Схеми контрольних ланцюгів у промисловому устаткуванні - блог

Кнопка Аварійний СТОП

У роботі інженера-електронщика на промисловому підприємстві часто доводиться стикатися з контрольними ланцюгами. Обладнання у нас – різних виробників, і такі самі різні схемотехнічні рішення аварійних (контрольних) ланцюгів.

Нещодавно на роботі з колегами ми опрацювали цю тему після того, як стався нещасний випадок. У цій статті я впорядковано викладу і поділюся своїми думками щодо цього.

Що таке контрольний ланцюг

Контрольний ланцюг – це електрична схема, яка перевіряє, чи все гаразд із цим обладнанням.

Наприклад, включені всі захисні автомати та мотор-автомати, чи не спрацював тепловий захист, перевіряє закриття всіх дверей, люків, наявність огорож тощо.

Словом, така схема дає можливість запобігти неправильній або небезпечній роботі обладнання. Іншими словами, наявність контрольного ланцюга дозволяє дотриматися технологічного процесу і зберегти здоров'я і навіть життя обслуговуючого персоналу.

Звичайно, контрольні ланцюги повинні забезпечувати з електричної (схемотехнічної) точки зору все, що я перерахував вище.

Інші назвиконтрольного ланцюга - ланцюг безпеки, захисний ланцюг, аварійний ланцюг, та ін.

До речі, ремонт будь-якого промислового обладнання треба розпочинати саме з перевірки контрольного ланцюга. Потім стан датчиків, і т.д.

У цій статті я постараюся перерахувати та порівняти відомі мені варіанти схемотехнічних рішень контрольних кіл.

Складові частини контрольного ланцюга

У більш-менш складних верстатах і лініях, де є 2 і більше двигуни,контрольний ланцюг (КЦ) зазвичай ділиться на дві частини -аварійнийланцюг (АЦ) та тепловий ланцюг (ТЦ).

КЦ = АЦ + ТЦ

Це два різні ланцюги, тому розглянемо їх окремо.

Аварійний ланцюг призначений для екстреної зупинки або неможливості запуску обладнання. Це необхідно насамперед задля безпеки персоналу, у другу чергу – задля забезпечення правильності тех.процесса. Основний елемент аварійного кола – аварійна кнопка.

Теплове коло складається з контактів мотор-автоматів, захисних автоматів, теплових реле, «перевантажувальних» контактів частотних перетворювачів, термодатчиків двигунів.

Аварійний вимикач

Це той самий «грибок», який має бути обов'язково присутнім на будь-якому непобутовому обладнанні. Його називають«Аварійний стоп», «Аварійна кнопка», «Аварійний вимикач», «Екстренний зупинка», тощо.

В англомовному варіанті – «Emergency stop».

Аварійний вимикач конструктивно є нормально замкнутими контактами і механізмом кнопки, який забезпечує фіксацію (якщо вона передбачена), монтаж, зручність використання в екстреній ситуації.

Аварійний вимикач показаний у заголовку статті, інші моделі – нижче:

Аварійний СТОП ІЄК

Категорично не рекомендую використовувати як кнопки аварійного відключення кнопки IEK. Вони розвалюються через пару натискань, а в аварійних ситуаціях людина може вдарити по ній щосили, і вона просто не спрацює.

Ось аварійна кнопка від Шнайдера Електрика, набагато надійніше:

А що там свіжого у групі ВК СамЕлектрік.ру?

Підписуйся і читай статтю далі:

Аварійний вимикач Шнайдер

Чому в контрольних ланцюгах потрібно застосовуватинормально закриті контакти

Щоб перевірити нормально відкритий контакт, потрібно активувати його, тобто натиснути. Тільки тоді стане зрозумілим, замкнувся він чи ні. Справний він, чи ні.

А у нормально закритих контактах через сам контакт постійно протікає струм, беручи участь у роботі схеми. Якщо натиснути кнопку з нормально закритими контактами, вона розімкнеться. Те ж саме станеться, якщо ці контакти будуть несправні - схема просто не буде працювати. Іншими словами, НЗ контакти самі себе перевіряють, чого не скажеш про АЛЕ контакти.

Іноді відбувається плутанина в поняттях НЗ та ПЗ стосовно принципів роботи конкретних пристроїв. Наприклад, теплові реле. У нормальному стані НЗ контакт у нього замкнутий (як і у кнопки «Аварійний СТОП»). Контакт розмикається, коли струм через теплове реле перевищує допустимий. І на схемах ці контакти позначають як нормально замкнуті. Тут усе зрозуміло.

Плутанина починається, коли заходить мова про мотор-автомати і захисні автомати. У НОРМАЛЬНОМУ стані всі контакти, зокрема контакт теплової ланцюга в нього розімкнені. Однак, у РОБОЧОМУ стані всі контакти у нього замкнуті, інакше схема не працюватиме. Але на схемах усі контакти позначають саме у НОРМАЛЬНОМУ стані, тобто розімкнені.

Зрозуміло, щоб паралельно (одночасно) працювали кілька НЗ контактів, їх треба послідовно включити. А кілька АЛЕ – паралельно. До речі, іноді зустрічаються і АЛЕ аварійні кнопки. Через них у разі аварії подається харчування на реле із НЗ контактами. Не рекомендую.

Про різні види контактів також розповідаю зі статті про параметри та використання датчиків.

Схеми контрольних кіл

Нижче наведу та коротко опишу кілька варіантів схем контрольних кіл. При цьомузахисні автомати та інші елементи, які мають відношення до теми статті, не розглядаємо.

Схеми йдуть у порядку збільшення функціональності, складності та надійності.

Ланцюги управління – ті ланцюги, які керують силовими ланцюгами. Тобто, вимикачі, котушки контакторів та реле, різні допоміжні контакти та пристрої, а також індикація. Нині переважно управління силовими ланцюгами використовують контролери (PLC).

Схема 1. Розрив ланцюга силового живлення

Аварійний вимикач – це нормально замкнутий вимикач, який розмикає ланцюг живлення при натисканні на нього.

У найпростішому вигляді його просто ставлять у розрив введення живлення, і у разі натискання на нього живлення з усього обладнання (наприклад, верстата) просто забирається.

Так роблять китайці, які у будь-якому устаткуванні економлять на всьому. Чим черевата така схема - через контакти Аварійного стопа йде весь споживаний струм. І згодом ці контакти псуються, порушуючи роботу пристрою. Добре ще, якщо в схемі управління передбачено штатну зупинку (кнопка «Стоп», або «Вимк»), і Аварійний стоп використовується тільки в аварійних ситуаціях.

Схема 2. Поділ ланцюгів керування та сили, гальванічна розв'язка

У цій схемі силові ланцюги (двигуни, тощо) живляться безпосередньо через свої контактори і мотор-автомати. А кола управління, які керують цими контакторами, живляться через контрольний ланцюг.

Контрольний ланцюг у цій схемі складається з контактів Аварійного вимикача ES1, теплового реле RT1, АЛЕ контакту мотор-автомата QF1. Коли будь-який із цих контактів розмикається, ланцюг рветься, живлення з ланцюга управління зникає. Силовий ланцюг залишається без керування, і всі приводи зупиняються.

Мінус схеми – черезконтакти контрольного ланцюга йде весь струм ланцюга управління. Крім того, на контактах та проводах (якщо обладнання має велику протяжність) відбувається падіння напруги, що негативно впливає на роботу ланцюгів керування.

Схема 3. Схема управління живиться через контакти реле контрольного ланцюга

У цій схемі вводиться реле контрольного кола КА1. Це реле через свій АЛЕ контакт живить схему управління, коли контрольний ланцюг зібрано.

Схема хороша тим, що через контрольні контакти йде невеликий струм - лише струм реле. А вже реле може мати потужні контакти, через які живитиметься вся схема управління.

Схема 4. Теплові та аварійні ланцюги розділені

КЦ. Схема 4. SQ1 – кінцевий відкриття захисних ґрат (наприклад)

Відповідно, використовуються два реле – КА1 та КА2, які відповідають кожне за свою перевірку. Зі схеми видно, що поки не буде зібрано тепловий ланцюг, не пройде перевірку та аварійний. І тільки коли обидві схеми зберуться, надійде харчування на схеми керування.

Схема 5. Вводяться кнопки ПУСК та СТОП

КЦ. Схема 5. Стоп не показаний, у ролі може бути будь-яка послідовно включена з ES1 і SQ1 кнопка.

Ця схема відрізняється тим, що в ній можна використовувати кнопки без фіксації. І завдяки обов'язковому натисканню кнопки "Пуск машини" персонал підтверджує, що машина може бути запущена. Це важливий чинник безпеки. У попередніх схемах ланцюг може зібратися без участі людини (самоусунення брязкоту), і верстат мимовільно запуститься.

Така схема також називаєтьсянульовий захист - верстат не запуститься, поки оператор не натисне кнопку "Пуск", або "Готовність". А кнопка не натиснеться, доки не будуть приведені в робоче вихіднестан всі елементи схеми.

Схема 6. Додано індикацію

КЦ 6. Схема з індикацією

У нещасному випадку, з якого я почав статтю, слюсар на непрацюючому верстаті натиснув кнопку “Аварійний стоп” і поліз у верстат. Ремонтуючи верстат, слюсар випадково зачепив датчик, який запустив привід. В результаті – людина опинилась у травматології.

Аналізуючи, чому спрацювало вимкнення контрольного ланцюга від аварійного стопа, було зроблено висновок, що була несправна саме кнопка Аварійний СТОП. Тобто при натисканні вона зафіксувалася, але через механічну поломку контакти не розімкнулися. Все було б набагато однозначніше, якби при натисканні Аварійного стопу працювала відповідна індикація.

На схемі показано три лампочки, які дозволяють персоналу однозначно судити про стан машини:

L1, немає ТЦ - відключився мотор-автомат, спрацював тепловий захист, перегрів двигуна (вимкнеться реле КА1)

L2, немає АЦ – натиснута аварійна кнопка, відкритий технологічний люк, механізм вийшов за межі робочої зони (вимкнеться реле КА2)

L3 – Контрольний ланцюг зібраний, що говорить про те, що машина в роботі, і може бути небезпечною.

Ця схема – найкраща з погляду швидкості визначення несправності, оцінки стану устаткування, а головне – безпеки.

Сучасні схеми забезпечення безпеки

Hаука про безпеку не стоїть на місці, і ось як можна вдосконалити наведені вище схеми.

1. У схемі 6 реле КА2 включає своїми контактами два потужні пускачі, контакти яких включені послідовно і комутують живлення схеми управління. Цим мінімізується ймовірність залипання контактів через перевантаження струмом або КЗ в КЦ. Крім того, єймовірність того, що яке-небудь реле "заклинить", і воно залишиться увімкненим при зникненні живлення. А чим більше АЛЕ контактів включено послідовно, тим менша така ймовірність.

2. В даний час у всьому імпортному промисловому обладнанні застосовується спеціальний контролер безпеки або інтелектуальне реле безпеки. Там логіка роботи побудована так, що ризик виникнення небезпечної ситуації значно зменшено. Відомі бренди, які виробляють такі реле – Dold, Pilz, Leuze. Але це вже тема іншої статті.

Із задоволенням, як завжди, відповім на будь-які питання на тему.

Оновлення

Ось варіант, як встановлена аварійна кнопка у верстаті. І сміх і гріх.

Варіант встановлення аварійного вимикача

Он, за ґратами. У разі потреби до нього можна дотягнутися лише пальцем. Конструкторська недоробка.