Jste zde

Nouzové zastavení stroje. Volba a použití tlačítek E-STOP

Antonín Vojáček, 29. Červen 2015 - 0:00

Každé strojní zařízení má mít svoje tlačítko nouzového zastavení. Ano, jde o známé červené prvky, obvykle ve tvaru "houby", které se po stisku zaaretují. Jaké tlačítko však zvolit a jak jej použít a zapojit, aby splňovalo příslušné, aktuální požadavky norem? To se pokusíme co nejstručněji přiblížit v následujícím článku.

Zcela základním prostředkem bezpečnostní ochrany provozu každého průmyslového stroje je dnes bezpečnostní nouzové tlačítko zastavení, jinak také "E-STOP" z anglického Emergency STOP button či německé označení "Not-Aus". S jeho pomocí je v jakémkoliv případě možné zastavit provoz zařízení, které obsahuje pohyblivé části (pohony).

Co to znamená "Nouzové zastavení"?

"Nouzové zastavení" znamená, že v případě nouze je nutno nejen zastavit všechny nebezpečné pohyby, ale i bezpečně vyřadit všechny zdroje energie, které mohou být zdrojem nebezpečí, jako například nahromaděná energie.

Základní norma pro bezpečnost strojních zařízení ČSN EN 60204-1 ed.2 zjednodušeně řečeno říká, že každý stroj musí být vybaven nejméně jedním tlačítkem nouzového zastavení se stop funkcí (funkce zastavení) kategorie 0 (tj. okamžité vypnutí odpojením napájení do pohonů stroje). Stop funkce kategorie 1 (řízené vypnutí, kdy k vypnutí energie dojde teprve po dosažení klidového stavu stroje) nebo kategorie 2 (řízené vypnutí, kdy dodávka napájení do pohonů stroje je zachována) musí být zajištěny pouze v případě potřeby, vyžadují-li to technicko-bezpečnostní a/nebo funkční požadavky stroje.

Nouzové zastavení pak podléhá následujícím pravidlům:

nouzové zastavení musí být snadno přístupné,
nouzové zastavení musí nebezpečný stav ukončit co možná nejrychleji, aniž by vznikla dodatečná rizika,
povel "Nouzové zastavení" musí mít přednost před všemi ostatními funkcemi a povely ve všech provozních režimech,
reset "Nouzového zastavení" nesmí mít za následek opětovné spuštění stroje,
musí být použit princip přímého stisknutí s mechanickou blokovací funkcí.

Zde je vhodné jen upozornit, že i po aktivaci nouzového zastavení může setrvačností docházet k volnému doběhu. Nouzové zastavení totiž představuje bezpečnostní opatření, ale nikoliv však ochranné zařízení. Problém nebezpečného volného doběhu je pak případně nutné řešit použitím ještě dalších prvků, jakými jsou například zpětnovazební snímání reálného pohybu (např. použitím rotačních enkodérů na hřídele motorů) či použití bezpečnostních brzd.

Možná provedení tlačítek nouzového zastavení

Konkrétní provedení zařízení označované jako nouzové bezpečnostní tlačítko E-STOP již podrobně definuje norma ČSN EN ISO 13850 "Bezpečnost strojních zařízení - Nouzové zastavení - Zásady pro konstrukci". Ta specifikuje funkční požadavky a konstrukční zásady pro funkci nouzového zastavení u strojních zařízení, nezávisle na druhu energie použité pro ovládací funkci. Norma platí na všechna strojní zařízení, kromě strojů, u kterých by opatření nouzového zastavení nesnižovalo riziko a přenosných v rukou držených strojů a ručně vedených strojů.

Obecně lze říci, že pro funkci nouzové zastavení platí několik zásad: ovládací hlavice musí být s funkcí proti přelstění (mžiková funkce), kontakty s nuceným vypnutím, mít mechanickou aretaci vypnutí, mechanický ovládací / aktivační prvek (hlavice tlačítka) musí být vždy červené barvy a ostatní části pouzdra tlačítka pak žluté barvy. Doporučeno (nikoliv přikázáno) je označení tlačítka žlutým štítkem s černým nápisem "Emergency stop" nebo "Nouzový stop". To je ten typický žlutý "náramek/prstenec" nasazený na tlačítku.

V dnešní době, kdy je nabídka i kompletních certifikovaných bezpečnostních E-STOP tlačítek velmi rozsáhlá a ceny i hotových kompletů, jak pro vestavbu do panelu, tak v provedení i s krabičkou velmi příznivé (v řádu stokorun českých), je vždy vhodné sáhnout po kompletním tlačítku i s kontakty.

Příklady nabízených provedení:

Tlačítko nouzového zastavení s uvolněním aretace otočením hlavice (např. Wieland SNH 0300).
Tlačítko nouzového zastavení s uvolněním aretace otočením hlavice s indikačním kroužkem (např. Wieland SNH 0100).
Tlačítko nouzového zastavení uvolněním aretace pouze klíčem (např. Wieland SNH 0500).
Tlačítko nouzového zastavení s ochranným krytem proti náhodnému uvolnění aretace (např. Wieland SNH 0600)

Pěkný sortiment má v nabídce německá společnost Wieland Electric GmbH ve svém e-shopu: https://eshop.wieland-electric.com/categorie/en/safety-technology..., který v ČR můžete zakoupit u společnosti Schmachtl CZ s.r.o.

Bezpečnostní tlačítko vs. bezpečnostní úroveň

Zapojení E-STOP tlačítek a z toho vyplívající bezpečnostní úroveň stroje jsou definovány normami ČSN EN ISO 13849-1 nebo EN ISO 60261. Z nich mimo jiné také vyplývá, že úroveň zabezpečení stroje tlačítkem nouzového zastavení není určena jen provedením samotného tlačítka a jeho kontaktů, ale neméně zásadně i následujícím celým řetězcem vyhodnocení jeho stavu a nakonec deaktivací silových napájecích obvodů. Na druhou stranu i pokud by byl celý zbytek bezpečnostního systému (řetězce) například vystavěn na maximální úroveň zabezpečení PL e (ČSN EN ISO 13849-1), lze špatnou volbou E-STOP tlačítka nebo jeho nevhodným připojením celou bezpečnostní složku "devalvovat" o 2 i více úrovní níže. Proto i takovou na první pohled jednoduchou a základní věc jakou je volba nouzového tlačítka nelze nijak podcenit.

Z pohledu bezpečnostní normy ČSN EN ISO 13849-1 je případ funkce "Nouzového zastavení" možné řešit několika způsoby, podle požadavku dosažení bezpečnostní kategorie, resp. podle nebezpečnosti funkce stroje na lidskou obsluhu, a s ohledem na bezpečnostní riziko, které představuje případná porucha bezpečnostního tlačítka definovaná jeho parametry B10 a B10d.

Obvykle přicházejí v úvahu následující varianty provedení a zapojení E-STOP tlačítka dle normy EN ISO 13849:

E-STOP tlačítko 1-kanálové (tj. bez redundance s jedním rozpínacím prvkem ) a bez zpětné vazby = zapojení kat. 1 = max. hodnota dosažitelné bezpečnostní úrovně je PL c.
E-STOP tlačítko 1-kanálové (tj. bez redundance s jedním rozpínacím prvkem bez redundance), ale se zpětnou vazbou = zapojení kat. 2 = max. hodnota dosažitelné bezpečnostní úrovně je PL d.
E-STOP tlačítko 2-kanálové (tj. s redundancí se dvěma nezávislými rozpínacími prvky) a bez zpětné vazby = zapojení kat. 3 = max. hodnota dosažitelné bezpečnostní úrovně je PL e.
E-STOP tlačítko 2-kanálové (tj. s redundancí se dvěma nezávislými rozpínacími prvky) i se zpětnou vazbou = zapojení kat. 4 = max. hodnota dosažitelné bezpečnostní úrovně je PL e.

U 2-kanálových E-STOP tlačítek se pak ona redundantnost realizuje umístěním dvou rozpínacích kontaktů aktivovaných jedním společným mechanických prvkem, tj. stiskem jedné pro ně společné hlavice tlačítka (známé červené houby). Mimo to existují ještě provedení s navíc pomocným spínacím kontaktem, který slouží pro přídavnou signalizaci stavu / stisku nadřazenému systému nejen bezpečnostnímu, ale například i běžnému indikačnímu či ovládacímu PLC systému pro potřeby optické či akustické indikace vzniklého stavu.

Bezpečnostní E-STOP tlačítka lze vzhledem k výše uvedeným variantám sice použít přímo pro deaktivaci pohonu, například vypnutím napětí napájení ovládacích kontaktů stykače silové napájecí větve elektromotoru, ale pokud je požadavek dosažení bezpečnostní úrovně od kategorie 2 (úrovně PL d) je pak prakticky vždy nutné použít bezpečnostní relé, například výrobků německých společností Leuze a Wieland (například viz článek TEST - Bezpečnostní relé Leuze MSI-SR5B). Bezpečnostní relé navíc ve většině případů již poskytují i možnost použití zpětné kontrolní vazby E-STOP tlačítek, kterou se provádí zpětnovazební kontrola správné funkce tlačítek i jejich připojovacích vedení, které je samozřejmě součastí jejich funkce. Ze speciálního výstupu bezpečnostního relé se generuje pro napájení E-STOP tlačítek víceúrovňové nebo pulsní napětí (signál), čímž pak bezpečnostní relé pozná, zda místo rozepnutí kontaktu jen například nedošlo k vypnutí napájecího napětí či odpojení vodičů, nebo v případě 2-kanálového redundantního zapojení zda nedošlo ke zkratu mezi vodiči či odpojení vodičů kanálů. Mimo to obecná výhoda tohoto přístupu je, že při zapojení E-STOP tlačítka do bezpečnostního relé (nebo bezpečnostního PLC) dle některého konkrétního doporučeného zapojení uvedeného v jeho manuálu, máte předem zajištěnu určitou bezpečnostní úroveň / kategorii bez nutnosti složitého "počítání".

Samozřejmě výhoda redundantního dvoukanálového provedení (provedení se dvěma rozpínacími kontakty) je v detekci funkce (slepení) jedno z kontaktů, tedy stavu, kdy sice je mechanicky stisknuto (aktivováno) tlačítko, ale jeden kontakt se vlivem poruchy nerozpojí. Nejen, že díky tomu bezpečnostní relé zareaguje a zařízení vypne, ale navíc neumožní zpětné uvedení do provozu ani po mechanickém odaretování tlačítka a signalizuje poruchu a nutnost opravy. Některá bezpečnostní relé i monitorují maximální možné zpoždění rozepnutí kontaktů obou kanálů, čímž i účinně hlídají mechanický přenos stisku ovládacího prvku (houby) tlačítka na mechanismus elektrických kontaktů.

To vše má vliv na dosažení maximální úrovně zabezpečení PL celého stroje dle normy ČSN EN ISO 13849-1. Samozřejmě ne vždy je nutné dosáhnout co nejvyšší úrovně. To závisí na nebezpečnosti pohybů samotného stroje vzhledem k lidské obsluze (viz článek Analýza a odhad rizik bezpečnosti strojů). Samozřejmě vyšší úroveň zabezpečení je výhodnější pro obsluhu stroje, ale na druhou stranu zvyšuje cenu zařízení.

Je možné sériové zapojení více nouzových tlačítek?

Samozřejmě čistě z pohledu elektrického zapojení je sériové zapojení rozpínacích kontaktů bezpečnostních tlačítek bezproblémové. Z pohledu bezpečnostního, např. z pohledu normy EN ISO 13849-1, je to již složitější. Sériové zapojení E-STOP tlačítek totiž snižuje bezpečnostní úroveň celého bezpečnostního systému. Je to logické, když vezmeme v potaz, že prakticky sériovým zapojením více tlačítek, kde každé má definovanou nějakou hodnotu selhání B10d, tak v součtu pravděpodobnost selhání zvyšujeme a tím pak snižuje celkovou bezpečnostní úroveň PL.

Počet sériově řazených bezpečnostních prvků je omezen vždy v rámci požadované úrovně vlastností PL. Dle ČSN EN ISO 13 849-1 volíte kategorii zapojení (např. kat 3.) požadovaná úroveň vlastností bude pravděpodobně d nebo c. Max. počet sériově řazených prvků definuje tabulka 11 strana 42 v ČSN EN ISO 13 849-1.

Například pokud se zapojí tlačítko E-STOP + bezpečnostní relé + dvojice sériově zapojených stykačů (uvažovány jako 1 blok bezpečnostního systému SRP/CS), a každý z těchto bloků bude dosahovat úrovně PL e, pak výsledná hodnota bude PL e. Přidáním 1 bloku tlačítka E-STOP degradujete výslednou úroveň z PL e na PL d. V případě výchozí kat. 3 a PL d, je pak vhodné, v případě použití více sériově řazených prvků, použít nějaký výpočetní program (např. software Sistema) na ověření výsledné hodnoty PL. Při nižších úrovních PL pak totiž přidání dalšího E-STOP tlačítka již může, ale nemusí způsobit snížení úrovně PL. Ideální je tedy samostatné připojení jednoho nouzového tlačítka na jeden vstup bezpečnostního relé.

Závěr

Tlačítko nouzového zastavení představuje absolutní základ alespoň pro základní bezpečnost strojů. Sice samo o sobě nijak uživatele a obsluhu zařízení nechrání, ale umožňuje včasnou aktivací významně snížit následky nebezpečné situace. V jeho případě je tak hlavním parametrem jednotný a všeobecně známý vzhled a spolehlivost funkce.

Výrobců nouzových tlačítek je poměrně velké množství. I když na první pohled vypadají velmi podobně, je při osobním kontaktu s nimi dost často významný rozdíl v kvalitě provedení. Kvalita výroby zvláště německých výrobců je stále významně vyšší než například výrobců z Číny. Mezi takové výrobce lze například jmenovat společnost Leuze electronic GmbH nebo Wieland Electric GmbH . Jejich široký sortiment prvků a komponent pro zajištění bezpečnosti nejen průmyslových strojů pak v ČR zastupuje a prodává společnost Schmachtl CZ s.r.o.