Meningkatkan Keamanan Peralatan Rumah Tangga dengan Standar IEC

Artikel ini membahas standar IEC 60730 Kelas B untuk keselamatan fungsional guna mengatasi desain mekanik dan listrik pada peralatan. Pelajari apa yang diperlukan standar dan pengontrol untuk membantu memenuhi standar ini.

Banyak peralatan menyederhanakan aktivitas harian atau periodik di rumah dan membantu pengguna melakukannya secara konsisten dan dengan tekanan minimal. Ketika mereka bekerja dengan benar, mereka hebat. Namun, jika terjadi kegagalan, beberapa peralatan dapat menjadi sangat tidak aman dan menyebabkan masalah besar termasuk kebakaran.

Untuk memastikan bahwa keselamatan dirancang untuk peralatan, International Electrotechnical Commission (IEC) menciptakan standar IEC 60730 Kelas B untuk keselamatan fungsional untuk menangani desain mekanik dan elektrik yang telah disetujui oleh Underwriters Laboratories juga. Memberikan pengalaman pengguna yang lebih aman untuk kompor dan kompor serta peralatan binatu dan banyak lagi, sirkuit terpadu layar sentuh (IC) baru telah dirancang dengan keamanan fungsional bawaan yang telah disertifikasi untuk memenuhi standar ini.

Mencegah Masalah Peralatan yang Serius

National Fire Prevention Association (NFPA), sebuah organisasi nirlaba internasional, dalam laporan NFPA Research-nya menyatakan bahwa kompor atau kompor terlibat dalam 62% kebakaran yang dilaporkan terjadi di rumah. Faktanya, laporan tersebut secara khusus mengidentifikasi, “Masakan tanpa pengawasan adalah penyebab utama kebakaran dan korban memasak.”

Juga, menurut NFPA Research, kompor atau kompor adalah penyebab utama (46%) kematian yang disebabkan oleh peralatan memasak dari tahun 2013 hingga 2017. Sumber lain, Administrasi Kebakaran AS (USFA), bagian dari Darurat Federal Departemen Keamanan Dalam Negeri AS Badan Manajemen (FEMA), melaporkan data yang lebih baru dari 2018 (hanya untuk AS) tetapi masih memasak sebagai penyebab utama kebakaran perumahan, lihat Gambar 1.

Gambar 1. Memasak adalah penyebab utama kebakaran bangunan tempat tinggal yang mengakibatkan cedera di AS pada tahun 2018. Sumber:Administrasi Kebakaran AS.

Sejak Sistem Pelaporan Insiden Kebakaran Nasional (NFIRS) USFA diperkenalkan pada tahun 1999, kebakaran yang dilaporkan terjadi di rumah terus meningkat, terlepas dari kemajuan teknis yang signifikan yang telah dibuat di banyak area lain. Jelas, menangani aspek keamanan kompor dan kompor harus menjadi tujuan produsen alat untuk membantu mengurangi angka-angka ini.

Peraturan Keselamatan untuk Keselamatan Fungsional pada Peralatan

Menyadari kebutuhan akan keselamatan internal pada peralatan, International Electrotechnical Commission (IEC) mengembangkan IEC 60730-1 yang berlaku untuk kontrol listrik otomatis “untuk digunakan di, pada, atau terkait dengan peralatan untuk rumah tangga dan penggunaan serupa.” Meskipun awalnya dirilis pada tahun 1986, dokumen tersebut telah mengalami peningkatan dan perubahan berkala dengan yang terbaru terjadi pada bulan April 2020. Underwriters Laboratories (UL) juga telah memberikan cap persetujuan pada standar tersebut.

Alasan di balik keselamatan fungsional adalah bahwa semua sistem elektronik dan mekanik pada akhirnya akan gagal. Karena kegagalan tidak dapat dirancang, hal terbaik berikutnya adalah memastikan bahwa ketika sesuatu gagal, itu gagal dengan cara yang aman dari kegagalan. Tiga kelas keselamatan diidentifikasi dalam IEC/UL 60730 dengan Kelas A untuk produk yang tidak dimaksudkan untuk diandalkan untuk aspek keselamatan dan Kelas C untuk produk yang dimaksudkan untuk mencegah bahaya khusus.

Di antaranya, klasifikasi IEC/UL 60730 Kelas B atau hanya Kelas B mencakup peralatan rumah tangga utama, seperti kompor/kompor, mesin cuci, pengering, mesin pencuci piring, lemari es, dan freezer. Kelas B membahas perangkat lunak dan fungsi kontrol yang dimaksudkan untuk mencegah bahaya jika terjadi kesalahan pada peranti. Ini berlaku untuk pemutus termal, kunci pintu otomatis, dan fungsi lain yang menghentikan pengoperasian peralatan memasak dan binatu jika muncul kondisi yang tidak aman. Di AS dan Eropa, sertifikasi Kelas B sekarang diwajibkan pada semua peralatan memasak dengan fungsi pembersihan sendiri, dan pada peralatan binatu untuk kontrol yang terkait dengan mekanisme penguncian otomatis pintu.

Pendekatan Peralatan yang Ada untuk Keselamatan

Untuk mengatasi masalah keamanan pada peralatan baik di dapur maupun ruang cuci, solusi historis mengandalkan mikrokontroler (MCU) yang dihubungkan ke tombol, penggeser, dan roda, baik mekanis maupun kapasitif. MCU memiliki perpustakaan perangkat lunak untuk memantau keselamatan dan kesehatan tombol sentuh kapasitif. Saat ini, untuk memenuhi standar ini, peralatan menggunakan layar sentuh kapasitif dengan tombol sentuh kapasitif terpisah yang dikontrol oleh MCU terpisah dengan perpustakaan keselamatan di atasnya.

Beberapa tombol yang merupakan bagian dari antarmuka pengguna sangat penting untuk memungkinkan pengoperasian alat yang aman dan untuk mencegah bahaya seperti kebakaran rumah. Misalnya, peralatan memasak dengan fungsi pembersihan otomatis yang dikirim ke Amerika atau Eropa diperlukan untuk mendukung pengoperasian mode pembersihan otomatis dua sentuhan dan satu sentuhan. Penting untuk dicatat bahwa oven yang membersihkan sendiri mencapai suhu yang sangat tinggi yaitu 900oF (500oC). Item yang disimpan di oven dapat terbakar selama mode ini, jadi IEC/UL 60730 Kelas B mengamanatkan bahwa peralatan dengan fitur ini harus mendukung pengoperasian dua sentuhan dan satu sentuhan.

Alasan di balik persyaratan ini adalah bahwa sentuhan kedua untuk mengaktifkan mode pembersihan otomatis digunakan untuk mendorong pengguna memeriksa ulang apakah mode pembersihan mandiri dapat dimulai dengan aman. Dengan satu sentuhan, misalnya, setelah pengguna mencium bau asap, tombol stop atau cancel digunakan untuk mengakhiri mode ini. Pengoperasian tombol stop yang aman sangat penting untuk keselamatan pengguna. Akibatnya, tombol harus berfungsi dengan andal dan akurat di semua lingkungan. Kebakaran berbahaya dapat dihindari dengan membantu mengakhiri mode pembersihan sendiri secepat mungkin tanpa interaksi beberapa sentuhan.

Pemantauan periferal analog tunggal agak mudah dan mudah dilakukan oleh MCU. Periferal memantau beberapa tombol yang dimultipleks bersama-sama. Satu periferal dapat memindai serangkaian tombol. Sementara fungsi ini dibangun ke dalam mikrokontroler, produsen alat masih harus mengembangkan dan memenuhi syarat fungsi keselamatan dan bertanggung jawab untuk melakukannya.

Pendekatan Baru untuk Keamanan Peralatan

Meskipun keselamatan fungsional telah diterapkan dalam peralatan selama bertahun-tahun, ada opsi untuk memenuhi persyaratan ini sekarang dengan menerapkan prinsip keselamatan klasik ke antarmuka layar sentuh modern. Saat layar sentuh diimplementasikan atau ditingkatkan, ini adalah cara ideal untuk mendesain sertifikasi Kelas B.

Keluarga pengontrol maXTouch ATMXT336UD-MAUHA1 dengan fitur unik terkait keselamatan menghilangkan kebutuhan akan tombol terpisah, jadi mematikan sekarang dapat dilakukan dengan tombol "lunak" di mana saja pada layar sentuh. Sementara kemampuan untuk menghilangkan tombol dan mengurangi biaya dan mempertahankan fungsionalitas yang diperlukan harus menjadi insentif yang cukup bagi produsen alat, antarmuka yang disederhanakan juga harus lebih menarik bagi pengguna. Pendekatan terintegrasi sederhana dan lebih intuitif. Ini juga lebih nyaman karena menghilangkan kekacauan dan biaya tombol terpisah. Mungkin yang lebih penting, fungsi shutdown dapat diubah dalam bahasa alami pengguna untuk globalisasi. Lihat Gambar 2.

Gambar 2. Dengan menempatkan fungsi berhenti darurat di layar sentuh, produsen alat dapat mengizinkan pengguna untuk memilih bahasa yang paling nyaman bagi mereka untuk fungsi berhenti.

Detektor asap memelopori keamanan rumah beberapa dekade yang lalu. Tidak seperti detektor asap, layar sentuh keselamatan fungsional Kelas B dapat memperingatkan dan mengambil tindakan. Ia melakukan fungsi proaktif ini sebelum merasakan asap atau sesuatu di lingkungan tanpa memerlukan interaksi manusia.

Mari kita lihat contoh masalah keamanan yang dapat diselesaikan oleh layar sentuh Kelas B tanpa melibatkan juru masak. Jika panci berat secara tidak sengaja dijatuhkan di atas kompor panas dengan pembakar induktif, dalam banyak kasus, kaca tebal akan melindungi pembakar, tetapi sensor sentuh tipis indium timah oksida (ITO) di bawahnya lebih rapuh dan bisa pecah. Kerusakan ini dapat menyebabkan hilangnya fungsionalitas sentuhan lokal di wilayah tertentu dari layar sentuh atau lebih buruk lagi, seluruh sensor bisa gagal.

Pengontrol dengan monitor Kelas B, secara real-time, kesehatan sensor sentuh secara otomatis. Di latar belakang, saat sensor tidak memindai sentuhan, IC memindai sensor sentuh itu sendiri untuk mencari berbagai jenis kegagalan. Segera setelah kegagalan terdeteksi, seperti retakan pada sensor layar sentuh, pengontrol memberi tahu host central processing unit (CPU) sehingga dapat mematikan burner secara otomatis. Ini akan terjadi tanpa memerlukan intervensi manusia yang menyediakan operasi yang gagal-aman.

Meskipun jenis fungsionalitas ini telah dimungkinkan sebelumnya, host harus memicu atau polling IC layar sentuh untuk input. Sekarang, IC melakukan fungsi ini sendiri dan mendorong pesan ke host setiap kali terjadi masalah. Pesan bus I2C khusus atau pin IO (GPIO) tujuan umum pada IC yang diikat ke pin interupsi pada CPU host sistem secara otomatis memberikan peringatan untuk memulai shutdown. Fungsi keselamatan built-in dan self-actuating menyediakan sarana untuk mencegah beberapa kondisi yang dapat menyebabkan kebakaran dapur. Lihat Gambar 3.

Gambar 3. Dalam aplikasi alat biasa, pengontrol layar sentuh Kelas B dengan mudah terhubung ke CPU host.

Untuk lulus sertifikasi Kelas B, beberapa tes keamanan fungsional dilakukan oleh IC layar sentuh. Salah satu tes kunci adalah tes memori. IC layar sentuh memiliki sedikit RAM dan memori Flash, cukup untuk menjalankan fungsi yang diperlukan dalam aplikasi. Dalam lingkungan tertanam, sistem tertutup tidak menjalankan kode pelanggan apa pun. Untuk memenuhi sertifikasi Kelas B, ada aturan yang menentukan seberapa sering pengujian memori harus dijalankan. Misalnya, rangkaian berjalan 1 dan berjalan 0 berjalan di latar belakang sebagai tes pola untuk memeriksa kegagalan RAM pada IC. Lihat Gambar 4.

Gambar 4. Tes berjalan 1s untuk memori 8-bit secara berurutan memverifikasi setiap bit.

Prosesnya dimulai dengan menguji RAM gratis, memvalidasi bahwa itu baik. Karena sebagian besar dari sejumlah kecil memori diisi dengan data, sebagian dari kode aplikasi kemudian dipindahkan ke bagian yang diuji untuk membebaskan bagian lain dan mengujinya. Proses berlanjut sampai semua RAM diuji. Pengacakan kode aplikasi ini, saat sedang berjalan, memungkinkan semua memori diuji dengan pengujian berurutan.

Mengelola tes ini sendiri adalah proses yang cukup rumit dan itu semua adalah bagian dari IC Kelas B yang secara bersamaan melaporkan peristiwa sentuhan multi-jari secara real-time. Pada lebih besar dari 60 Hz, 60 kali per detik, IC melaporkan sentuhan ke host saat menguji RAM dan menguji sensor di latar belakang. Pengujian serupa dilakukan untuk menguji sel memori penyimpanan kode program flash non-volatil.

Register CPU di pengontrol harus diuji untuk memastikan mereka beroperasi dengan benar. Ini dilakukan dengan membaca dan menyimpan nilai register CPU saat ini dan menyimpan data di register lain yang tidak sedang diuji. Kemudian, register CPU diaktifkan untuk memastikan pengaturan baru tetap ada. Setelah ini, nilai awal dikembalikan. Ini memeriksa untuk memastikan bahwa register CPU dapat disetel dan disetel ulang dengan benar ke nilai yang benar.

Tes jam internal memastikan bahwa jam berjalan dengan benar. Ada berbagai pohon jam di dalam IC dan pengujian menegaskan bahwa mereka sedang dibagi dan berjalan dengan benar. Ini bukan daftar tes yang lengkap tetapi memberikan gambaran tentang jenis tes yang dilakukan oleh IC.

Aspek keamanan lain dari IC baru adalah bahwa bus I2C telah mengalami peningkatan besar untuk komunikasi antara CPU host sistem dan pengontrol sentuh. Komunikasi I2C pada pengontrol sentuh menggunakan dua mekanisme untuk memastikan integritas data yang dikirim ke dan dari perangkat. Mekanisme pertama menggunakan nomor urut. Selain itu, untuk pertama kalinya, cyclic redundancy check (CRC) telah ditambahkan ke bus untuk memeriksa bahwa data korupsi (sedikit error) tidak terjadi.

Karena alat dapat menjadi lingkungan yang bising secara elektrik, ini memastikan bahwa koordinat yang diterima host dapat diandalkan dan tidak rusak dalam pengangkutan. Juga, karena nomor urut telah ditambahkan ke pesan I2C, sekarang, setiap kali koordinat dikirim ke host, host dapat menentukan apakah paket atau paket data terlewatkan dan mengambil tindakan yang sesuai. Dengan konektivitas internet, tuan rumah bahkan dapat diprogram untuk memberi tahu ponsel atau jam tangan pintar pengguna tentang suatu masalah, bahkan jika pengguna tidak di rumah.

Seperti disebutkan sebelumnya, dengan uji keamanan Kelas B standar, kecerdasan tambahan telah ditambahkan ke pengontrol sentuh untuk mengaktifkan fungsi diagnostik mandiri dan sensor secara berkala untuk terus memantau integritas subsistem sentuh. Fitur diagnostik cerdas ini mendukung output sinyal detak jantung ("tetap hidup") yang dapat dikonfigurasi yang dapat dikirim ke host menggunakan pemicu output IO (GPIO) tujuan umum.

Satu item keamanan terakhir. Dengan keamanan fungsional yang sudah memenuhi syarat dalam chip pengaman layar sentuh, proses kualifikasi tingkat sistem pengguna sangat disederhanakan karena perangkat lunak tambahan tidak harus ditulis pada CPU host untuk mengelola keamanan layar sentuh. Hal ini akan memberikan motivasi yang signifikan bagi produsen peralatan untuk menyelidiki dan menerapkan kemampuan baru ini.

Keamanan Ruang Binatu

Kontroler layar sentuh Kelas B dapat menangani situasi keselamatan lain di luar dapur. Misalnya, NFPA menyatakan bahwa pemadam kebakaran A.S. menanggapi perkiraan rata-rata 15.970 kebakaran struktur rumah yang melibatkan pengering pakaian atau mesin cuci setiap tahun. Meskipun ada berbagai penyebab kebakaran ini, desain untuk keselamatan harus membuat penyok yang signifikan dalam jumlah total.

Di ruang cuci, ada persyaratan Kelas B untuk mesin cuci. Peralatan laundry dengan motor berkecepatan tinggi terutama mesin front loading memiliki mekanisme penguncian sehingga pintu tidak terbuka saat mesin beroperasi. Mekanisme penguncian otomatis adalah perangkat elektromekanis yang memastikan bahwa saat mesin dihidupkan, fitur keselamatan dimulai. Jika mekanisme penguncian dikendalikan oleh layar sentuh, maka tombol terpisah, mikrokontroler, dan sensor dapat dihilangkan.

Pengabaian buka kunci pintu manual memungkinkan item ditambahkan atau dihapus setelah mesin cuci atau pengering dimulai, dan juga harus mematuhi keselamatan. Saat ini hukum untuk peralatan binatu di AS dan Eropa, di mana sertifikasi Kelas B diperlukan. Alternatif baru menempatkan semuanya di layar sentuh - dan ini berlaku untuk mesin cuci dan pengering karena aspek pemanasan. Selain itu, pada mesin cuci bukaan depan, sistem perlu dikeringkan sebelum pintu dibuka untuk mencegah banjir. Karena itu adalah salah satu aspek kehidupan mereka yang dapat mereka kendalikan, orang-orang semakin peduli dengan keselamatan.

Meskipun wilayah tertentu mungkin memerlukan sertifikasi Kelas B untuk produk tertentu, setelah produsen alat memenuhi persyaratan itu, ia akan menjual produk dengan fungsi/kemampuan itu ke wilayah lain di dunia dan mempromosikan fungsi keselamatan layar sentuh sebagai keunggulan kompetitif. Ini telah terbukti sangat efektif di masa lalu. Pendekatan ini memungkinkan model global untuk Eropa, Amerika, dan seluruh dunia, sehingga produsen hanya perlu membuat satu jenis alat kelas tersebut.

Menuju Peralatan yang Lebih Aman

Diprakarsai oleh masukan dari pemasok alat terkemuka, desain dan pengembangan pengontrol layar sentuh Kelas B yang diprakarsai pelanggan membutuhkan waktu bertahun-tahun untuk mewujudkannya dari konsep menjadi kenyataan. Itu memiliki umpan balik pelanggan selama seluruh proses untuk menyempurnakan kemampuan Kelas B. Meskipun ini adalah fitur yang pasti ingin ditawarkan oleh pemasok dan pelanggan ingin memiliki peralatan kelas atas, beberapa pembuat peralatan sudah mempertimbangkan keselamatan Kelas B untuk desain tingkat pemula karena semua pelanggan berhak mendapatkan tingkat keamanan tertinggi yang tersedia.

Setelah pembuat alat terbiasa dengan kemampuan baru ini, pengurangan biaya terkait dan telah mensertifikasi alat atau peralatan untuk memenuhi standar Kelas B, mereka dapat mencoba mempertimbangkan untuk menerapkan teknik tersebut pada mesin/peralatan yang tidak wajib untuk mendapatkan keuntungan pemasaran dan diferensiasi merek untuk seluruh jajaran peralatan yang sadar akan keselamatan bagi konsumen yang sadar akan keselamatan. Untuk menghubungkan peralatan dengan manusia dengan aman, pengontrol layar sentuh Kelas B adalah pilihan yang aman untuk oven, rentang, mesin cuci, dan pengering serta mesin pencuci piring, lemari es, kombo oven microwave/konveksi, dan bahkan berbagai lemari asam.

Artikel Industri adalah bentuk konten yang memungkinkan mitra industri untuk berbagi berita, pesan, dan teknologi yang bermanfaat dengan pembaca All About Circuits dengan cara yang tidak sesuai dengan konten editorial. Semua Artikel Industri tunduk pada pedoman editorial yang ketat dengan tujuan menawarkan kepada pembaca berita, keahlian teknis, atau cerita yang bermanfaat. Sudut pandang dan pendapat yang diungkapkan dalam Artikel Industri adalah dari mitra dan belum tentu dari All About Circuits atau penulisnya.