Jste zde

Magnetické bezpečnostní spínače pro dveře a kryty

Antonín Vojáček, 25. Srpen 2014 - 20:25

Pro spolehlivé zjištění a kontrolu správného zavření bezpečnostních krytů a dveří, či usazení bezpečnostních závor a ochran, slouží bezkontaktní kódované magnetické spínače. Jejich napojení na bezpečnostní relé či bezpečnostní PLC pak umožňuje zastavení nebezpečných pohybujících se částí stroje a tak splnění bezpečnostních norem ISO 13849-1, IEC 61508-1 a IEC 62061.

Co jsou bezpečnostní kódované magnetické snímače?

Kódované magnetické bezpečnostní spínače obecně představují bezpečnostní bezkontaktní poziční senzory primárně určené pro hlídání správného umístění, polohy či uzavření mechanických bezpečnostních posuvných krytů, závor či dveří, například ve vstupech do bezpečnostních zón vymezených pevnými bezpečnostními kryty či oplocením (např. balicí, etiketovací, obráběcí stroje, stáčecí linky, textilní stroje, lisy, robotická zařízení apod.) dle požadavků bezpečnostních norem ISO 13849-1, IEC 61508-1 a IEC 62061.

Bezpečnostní magneticky kódované bezpečnostní spínače pak nabízí větší odolnost proti neoprávněné manipulaci, než standardní magneticky ovládané spínače, a v závislosti na tom, do jaké bezpečnostní jednotky jsou zapojeny, pak obvykle poskytují bezpečnostní stupeň PL d / SIL 2 až PL e / SIL 3 (dle normy ISO 13849-1).

Příklady použití magnetických bezpečnostních spínačů (vlevo - kvádrové provedení, vpravo - válcové provedení).

Jak pracují kódované magnetické snímače?

Magneticky kódované spínače se vždy skládají ze dvou částí:

senzor = čtecí hlava s výstupními spínacími kontakty
aktuátor = kódovaný permanentní magnet

Ve čtecí hlavě je umístěno několik jazýčkových kontaktů pracujících na principu Reedova spínače, které jsou aktivovány kódovaným magnetickým polem permanentních magnetů aktuátoru při jeho přiblížení na definovanou vzdálenost. Obvykle jde o rozsah vzdálenosti v řádu cca 10 mm. Výhodou této konstrukce je možnost aktuátor a snímač umístit zároveň s nerezovou ocelí.

U bezpečnostních magnetických snímačů je z důvodu rozlišení případné chybné funkce kontaktu či špatné manipulaci obvyklé "čtyřdrátové" provedení se dvěma paralelními spínacími kontakty. Když jsou spínač a aktuátor (magnet) oddělené, jsou oba bezpečnostní kontakty rozepnuté. Posunem aktuátoru do spínací oblasti (šipkami k sobě) se bezpečnostní kontakty sepnou, opačným posunem pak rozepnou. Navíc je však možné vyhodnocovací jednotkou v podobě bezpečnostního relé či PLC vyhodnocovat i časové zpoždění sepnutí obou kontaktů způsobené nerovnoměrným pohybem přiblížení aktuátoru k senzoru nebo nesprávným mechanickým umístěním aktuátoru vůči senzoru.

Příklad správného a nesprávného použití magnetických bezpečnostních spínačů v kvádrovém pouzdru.

Typické provedení a příklady použití

Bezpečnostní magnetické spínače jsou obvykle většinou výrobců nabízeny v následujících třech tvarech pouzdra:

velké kvádrové (například typ Wieland SMA02xx nebo Leuze MC388x) - vhodné pro detekci otevření / správného uzavření velkých krytů velkých strojů, například kovových vrat v oplocení nebezpečného prostoru velkých robotických pracovišť nebo velkých plastových dveří pro vstup obsluhy do prostoru velkých strojů.
malé kvádrové (například typ Wieland SMA01xx nebo Leuze MC336x) - vhodné pro detekci sejmutí či otevření malých bezpečnostních krytů strojů, například v potravinářství (plnění obalů, zavírání lahví apod.), malých obráběcích strojů, malých robotických pracovišť v lehkém průmyslu apod.
malý válcový (například typ Wieland SMA0313 nebo Leuze MC330x) - vhodné pro obě výše uvedené aplikace, kde se nehodí obdélníkový tvar pouzdra. Vyžaduje sice větší zástavbovou hloubku, ale na druhou stranu umožňuje chráněné zabudování do rámu stroje.

Příklady vyráběných typů bezpečnostních magnetických spínačů - zleva: velké kvádrové, malé kvádrové a válcové.

Z pohledu montáže senzoru a aktuátoru pro správnou funkci detekce přiblížení je nutné dodržet požadavek, aby se k sobě přibližovaly nejdříve těmi částmi, které jsou opatřeny šipkami. Obvykle je možné je aktivovat / deaktivovat jedním z následujících způsobů:

postupným přibližování / oddalováním senzoru a aktuátoru ve stejné výšce = posuvné kryty
rychlým nasunutím / vysunutím aktuátoru do boku z detekční oblasti senzoru = výklopné kryty a klasické dveře

Výhodou magnetických spínačů je pak proti klasických bezpečnostním koncovým spínačům spolehlivá funkce i v aplikacích, kde jsou větší vůle dveří, nebo kryty či dveře vystaveny větším vibracím.

Příklady možných použití a správných umístění bezpečnostních magnetických spínačů.

Provedení bezpečnostní detekce s magnet. spínači

Nejjednodušší bezpečnostní systém zajišťující včasné zastavení pro obsluhu nebezpečného stroje po otevření či vyjmutí krytu je použití magnetického bezpečnostního spínače tvořeného aktuátorem, obvykle upevněného na pohyblivých částech, a jeho senzorem, obvykle na pevné části z důvodu přítomnosti připojovacího kablíku připojeného na dva hlídané vstupy bezpečnostního relé či libovolného bezpečnostního PLC.

Například lze zmínit použití magnetických bezpečnostních spínačů Wieland SMAxxx s bezpečnostním PLC Wieland SNO4062 nebo v případě výrobce Leuze mag. spínačů MC3x a přímo k tomu specializované bezpečnostní relé MSI-MC3x.

Takový systém má po uzavření krytu (přiblížení aktuátoru a senzoru mag. spínače do výrobcem definované vzdálenosti, čímž se sepnou jeho oba Reedovy kontakty) a stisku tlačítka restartu sepnuté výstupní kontakty bezpečnostního relé, které tak "posílá" signálové napětí dalším částem zařízení. Pokud teď dojde k otevření krytu, výstupy bezpečnostního relé se deaktivují (rozepnou). Tak zůstanou i po zpětném zavření krytu, dokud nedojde k provedení restartu na vstupu relé. Kódované magnetické pole aktuátoru neumožňuje zaměnit kryty či zmást senzorovou část spínače přiblížením jiného magnetu.

Tímto způsobem lze dosáhnout splnění i nejvyšších bezpečnostních standardů:

Performance Level (PL) e (EN ISO 13849-1: 2008)
Safety category 4 (EN ISO 13849-1:2008)

TEST - Magnetický bezpečnostní spínač Wieland SMA 0113

K odzkoušení funkce magnetických bezpečnostních spínačů v nabídce společnosti Schmachtl CZ s.r.o. jsem dostal k dispozici typ Wieland SMA 0113, který se vyznačuje v senzorové části dvěma antiparalelními reedovými kontakty, tedy jeden pracuje jako typ NC a při přiblížení aktuátoru se rozpíná, zatímco druhý je typu NO a při přiblížení aktuátoru se spíná. Toto je nutné mít na paměti při výběru bezpečnostního relé nebo vytváření programu bezpečnostního PLC. V nabídce jsou však také běžnější typy s dvěma kontakty NO. Výhoda kombinace kontaktů NC + NO je v možnosti neustálé kontroly, zda je funkční 24 VDC signálové napětí kontaktů, tzn. lze rozlišit, zda jsou kontakty rozepnuty, či zda jsou sepnuty, ale není na ně přivedeno napětí (nikdy ve správné funkci nemůže současně nastat stav 0V nebo 24V na obou kontaktech zároveň).

Spínač Wieland SMA 0113 je provedený v malém kvádrovém pouzdře rozměrů 36x26x13 mm z odolného neprodyšného a nerozebíratelného čeného plastu (IP67). Snímací vzdálenost senzorové částí je 0,5 až 8 mm, do které se magnet (aktuátor) musí dostat, aby se výstupy aktivovaly. Pokud však není přibližující se aktuátor (například upevnění na zavírajících se dveřích) správně zarovnán se snímací plochou senzorové části, může se stát, že se aktivuje jen jeden výstupní kontakt, čímž se navodí chybový stav, který by správně vybrané a použité bezpečnostní relé či správný program bezpečnostního PLC měl identifikovat jako chybový stav a také ji tak hlásit a neumožnit svůj restart. Při nejvyšších stupních bezpečnostní ochrany se pak také vyhodnocuje i vzájemné zpoždění sepnutí (aktivace) obou magnetických kontaktů, které je dáno správným směrem a rychlostí přiblížení aktuátoru k senzorové hlavici.

K připojení bezpečnostního magnetického spínače slouží jen v mém případě pevný 4žilový kabel od dvou spínačů, protože reedovy magnetické spínače přímo reagují na magnetické pole a nepotřebují pro svojí funkci žádné elektrické napájení.

Závěr

Pokud tedy potřebujete elektricky zajistit spolehlivou detekci mechanicky otvíracích či odnímatelných krytů, jsou bezpečnostní magnetické spínače velmi dobrou volbou. Výhodou magnetických spínačů jsou pak proti klasickým bezpečnostním koncovým spínačům spolehlivá funkce i v aplikacích, kde jsou větší vůle dveří, nebo kryty či dveře vystaveny větším vibracím. Výrobky německé společnosti Wieland jsou v ČR nabízeny společnostní Schmachtl CZ s.r.o.