Bedre funksjonssikkerhet med relémoduler

Funksjonssikkerhet er avgjørende for dagens industrielle systemer, og garanterer sikker drift av maskiner og prosesser selv når de konfronteres med feil eller funksjonssvikt. Relémoduler påtar seg en viktig rolle for å sikre funksjonssikkerhet ved å tilby en pålitelig mekanisme for regulering av elektriske kretser. Denne artikkelen, som fokuserer på Weidmüller SAFESERIES-produktfamilien, ser nærmere på viktigheten av relémoduler i forbindelse med funksjonssikkerhet, fremhever deres vesentlige egenskaper og gir retningslinjer for optimal nyttiggjørelse og bruk.

Oppfylle behovene for funksjonssikkerhet

Elektromekaniske reléer brukes ofte til å styre elektriske høyeffektkretser med laveffektsignaler. De fungerer som brytere, og tillater eller hindrer passasje av strøm avhengig av statusen til et inngangssignal. Relémoduler brukes i funksjonssikkerhetskonstruksjoner for å sikre at kritiske sikkerhetsfunksjoner utføres pålitelig og potensielle farer minimeres. Noen av de viktigste aspektene ved relémoduler innen funksjonssikkerhet, er som følger:

• Redundans: Redundans er et av de grunnleggende prinsippene for funksjonssikkerhet, som krever at flere uavhengige komponenter utfører den samme sikkerhetskritiske funksjonen. Relémoduler konfigureres ofte redundant for å sikre at et system kan fortsette å fungere trygt selv om ett relé svikter.
• Feilsikker konstruksjon: Relémoduler er vanligvis utformet for å fungere i en sikker tilstand. Hvis et relé svikter eller mister strøm, vil det som standard gå til en tilstand som garanterer systemets sikkerhet. For eksempel bør et sviktet relé i en krets som regulerer nødstoppen til en maskin, resultere i umiddelbar stans.
• Diagnostikk og overvåking: Disse funksjonene er integrert i avanserte relémoduler, og gjør det mulig for systemet å oppdage defekter eller feilfunksjoner i reléet og initiere egnede responser, for eksempel feilalarmer eller veksling til et redundant relé.
• Pålitelighet og robusthet: Relémoduler er kjent for sin holdbarhet og pålitelighet. De tåler ekstreme miljøforhold, temperatursvingninger og mekanisk stress, noe som gjør dem egnet for bruk i krevende industrielle omgivelser.
• Lav latenstid: I sikkerhetskritiske konstruksjoner er latenstid svært viktig. I konstruktører der det kreves raske responstider for å ivareta sikkerheten til personell og utstyr, foretrekkes relémoduler.

Ved implementering av relémoduler i funksjonssikkerhetskonstruksjoner, må flere hensyn tas, først og fremst overholdelse av standarder. Dette sikrer at relémodulene som brukes i funksjonssikkerhetskonstruksjoner overholder relevante sikkerhetsstandarder og sertifiseringer.

Den europeiske komitéen for elektroteknisk standardisering (CENELEC – The European Committee for Electrotechnical Standardization) utviklet EN 61810-serien, som fokuserer på elektromekanisk elementære reléer. Serien består av flere standarder, der hver av disse er skreddersydd for spesifikke relévarianter og bruksområder. EN 61810-3 er en av disse standardene, og type A-varianten er av spesiell betydning.

Sikkerhetsreléer

EN 61810-3 Type A-standarden gjelder elementære reléer som inkorporerer spesifikke design- og konstruksjonsteknikker for å garantere at de normalt åpne (NO – normally open) kontaktene ikke kan innta samme posisjon som de normalt lukkede (NC – normally closed) kontaktene. Disse reléene, som er spesielt bygget med tvangsstyrte kontakter for å overholde standarden, har evnen til å brukes i selvovervåkende, sikkerhetsrelaterte styringssystemer.

Tvangsstyrte kontakter er mekanisk forbundet for å sikre at NC-kontakter og NO-kontakter aldri lukkes samtidig i nærvær av, for eksempel, en mikrosveising av kontaktene forårsaket av lysbuedannelse.

Et praktisk eksempel på denne sikkerhetsmekanismen er vist i figur 1, som henviser til en Weidmüller-sikkerhetsrelémodul med 3 NO-kontakter og 1 NC-kontakt. Som vist på bildet, er alle polene mekanisk forbundet gjennom en stang, noe som forhindrer uavhengig bevegelse.

Hvis NC-kontakten er sveiset sammen, kan ingen av NO-kontaktene lukkes under reléets spenningssetting. På samme måte, hvis noen av NO-kontaktene sveises, kan ikke NC-kontakten lukkes under reléets deaktivering. I kombinasjon med en spesialkrets, detekteres funksjonsfeil under åpningen. Dette er den mest pålitelige måten å sikre maksimal sikkerhet for mennesker og maskiner.

Figur 1: Skjema over en sikkerhetsrelémodul fra Weidmüller. (Bildekilde: Weidmüller)

Sikkerhetsreléer muliggjør pålitelig implementering av sikkerhetsfunksjoner på maskiner og systemer for å overvåke signaler for nødstoppknapp, lysgardiner, sikkerhetsdørbrytere, med mer. Rask respons er nødvendig i tilfelle det skulle oppstå en nødsituasjon i et anlegg. Protokollen «strømsatt til trygg» (ETS – energized to safe) bør brukes til å slå på sirener, varsellamper eller kjølesystemer, mens prosedyren «strømløs til trygg» (DTS – de-energized to safe) bør følges for å slå av motorer eller nødstoppventiler. IEC62061- og SIL 3-kompatibel aktivering og deaktivering av sikkerhetsrelaterte konstruksjoner er garantert ved å bruke reléer med redundante kontakter.

Etter gjentatt bruk kan metallkontaktene i et vekslingsrelé som ikke er i samsvar med sikkerhetsstandardene, sveises sammen. Selv om operatøren klikker på nødstoppknappen, vil maskinen fortsette å fungere i en usikker modus. Dette er en risiko for både operatøren og maskinen. Reléer som ikke er sertifisert som sikre, kan ikke brukes på potensielt farlige maskiner eller installasjoner, slik som er pålagt av nasjonale og internasjonale sikkerhetskrav.

På grunn av deres økte sikkerhet og pålitelighet, blir reléer med positivt drevne kontakter stadig mer populære. Relémoduler med positivt drevne kontakter benytter redundante kretser og mekanismer som sin hovedteknologi. Disse redundante funksjonene er utformet for å sikre at reléet forblir i en sikker tilstand selv om styringskretsen eller selve reléet svikter. Denne redundansen er viktig for konstruksjoner der sikkerhet og pålitelighet er viktig.

Pålitelighets- og sikkerhetsfunksjonene til disse relémodulene gjør dem egnet for en rekke bruksområder, for eksempel:

• Industriautomatisering
• Medisinsk utstyr
• Strømproduksjon og -distribusjon
• Telekommunikasjon
• Transport

I disse relétypene, der hoved- og hjelpekontaktene er mekanisk tilkoblet, kan posisjonen til hjelpeapparatene brukes til å fastsette posisjonen til hovedkontaktene i strømkretsen. Derfor er det mulig å fastslå om kontaktoren har vært lukket (på grunn av kontaktklebing) selv om spolen har vært strømfri. Hvis en strømstangkontakt er sveiset sammen, vil den mekaniske tilkoblingen hindre at den åpne hjelpekontakten lukkes når spolen er frakoblet.

SAFESERIES-relémoduler fra Weidmüller

Sikkerhet og pålitelighet er svært viktig innen elektroteknikk. Denne dedikasjonen til presisjon og pålitelighet har resultert i etableringen av avanserte komponenter som Weidmüllers pluggbare relémoduler med positivt drevne kontakter. Disse innovative relémodulene representerer et betydelig skritt fremover innen teknologi, og tilbyr økt sikkerhet, effektivitet og fleksibilitet i et bredt spekter av bruksområder.

Kjernen i disse relémodulene er en teknologi som garanterer at kontaktene er positivt drevne, noe som betyr at de veksler mellom åpne og lukkede tilstander på en kontrollert og pålitelig måte. Denne mekanismen utelukker muligheten for utilsiktet kontaktfunksjon, uavhengig av relé eller styringskretsfeil. Derfor prioriterer det resulterende reléet sikkerhet uten å ofre ytelsen.

Weidmüllers SAFESERIES-kontaktutvidelse er i samsvar med EN 61810-3 Type A, som består av reléer med tvangsstyrte kontakter (forcibly guided). På grunn av dette, er de spesielt godt egnet for signalovervåking i konstruksjoner som er involvert sikkerheten til både mennesker og maskiner.

SAFESERIES består av fire separate pluggbare reléer med samsvarende skruekontakter i følgende kontaktversjoner:

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

Det er mulig å oppnå det høyeste ytelsesnivået på PL ‘e’ for en konstruksjon hvis den er konstruert i samsvar med EN/ISO 13849-1-standarden. Den grunnleggende komponenten kan også brukes til sikkerhetskonstruksjoner i samsvar med IEC/EN 62061, som gjør det mulig å oppnå SIL 3-nivåer for sikkerhetsintegritet.

Figur 2 viser sikkerhetsrelémodulen 2759070000 fra Weidmüller som er innkapslet i en sammensetning som er egnet for bruk med DIN-skinne. Det er et 4-posisjons relé for generelle formål, med 3 NO-kontakter og 1 NC-kontakt og en spole på 24 V_DC ±10%. Enheten kan aktiveres ved å påføre en spole-klassifisert likestrøm på 20 mA med en nominell vekslingsspenning på 250 V_AC og AgSnO gullbelagte kontakter som er klassifisert for en kontinuerlig strøm på 6 A. På lastsiden er den maksimale vekslingsspenningen 400 V_AC og 250 V_DC. Som vist i skjemaet i figur 1, integrerer reléet en statusindikator (grønn lysdiode) og en friløpsdiode for beskyttelse. Inn- og utkoblingsforsinkelsen er mindre enn 20 ms, og enhetens levetid er 10 x 10⁶ vekslingssykluser.

Figur 2: SAFESERIES 2759070000-relémodulen fra Weidmüller. (Kilde: DigiKey)

Et annet produkt fra SAFESERIES, miniatyr-industrireléet 2759030000, vises i figur 3. Med 3 NO-kontakter og 1 NC-kontakt er dette reléet med tvangsstyrte kontakter egnet for generelle formål, og det kan hullmonteres.

Figur 3: SAFESERIES 2759030000-relémodulen fra Weidmüller. (Kilde: DigiKey)

Konklusjon

Relémoduler er viktige komponenter i systemer for funksjonssikkerhet, fordi de sikrer pålitelig styring og utfører viktige oppgaver. På grunn av deres robusthet, feilsikre konstruksjon og kompatibilitet med redundans, velges de ofte for bruk i konstruksjoner der det høyeste sikkerhetsnivået er påkrevd. Relémoduler gir et betydelig bidrag til den generelle sikkerheten og påliteligheten til industri- og kjøretøysystemer når de brukes på riktig måte og i samsvar med gjeldende standarder. Relémoduler fortsetter å utvikle seg og vokse sammen med teknologiske fremskritt, og legger til stadig mer komplekse funksjoner for å tilfredsstille de stadig økende kravene til funksjonssikkerhet.