Øget funktionel sikkerhed med relæmoduler

Funktionel sikkerhed er afgørende for nutidens industrielle systemer og garanterer sikker drift af maskiner og processer, selv når de konfronteres med fejl eller funktionsfejl. Relæmoduler spiller en nøglerolle i at sikre funktionel sikkerhed ved at tilbyde en pålidelig mekanisme til regulering af elektriske kredsløb. Denne artikel, der fokuserer på Weidmüllers SAFESERIES-produktfamilie, undersøger vigtigheden af relæmoduler i forbindelse med funktionel sikkerhed, fremhæver deres væsentlige egenskaber og giver retningslinjer for optimal udvælgelse og anvendelse.

Opfyldelse af funktionelle sikkerhedsbehov

Elektromekaniske relæer bruges almindeligvis til at styre elektriske kredsløb med høj effekt ved brugen af lav effekt signaler. De fungerer som kontakter, der tillader eller forhindrer strømgennemgang afhængigt af et indgangssignals status. Relæmoduler bruges i funktionelle sikkerhedsapplikationer til at sikre, at kritiske sikkerhedsfunktioner udføres pålideligt, og at potentielle farer minimeres. Følgende er nogle af de vigtigste aspekter ved relæmoduler i funktionel sikkerhed:

• Redundans: Redundans er et af de grundlæggende principper for funktionel sikkerhed, der kræver flere uafhængige komponenter til at udføre den samme sikkerhedskritisk funktion. Relæmoduler er ofte konfigureret redundant for at sikre, at et system kan fortsætte med at fungere sikkert, selv hvis et relæ svigter.
• Fejlsikkert design: Relæmoduler er typisk designet til at fungere i en sikker tilstand; hvis et relæ svigter eller mister strøm, vil det som standard skifte til en tilstand, der sikrer systemets sikkerhed. For eksempel bør et fejlramt relæ i et kredsløb, der regulerer nødstop af en maskine, resultere i et øjeblikkeligt stop.
• Diagnostik og overvågning: Disse funktioner er integreret i avancerede relæmoduler og gør det muligt for systemet at opdage defekter eller funktionsfejl i relæet og iværksætte de relevante reaktioner, såsom fejlalarmer eller skift til et redundant relæ.
• Pålidelighed og robusthed: Relæmoduler er velkendte for deres holdbarhed og pålidelighed. De kan modstå ekstreme miljøforhold, temperatursvingninger og mekanisk belastning, hvilket gør dem velegnede til brug i krævende industrielle miljøer.
• Lav latenstid: I sikkerhedskritiske applikationer er responstiden yderst vigtigt. I anvendelser, hvor der kræves hurtige reaktionstider for at garantere sikkerheden for personale og udstyr, er relæmoduler foretrukket.

Når man implementerer relæmoduler i funktionelle sikkerhedsapplikationer, skal man tage flere hensyn først og fremmest til overholdelse af standarder. Det sikrer, at de relæmoduler, der bruges i funktionelle sikkerhedsapplikationer, overholder de relevante sikkerhedsstandarder og certificeringer.

Den Europæiske Komité for Elektroteknisk Standardisering (CENELEC) har udviklet EN 61810-serien, som koncentrerer sig om elektromekaniske elementærrelæer. Serien består af flere standarder, der hver især er skræddersyet til specifikke relævarianter og anvendelser. EN 61810-3 er en af disse standarder, og dens type-A variant er af særlig betydning.

Sikkerhedsrelæer

EN 61810-3 Type-A standarden gælder for elementære relæer, der indeholder specifikke design- og konstruktionsteknikker for at garantere, at de normalt åbne (Normally-open/NO) kontakter ikke kan indtage samme position som de normalt lukkede (Normally-closed/NC) kontakter. Disse relæer, der er specielt bygget med tvangsstyrede kontakter for at overholde standarden, har evnen til at blive brugt i selvovervågende, sikkerhedsrelaterede kontrolsystemer.

Tvangsstyrede kontakter er mekanisk forbundet for at sikre, at NC-åbningskontakterne og NO-lukningskontakterne aldrig lukker samtidigt, hvis der f.eks. opstår en mikrosvejsning af kontakterne forårsaget af lysbuer ("hængende relæ").

Et praktisk eksempel på denne sikkerhedsmekanisme vises i figur 1, der henviser til et Weidmüller-sikkerhedsrelæmodul med 3 NO-kontakter og 1 NC-kontakt. Som det ses på billedet, er alle poler forbundet mekanisk via en stang, hvilket forhindrer uafhængig bevægelse.

Hvis NC-kontakten er svejset, kan ingen af NO-kontakterne lukke under relæets spændingssætning. På samme måde kan NC-kontakten ikke lukke, hvis en af NO-kontakterne er svejset, når relæet frakobles. I kombination med et særligt kredsløb registreres funktionsfejl i åbningen. Det er den mest pålidelige måde at sikre maksimal sikkerhed for mennesker og maskiner.

Figur 1: Diagram over et Weidmüller-sikkerhedsrelæmodul. (Kilde: Weidmüller)

Sikkerhedsrelæer muliggør pålidelig implementering af sikkerhedsfunktioner på maskiner og systemer til overvågning af nødstopsignaler, lysgardiner, sikkerhedsdørkontakter og meget mere. Der er brug for en hurtig reaktion i tilfælde af en nødsituation på et anlæg. Protokollen "sikker, når aktiveret” (energized to safe/ETS) bør bruges til at tænde for sirener, advarselslamper eller kølesystemer, mens proceduren "sikker, når deaktiveret” (de-energized to safe/DTS) bør følges for at slukke for motorer eller nødstopventiler. IEC62061- og SIL 3-kompatibel aktivering og deaktivering af sikkerhedsrelaterede applikationer garanteres ved hjælp af relæer med redundante kontakter.

Efter gentagen brug kan metalkontakterne i et koblingsrelæ, der ikke overholder sikkerhedsstandarderne, blive svejset sammen. Selv hvis operatøren trykker på nødstopknappen, vil maskinen fortsætte med at køre i en usikker tilstand. Der er risiko for både operatøren og maskinen. Relæer, der ikke er certificeret som sikre, må ikke bruges på potentielt farlige maskiner eller installationer, som der kræves af nationale og internationale sikkerhedskrav.

På grund af deres øgede sikkerhed og pålidelighed bliver relæer med positivt drevne kontakter mere og mere populære. Relæmoduler med positivt drevne kontakter anvender redundante kredsløb og mekanismer som deres primære teknologi. Disse redundante funktioner er designet til at sikre, at relæet forbliver i en sikker tilstand, selv hvis kontrolkredsløbet eller selve relæet svigter. Denne redundans er afgørende for applikationer, hvor sikkerhed og pålidelighed er vigtig.

Pålideligheden og sikkerheden i disse relæmoduler gør dem velegnede til en lang række anvendelser, f.eks:

• Industriel automatisering
• Medicinsk udstyr
• Elproduktion og -distribution
• Telekommunikation
• Transport

I disse typer relæer, hvor hoved- og hjælpekontakterne er mekanisk forbundne, kan hjælpekontakternes position bruges til at bestemme hovedkontakternes position i strømkredsen. Derfor er det muligt at afgøre, om kontaktoren er forblevet lukket (på grund af hængende kontakt), selv om spolen har været strømløs. Hvis en polkontakt er svejset sammen, forhindrer den mekaniske forbindelse den åbne hjælpekontakt i at lukke, når spolen er strømløs.

Weidmüllers SAFESERIES relæmoduler

Inden for elektroteknik er sikkerhed og pålidelighed af allerstørste betydning. Denne dedikation til præcision og pålidelighed har resulteret i udviklingen af avancerede komponenter som Weidmüllers tilslutningsbare relæmoduler, der har positivt drevne kontakter. Disse innovative relæmoduler repræsenterer et betydeligt fremskridt inden for teknologi og giver forbedret sikkerhed, effektivitet og fleksibilitet i en lang række anvendelser.

Kernen i disse relæmoduler er en teknologi, der garanterer, at kontakterne er positivt drevet, hvilket betyder, at de skifter mellem åben og lukket tilstand på en kontrolleret og pålidelig måde. Denne mekanisme udelukker muligheden for utilsigtet kontaktaktivering, uanset fejl i relæ eller styrekredsløb. Derfor prioriterer det resulterende relæ sikkerhed uden at gå på kompromis med ydeevnen.

Weidmüllers SAFESERIES-kontaktudvidelse er i overensstemmelse med EN 61810-3 Type-A, der består af relæer med tvangsstyrede kontakter. Derfor er de særligt velegnede til signalovervågning i applikationer, der handler om sikkerhed for både mennesker og maskiner.

SAFESERIES består af fire separate tilslutningsbare relæer med matchende skruesokler i følgende kontaktversioner:

• 2 NO + 2 NC
• 3 NO + 1 NC
• 4 NO + 2 NC
• 3 NO + 3 NC

Det er muligt at opnå det højeste præstationsniveau, PL 'e', for en anvendelse, hvis den er designet i overensstemmelse med standarden EN/ISO 13849-1. Den grundlæggende komponent kan også bruges til sikkerhedsapplikationer i overensstemmelse med IEC/EN 62061, som gør det muligt at opnå SIL 3-niveauer af sikkerhedsintegritet.

Figur 2 viser Weidmüllers 2759070000 sikkerhedsrelæmodul indkapslet i en samling, der er egnet til DIN-skinneapplikationer. Det er et 4-positions relæ til generelle formål med 3 NO-kontakter og 1 NC-kontakt med en 24 V_DC ±10 % spole. Enheden kan aktiveres ved at tilføre spolen en nominel jævnstrøm på 20 mA ved en nominel koblingsspænding på 250 V_AC og AgSnO-guldbelagte kontakter, der er godkendt til en kontinuerlig strøm på 6 A. På belastningssiden er den maksimale koblingsspænding 400 V_AC og 250 V_DC. Som det fremgår af diagrammet i figur 1, indeholder relæet en statusindikator (grøn LED) og en frihjulsdiode til beskyttelse. Tænd- og slukforsinkelsen er mindre end 20 ms, og enhedens levetid er 10 x 10⁶ koblingscyklusser.

Figur 2: Weidmüllers 2759070000 SAFESERIES-relæmodul. (Kilde: DigiKey)

Et andet produkt fra SAFESERIES, miniature-industrirelæet 2759030000, vises i figur 3. Dette relæ med 3 NO-kontakter og 1 NC-kontakt og tvangsstyrede kontakter er velegnet til generelle formål og er udført til montering i gennemgående huller.

Figur 3: Weidmüllers 2759030000 SAFESERIES-relæmodul. (Kilde: DigiKey)

Konklusion

Relæmoduler er vigtige komponenter i funktionelle sikkerhedssystemer, fordi de sikrer pålidelig styring og udfører vigtige opgaver. På grund af deres robusthed, fejlsikre design og kompatibilitet med redundans vælges de ofte til brug i applikationer, hvor det højeste sikkerhedsniveau er påkrævet. Relæmoduler yder et væsentligt bidrag til den overordnede sikkerhed og pålidelighed i industrielle systemer og bilsystemer, når de anvendes korrekt og i overensstemmelse med gældende standarder. Relæmoduler fortsætter med at udvikle sig og vokse i takt med de teknologiske fremskridt og tilføjer stadig mere komplekse funktioner for at opfylde de stadigt stigende krav til funktionel sikkerhed.