Förbättrad funktionssäkerhet med relämoduler

Funktionssäkerhet är avgörande i dagens industriella system och garanterar säker drift av maskiner och processer även när de drabbas av fel eller funktionsstörningar. Relämoduler spelar en viktig roll för funktionssäkerheten genom att erbjuda en tillförlitlig mekanism för reglering av elektriska kretsar. Artikeln, som fokuserar på produktfamiljen SAFESERIES FRÅN Weidmüller, undersöker relämodulernas betydelse för funktionell säkerhet, belyser deras väsentliga egenskaper och ger riktlinjer för bästa val och användning.

Att uppfylla krav på funktionssäkerhet

Elektromekaniska reläer används ofta för att styra elektriska kretsar med hög effekt, via signaler med låg effekt. De fungerar som omkopplare och släpper igenom eller blockerar strömmen beroende på statusen för en insignal. Relämoduler används i funktionssäkerhetstillämpningar för att säkerställa att viktiga säkerhetsfunktioner utförs på ett tillförlitligt sätt och att potentiella faror minimeras. Några av relämodulernas viktigaste aspekter för funktionssäkerhet är följande:

• Redundans: Redundans är en av de grundläggande principerna för funktionssäkerhet och innebär att flera oberoende komponenter ska utföra samma säkerhetskritiska funktion. Relämoduler är ofta redundant konfigurerade för att garantera att ett system kan fortsätta att fungera på ett säkert sätt även om ett relä fallerar.
• Felsäker konstruktion: Relämoduler är vanligtvis konstruerade för att sluta fungera i ett säkert tillstånd. Om ett relä går sönder eller blir strömlöst, kommer det att återgå till ett tillstånd som garanterar systemets säkerhet. Exempelvis, bör ett trasigt relä i en krets som reglerar nödstopp av en maskin medföra ett omedelbart stopp.
• Diagnostik och övervakning: Dessa funktioner är integrerade i avancerade relämoduler och gör att systemet kan upptäcka defekter eller funktionsfel i reläet och initiera lämpliga åtgärder, som t.ex. fellarm eller växling till ett redundant relä.
• Tillförlitlighet och stabilitet: Relämoduler är välkända för sin hållbarhet och tillförlitlighet. De tål extrema miljöförhållanden, temperaturväxlingar och mekanisk belastning, vilket gör dem lämpliga för användning i krävande industrimiljöer.
• Låg latens: I säkerhetskritiska tillämpningar är svarstiden av yttersta vikt. I tillämpningar där snabba svarstider krävs för att garantera säkerheten för personal och utrustning är relämoduler att föredra.

Vid implementering av relämoduler i tillämpningar för funktionssäkerhet måste flera överväganden göras, till att börja med överensstämmelse med standarder. Det garanterar att de relämoduler som används i tillämpningar för funktionssäkerhet uppfyller relevanta säkerhetsstandarder och certifieringar.

Den europeiska kommittén för elektroteknisk standardisering (CENELEC) har utvecklat standarden EN 61810, som fokuserar på elektromekaniska elementarreläer. Standarden består av flera delar, var och en anpassad för specifika relämodeller och tillämpningar. EN 61810-3 är en av dessa standarder, och dess typ A-variant är av särskild betydelse.

Säkerhetsreläer

Standarden EN 61810-3 typ A gäller för elementarreläer med en specifik design och konstruktionsteknik för att garantera att de normalt brutna (NO) kontakterna inte kan inta samma position som de normalt slutna (NC) kontakterna. Dessa reläer, som är särskilt konstruerade med tvångsstyrda kontakter för att uppfylla standarden, har egenskaper för användning i självövervakande, säkerhetsrelaterade styrsystem.

De tvångsstyrda kontakterna är mekaniskt sammankopplade för att säkerställa att de normalt slutna kontakterna och de normalt brutna kontakterna aldrig sluts samtidigt, t.ex. vid en mikrosvetsning av kontakterna orsakad av ljusbågar ("fastsvetsning").

Ett praktiskt exempel på denna säkerhetsmekanism visas i figur 1, som refererar till en säkerhetsrelämodul med tre normalt brutna kontakter och en normalt sluten kontakt från Weidmüller. Som framgår av bilden är alla poler mekaniskt sammankopplade via en stång, vilket förhindrar oberoende lägesförändring.

Om den normalt slutna kontakten är fastsvetsad kan ingen av de normalt brutna kontakterna slutas när reläet spänningssätts. På motsvarande sätt kan inte den normalt slutna kontakten sluta om någon av de normalt brutna kontakterna är fastsvetsade, när spänningen försvinner från reläets spole. I kombination med en särskild krets upptäcks funktionsfel i öppningen. Detta är det mest tillförlitliga sättet att garantera maximal säkerhet för människa och maskin.

Bild 1: Diagram över en säkerhetsrelämodul från Weidmüller. (Källa: Weidmüller)

Säkerhetsreläer möjliggör tillförlitlig implementering av säkerhetsfunktioner på maskiner och system för att övervaka signaler från nödstopp, ljusridåer, brytare för säkerhetsdörrar, m.m. Vid en nödsituation i en anläggning krävs snabba åtgärder. Arbetssättet "säker vid spänningssatt" (ETS) ska användas för att slå på sirener, varningsljus eller kylsystem, medan proceduren "säker vid spänningslös" (DTS) ska användas för att stänga av motorer eller nödstoppsventiler. Aktivering och inaktivering av säkerhetsrelaterade tillämpningar i enlighet med IEC62061 och SIL 3 garanteras med hjälp av reläer med redundanta kontakter.

Efter upprepad användning kan metallkontakterna i ett omkopplingsrelä som inte uppfyller säkerhetsnormerna svetsas fast. Även om operatören trycker på nödstoppet fortsätter maskinen att köras i ett osäkert läge. Då uppstår risker för både operatören och maskinen. Reläer som inte är certifierade som säkra får inte användas i potentiellt farliga maskiner eller installationer, i enlighet med nationella och internationella säkerhetsbestämmelser.

Reläer med positivt styrda kontakter blir allt populärare tack vare deras ökade säkerhet och tillförlitlighet. Relämoduler med positivt styrda kontakter använder redundanta kretsar och mekanismer som sin huvudsakliga teknik. Dessa redundanta funktioner är konstruerade för att säkerställa att reläet förblir i ett säkert tillstånd även om styrkretsen eller själva reläet fallerar. Denna redundans är nödvändig i tillämpningar där säkerhet och tillförlitlighet är viktiga.

Relämodulernas tillförlitlighet och säkerhet gör dem lämpliga för en mängd olika tillämpningar, t.ex:

• Industriautomation
• Medicintekniska produkter
• Kraftproduktion och distribution
• Telekommunikation
• Transport

I dessa typer av reläer, där huvud- och hjälpkontakterna är mekaniskt anslutna, kan hjälpkontakternas läge användas för att bestämma huvudkontakternas läge i strömkretsen. Därför är det möjligt att avgöra om kontaktorn har förblivit stängd (på grund av att kontakten har fastnat) trots att spolen har gjorts spänningslös. Om en polkontakt är fastsvetsad förhindrar den mekaniska anslutningen att den öppna hjälpkontakten sluts när spolen är spänningslös.

Relämoduler i SAFESERIES från Weidmüller

Inom elektroteknik är säkerhet och tillförlitlighet av yttersta vikt. Detta engagemang för precision och tillförlitlighet har resulterat i skapandet av avancerade komponenter som Weidmüllers inkopplingsbara relämoduler med positivt styrda kontakter. Dessa innovativa relämoduler innebär ett stort tekniskt framsteg, och ger ökad säkerhet, effektivitet och flexibilitet i en mängd olika tillämpningar.

Kärnan i relämodulerna är en teknik som garanterar att kontakterna är positivt styrda, vilket innebär att de växlar mellan brutet och slutet läge på ett kontrollerat och tillförlitligt sätt. Mekanismen utesluter risken för oavsiktlig kontaktmanövrering, oavsett om det finns fel i relä eller styrkrets. Följaktligen prioriterar reläet säkerhet utan att göra avkall på prestanda.

Weidmüllers kontaktförlängning SAFESERIES uppfyller EN 61810-3 Typ A och består av reläer med tvångsstyrda kontakter. Därför lämpar de sig särskilt väl för signalövervakning i tillämpningar där det är viktigt att skydda både människor och maskiner.

SAFESERIES består av fyra separata inkopplingsbara reläer med matchande skruvuttag i följande kontaktversioner:

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

Det är möjligt att uppnå den högsta prestandanivån PL "e" för en tillämpning om den har utformats i enlighet med standarden EN/ISO 13849-1. Den grundläggande komponenten kan även användas för säkerhetstillämpningar i enlighet med IEC/EN 62061, vilket gör det möjligt att uppnå säkehetsintegritet på SIL 3-nivå.

Bild 2 visar säkerhetsrelämodulen 2759070000 från Weidmüller monterad i en kapsling som är lämplig för tillämpningar med DIN-skena. Det är ett relä med fyra positioner för allmänt bruk med tre normalt brutna kontakter och en normalt sluten kontakt och spole på 24 V_DC ±10 %. Enheten kan spänningssättas med en likström klassificerad för spolar på 20 mA med en märkspänning på 250 V_AC och guldpläterade AgSnO-kontakter som är klassificerade för en kontinuerlig ström på 6 A. På lastsidan är den maximala omkopplingsspänningen 400 V_AC och 250 V_DC. Som framgår av schemat i figur 1 innehåller reläet en statusindikering (grön lysdiod) och en backdiod för skydd. Fördröjningen vid till- och frånkoppling är mindre än 20 ms, och enhetens livslängd är 10 x 10⁶ omkopplingscykler.

Figur 2: Relämodulen 2759070000 i SAFESERIES från Weidmüller. (Källa: DigiKey)

En annan produkt i SAFESERIES, det industriella miniatyrreläet 2759030000, visas i figur 3. Med tre normalt brutna kontakter och en normalt sluten kontakt är detta relä med tvångsstyrda kontakter lämpligt för allmänna tillämpningar och har genomgående hålmontering.

Figur 3: Relämodulen 2759030000 i SAFESERIES från Weidmüller. (Källa: DigiKey)

Sammanfattning

Relämoduler är viktiga komponenter i system för funktionssäkerhet eftersom de säkerställer tillförlitlig styrning och utför viktiga uppgifter. Tack vare sin stabilitet, felsäkra konstruktion och redundanskompatibilitet väljs de ofta för användning i tillämpningar där den högsta säkerhetsnivån krävs. Relämoduler bidrar väsentligt till den övergripande säkerheten och tillförlitligheten i industri- och fordonssystem när de används på rätt sätt och i enlighet med tillämpliga standarder. Relämoduler fortsätter att utvecklas och växa i takt med den tekniska utvecklingen, med allt mer komplicerade funktioner för att uppfylla de ständigt ökande kraven på funktionell säkerhet.