Projektování s podporou CAE 7 Zásady bezpečnosti v projektování

8 použity postupy, vyžadující povinnou účast autorizované osoby. Standardní PLC nejsou v současné době, z hlediska bezpečnostní techniky, považovány za vyhovující a vhodné pro použití v bezpečnostních úlohách Splnění požadavků jednotlivých kategorií (ČSN EN ISO ) Kategorie B - tato kategorie je určena jen pro BO relativně bezpečných strojů. Ke splnění požadavků stačí dodržovat základní bezpečnostní pravidla pro navrhování řídicích obvodů a používat přístroje vhodné pro BO, vyhovující svým provedením daným vnějším vlivům. Příklad jednoduchého BO kategorie B je uveden na obrázku 1. Kategorie 1 je shodná s kategorií B s tím, že pravděpodobnost výskytu závady je menší. Tato kategorie se má přednostně používat i u relativně málo nebezpečných strojů. Vyšší odolnosti proti závadám ve srovnání s kategorií B lze dosáhnout např. uložením propojovacího vedení do ochranné konstrukce (snížení pravděpodobnosti mechanického poškození vedení a následného přemostění rozpínacího kontaktu řídicího přístroje) nebo předimenzováním stykače, který plní funkci akčního členu (snížení pravděpodobnosti svaření silových kontaktů). Jak kategorie B, tak kategorie 1, jsou charakteristické tím, že jednotlivá závada vede ke ztrátě bezpečnostní funkce obvodu, přičemž závada není detekována. Kategorie 2 vyžaduje, aby bezpečnostní funkce byla řídicím systémem stroje pravidelně kontrolována ve vhodných intervalech, přičemž délka intervalu závisí na druhu a použití stroje. Při výskytu jednotlivé závady sice může dojít ke ztrátě bezpečnostní funkce obvodu, ale při pravidelné kontrole musí být závada detekována řídicím systémem stroje. Pravidelnou kontrolou je periodický test funkčnosti BO, prováděný obvykle vypnutím a opětným zapnutím napájecího napětí. Minimální interval pro kontrolu funkce BO musí být uveden v technické dokumentaci stroje, pokyny pro provádění testu musí být součástí návodu na používání, a obsluha musí být prokazatelně poučena o tom, jak je požadováno postupovat. Pokud řídicí systém stroje detekuje při testu závadu některé části BO, např. svaření silových kontaktů stykače - akčního členu, musí být zabráněno opětnému spuštění stroje. Je zřejmé, že tento požadavek je možné zajistit jedině použitím speciální vyhodnocovací jednotky, která je zařazena mezi řídicí přístroj pro snímání požadavku na bezpečnostní funkci a akční člen, který bezpečnostní funkci provádí. Velmi důležitý je obvod zpětné vazby, umožňující kontrolu akčního členu (stykač musí mít nucené vedení kontaktů) prostřednictvím tlačítka RESET a vnitřní logiky vyhodnocovací jednotky, neboť po připojení napájecího napětí lze vyhodnocovací jednotku uvést do aktivního stavu pouze uzavřením obvodu zpětné vazby (stisknutím tlačítka RESET). Pokud je detekována závada akčního členu, např. svaření silových kontaktů, nelze vyhodnocovací jednotku nastartovat. (kontakt) Jistič ZDROJ RESET V s t u p y Nadproud ochrana Logika pro zpracování signálů Periodické (cyklické) testování 3 Vyhodnocovací jednotka STYKAČ V ý s t u p y Akční člen (cívka) POHON Cívka stykače Projektování s podporou CAE 8 Zásady bezpečnosti v projektování

9 Obr. 5 Typická struktura BO pro splnění požadavků kategorie 2 a příklad jeho zapojení do obvodu Vyhodnocovací jednotka je při testu schopná kontrolovat jen ty části BO, která během testování mění stav, tj. svoje vnitřní obvody a připojený akční člen. Pokud dojde k přemostění kontaktu řídicího přístroje, není řídicí systém schopen závadu detekovat ani v případě, že je funkce BO kontrolována aktivací řídicího přístroje (např. stisknutím ručně ovládaného tlačítka, přestavením bezpečnostního ochranného zařízení apod.), neboť pro detekování závady ve vstupním obvodu nemá vyhodnocovací jednotka dostatek informací. Jen obsluha stroje je při pravidelné kontrole bezpečnostní funkce schopná zjistit závadu řídicího přístroje, (zařízení nereaguje na vstupní signál) a záleží jen na uvážení obsluhy, jaký další postup zvolí. V ideálním případě obsluha uvede stroj do bezpečného stavu vypnutím hlavního vypínače. Pravděpodobnost vzniku závady ve vstupním obvodu lze snížit uložením propojovacího vedení mezi vyhodnocovací jednotkou a řídicím přístrojem tak, aby nemohlo dojít k jeho mechanickému poškození a umístěním řídicího přístroje tak, aby nemohl být jednoduchým způsobem vyřazen z činnosti (přemostěním). Kategorie 3 - v BO nesmí výskyt jednotlivé závady vést ke ztrátě bezpečnostní funkce obvodu, přičemž některé, ale ne všechny, závady musí řídicí systém stroje detekovat. Nakupení (nahromadění) nedetekovaných závad může vést ke ztrátě bezpečnostní funkce obvodu. Předpokladem pro splnění požadavků kategorie 3 je opět použití speciální vyhodnocovací jednotky a využití principů redundance a různosti při návrhu bezpečnostního obvodu jako celku (samotná vyhodnocovací jednotka těchto principů využívat musí). 1. kanálu Vyhodnocovací jednotka 2. kanálu ZDROJ 3 JISTIČ V s t u p y Nadproud. ochrana Logika pro zpracování signálů Logika pro zpracování signálů STYKAČ 1.kanál Vyhodnocovací jednotka 2.kanál V ý s t u p y Akční člen 1. kanálu Akční člen 2. kanálu POHON Cívky stykačů Obr. 6 Typická struktura BO pro splnění požadavků kategorie 3 a příklad jeho zapojení do obvodu Kompletní zdvojení řídicích přístrojů, tj. spínačů, včetně jejich ovládačů je vhodné (dokonce žádoucí) u bezpečnostních spínačů pro kontrolu polohy bezpečnostních ochranných zařízení (ochranných krytů, dveří apod.). Na první pohled je však nesmyslné zdvojení ovládačů u ručně ovládaných tlačítek, např. pro nouzové vypnutí nebo zastavení, které by k větší bezpečnosti obsluhy jistě nepřispělo, spíše naopak. V tomto případě stačí opatřit jeden řídicí přístroj dvěma rozpínacími kontakty (musí být použity dvě oddělené rozpínací jednotky), které jsou s vyhodnocovací jednotkou BO spojeny dvěma samostatnými kanály (teoreticky by vedení obou kanálů měla být uložena odděleně). Při obdobné úvaze o akčním členu BO je zřejmé, že redundance je nutná hlavně u kontaktové části spínacího prvku, neboť jakákoliv závada na vedení k cívce (zkrat mezi vodiči, přerušení vedení) má za následek vypnutí akčního členu, tedy uvedení zařízení do bezpečného stavu. Jako redundantní akční člen je tedy možné použít např. dva stykače, jejichž silové kontakty jsou zapojeny v sérii a cívky paralelně. Princip různosti vyžaduje, aby stykače byly např. od dvou různých výrobců nebo alespoň různě dimenzované. Řídicí systém stroje musí být schopen detekovat jak závadu na kterémkoliv akčním členu (stykače musí mít nucené vedení kontaktů), tak závadu na kterémkoliv řídicím přístroji (v kterémkoliv vstupním kanálu), neboť vyhodnocovací jednotka dostává redundantní informace o stavu řídicího přístroje. Samozřejmým předpokladem Projektování s podporou CAE 9 Zásady bezpečnosti v projektování

10 pro splnění požadavků je samočinná vzájemná kontrola logiky pro zpracování signálů kanálu jedna a logiky pro zpracování signálů kanálu dva uvnitř vyhodnocovací jednotky. Samočinná kontrola celého BO proběhne vždy při aktivování řídicího přístroje. Vzhledem k tomu, že vstupní signály mají stejnou polaritu, řídicí systém není schopen detekovat příčný zkrat mezi oběma vstupními kanály. Pokud tedy dojde k přemostění řídicího přístroje v kanálu jedna a navíc vznikne příčný zkrat mezi oběma kanály, je závada kanálu jedna přenesena do kanálu dva a dojde ke ztrátě bezpečnostní funkce obvodu vlivem nahromadění nedetekovaných závad (obvod není schopen plnit bezpečnostní funkci). BO kategorie 3 nevyžadují kontrolu příčného zkratu v obvodu startovacího tlačítka RESET. Kategorie 4 - velmi tvrdé požadavky mohou splnit jen takové BO, ve kterých jsou všechny závady detekovány dostatečně včas, aby bylo zabráněno ztrátě bezpečnostní funkce, přičemž při výskytu jakýchkoliv závad musí být bezpečnostní funkce obvodu vždy zachována. Základní zapojení bezpečnostního obvodu pro kategorii 4 vychází ze zapojení pro kategorii 3 (obr. 6), obsahuje však některá vylepšení, odstraňující nedostatky kategorie kanálu 2. kanálu ZDROJ Vyhodnocovací jednotka V s t u p y Logika pro zpracování signálů Logika pro zpracování signálů STYKAČ 1.kanál Vyhodnocovací jednotka 2.kanál V ý s t u p y Akční člen 1. kanálu Akční člen 2. kanálu POHON Cívky stykačů Obr. 9 Typická struktura BO pro splnění požadavků kategorie 4 a, příklad jeho zapojení do obvodu Vstupní mají signály různou polaritu, takže řídicí systém je schopen detekovat příčný zkrat mezi oběma kanály (např. při použití různých napěťových potenciálů pro napájení vstupních obvodů dojde při vzniku příčného zkratu k přetavení přeřazené pojistky, což bezpečnostní obvod vyhodnotí jako požadavek na bezpečnostní funkci a uvede zařízení do bezpečného stavu. Kategorie 4 rovněž požaduje, aby byl detekován také příčný zkrat v obvodu tlačítka RESET, tj. přemostění tlačítka. Splnění tohoto požadavku je možné za předpokladu, že vstupní obvod vyhodnocovací jednotky, na který je připojeno tlačítko RESET, reaguje až na sestupnou hranu vstupního signálu. V případě, že jsou na místě vyhodnocovací jednotky použity bezpečnostní moduly, musí být v provedení kontrolovaný start. Bezpečnostní systém Siemens: ASI safe Projektování s podporou CAE 10 Zásady bezpečnosti v projektování