Sporirea siguranței funcționale cu modulele de relee

Siguranța funcțională este esențială pentru sistemele industriale actuale, garantând funcționarea sigură a utilajelor și proceselor chiar și atunci când apar erori sau defecțiuni. Modulele de relee au un rol cheie în garantarea siguranței funcționale, oferind un mecanism fiabil de reglare a circuitelor electrice. Acest articol, care pune accentul pe familia de produse SAFESERIES de la Weidmüller, examinează importanța modulelor de relee în contextul siguranței funcționale, subliniind caracteristicile esențiale ale acestora și furnizând orientări pentru o selecție și o utilizare optime.

Îndeplinirea cerințelor de siguranță funcțională

Releele electromecanice sunt utilizate în mod obișnuit pentru a controla circuitele electrice de mare putere cu semnale de mică putere. Acestea funcționează ca întrerupătoarele, permițând sau împiedicând trecerea curentului în funcție de starea unui semnal de intrare. Modulele de relee sunt utilizate în aplicațiile de siguranță funcțională pentru a garanta că funcțiile critice de siguranță sunt îndeplinite în mod sigur și că pericolele potențiale sunt reduse la minimum. Câteva dintre cele mai importante aspecte ale modulelor de relee în siguranța funcțională sunt următoarele:

• Redundanță: Redundanța este unul dintre principiile fundamentale ale siguranței funcționale, ce necesită ca mai multe componente independente să îndeplinească aceeași funcție critică de siguranță. Modulele de relee sunt frecvent configurate în mod redundant pentru a se asigura că un sistem poate continua să funcționeze în siguranță chiar dacă un releu se defectează.
• Proiectare cu auto-protecție: Modulele de relee sunt de obicei proiectate pentru a rămâne sigure chiar și dacă se defectează; dacă un releu se defectează sau își pierde alimentarea, acesta va reveni la o stare implicită ce garantează siguranța sistemului. De exemplu, un releu defect într-un circuit care reglează oprirea de urgență a unui utilaj ar trebui să determine o oprire imediată.
• Diagnosticare și monitorizare: Integrate în modulele avansate de relee, aceste capacități permit sistemului să detecteze defectele sau disfuncționalitățile releului și să inițieze răspunsurile adecvate, cum ar fi alarmele de defecțiune sau comutarea la un releu redundant.
• Fiabilitate și robustețe: Modulele de relee sunt bine cunoscute pentru durabilitatea și fiabilitatea lor. Acestea pot rezista la condiții extreme de mediu, fluctuații de temperatură și stres mecanic, ceea ce le face potrivite pentru utilizarea în medii industriale solicitante.
• Latență scăzută: În aplicațiile critice de siguranță, timpul de răspuns este extrem de important. Modulele de relee sunt recomandate în aplicațiile în care sunt necesari timpi de răspuns rapizi pentru a garanta siguranța personalului și a echipamentelor.

Atunci când se implementează module de relee în aplicații de siguranță funcțională, trebuie luate în considerare mai multe aspecte, începând cu conformitatea cu standardele. Acest lucru garantează că modulele de relee utilizate în aplicațiile de siguranță funcțională respectă standardele și certificările de siguranță relevante.

Comitetul European pentru Standardizare în Electrotehnică (CENELEC) a elaborat seria EN 61810, care pune accentul pe releele electromecanice elementare. Seria cuprinde mai multe standarde, fiecare dintre ele fiind adaptată la anumite feluri de relee și aplicații. EN 61810-3 este unul dintre aceste standarde, iar varianta sa de tip A este deosebit de importantă.

Relee de siguranță

Standardul EN 61810-3 tip A se aplică releelor elementare care încorporează tehnici specifice de proiectare și construcție pentru a garanta că contactele normal deschise (NO) nu pot ajunge în aceeași poziție ca și contactele normal închise (NC). Aceste relee, construite în mod special cu contacte ghidate forțat pentru a respecta standardul, pot fi utilizate în sisteme de control de siguranță cu auto-monitorizare.

Contactele cu ghidare forțată sunt legate mecanic pentru a garanta că contactele de deschidere NC și contactele de închidere NO nu se închid niciodată simultan în prezența, de exemplu, a unei micro-sudări a contactelor cauzată de arcul electric („lipirea releului”).

Un exemplu practic al acestui mecanism de siguranță este prezentat în Figura 1, care se referă la un modul de releu de siguranță Weidmüller cu 3 contacte NO și 1 contact NC. După cum se vede în imagine, toți polii sunt conectați mecanic printr-o bară, împiedicând mișcarea independentă.

În cazul în care contactul NC este sudat, niciunul dintre contactele NO nu se poate închide în timpul alimentării releului. În mod similar, dacă oricare dintre contactele NO se sudează, în timpul scoaterii de sub tensiune a releului, contactul NC nu se poate închide. Disfuncționalitățile la deschidere se detectează în combinație cu un circuit special. Acesta este cel mai sigur mod de a garanta siguranța maximă a persoanelor și a utilajelor.

Figura 1: Diagrama unui modul de releu de siguranță Weidmüller. (Sursa: Weidmüller)

Releele de siguranță permit implementarea fiabilă a funcțiilor de siguranță pe utilaje și sisteme pentru a monitoriza semnalele butoanelor de oprire de urgență, barierele luminoase, întrerupătoarele de siguranță ale ușilor și multe altele. În cazul unei situații de urgență într-o fabrică este nevoie de un răspuns rapid. Protocolul „energized to safe” (ETS) trebuie utilizat pentru a porni sirenele, luminile de avertizare sau sistemele de răcire, în timp ce procedura „de-energized to safe” (DTS) trebuie urmată pentru oprirea motoarelor sau a supapelor de oprire de urgență. Activarea și dezactivarea aplicațiilor legate de siguranță, în conformitate cu IEC62061 și SIL 3, sunt garantate cu ajutorul releelor cu contacte redundante.

După o utilizare repetată, contactele metalice ale unui releu de comutare care nu respectă standardele de siguranță se pot suda. Chiar dacă operatorul apasă pe butonul de oprire de urgență, utilajul va continua să funcționeze într-un mod nesigur. Există un risc atât pentru operator, cât și pentru utilaj. Releele care nu sunt certificate ca fiind sigure nu pot fi utilizate la utilaje sau instalații potențial periculoase, așa cum prevăd cerințele naționale și internaționale de siguranță.

Datorită siguranței și fiabilității lor sporite, releele cu contacte cu acționare pozitivă sunt din ce în ce mai populare. Modulele de relee cu contacte acționate pozitiv utilizează circuite și mecanisme redundante ca tehnologie principală. Aceste caracteristici redundante sunt concepute pentru a garanta că releul rămâne într-o stare sigură chiar dacă circuitul de control sau releul însuși se defectează. Această redundanță este esențială pentru aplicațiile în care siguranța și fiabilitatea sunt importante.

Caracteristicile de fiabilitate și siguranță ale acestor module de relee le fac potrivite pentru o varietate de aplicații, cum ar fi:

• Automatizare industrială
• Dispozitive medicale
• Producția și distribuția de energie electrică
• Telecomunicații
• Transport

La aceste tipuri de relee, cu contactele principale și auxiliare conectate mecanic, poziția contactelor auxiliare poate fi utilizată pentru a determina poziția contactelor principale în circuitul de putere. Prin urmare, este posibil să se determine dacă contactorul a rămas închis (din cauza lipirii contactului), chiar dacă bobina acestuia a fost scoasă de sub tensiune. Dacă un contact al polului de putere este sudat, conexiunea mecanică împiedică închiderea contactului auxiliar deschis atunci când bobina este scoasă de sub tensiune.

Modulele de releu SAFESERIES de la Weidmüller

În domeniul ingineriei electrice, siguranța și fiabilitatea sunt de cea mai mare importanță. Această dedicare pentru precizie și fiabilitate a dus la crearea unor componente avansate, cum ar fi modulele de relee conectabile de la Weidmüller, care dispun de contacte acționate pozitiv. Aceste module de relee inovatoare reprezintă un progres semnificativ în tehnologie, oferind siguranță, eficiență și flexibilitate sporite într-o gamă largă de aplicații.

La baza acestor module de relee se află o tehnologie care garantează că contactele sunt acționate pozitiv, ceea ce înseamnă că acestea trec de la starea deschisă la cea închisă într-un mod controlat și sigur. Acest mecanism exclude posibilitatea unei funcționări neintenționate a contactului, indiferent de defecțiunile releului sau ale circuitului de control. În consecință, releul rezultat acordă prioritate siguranței fără a sacrifica performanța.

Extensia de contacte SAFESERIES de la Weidmüller este conformă cu EN 61810-3 tip A, fiind alcătuită din relee care au contacte ghidate forțat. Din acest motiv, ele sunt deosebit de potrivite pentru monitorizarea semnalelor în aplicații care implică atât siguranța oamenilor, cât și a utilajelor.

Produsele SAFESERIES sunt alcătuite din patru relee conectabile separate cu socluri filetate potrivite în următoarele versiuni de contact:

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

Obținerea celui mai înalt nivel de performanță PL „e” pentru o aplicație este posibilă dacă aceasta a fost proiectată în conformitate cu standardul EN/ISO 13849-1. Componenta fundamentală poate fi, de asemenea, utilizată pentru aplicații de siguranță în conformitate cu IEC/EN 62061, ceea ce permite atingerea nivelurilor SIL 3 de integritate a siguranței.

Figura 2 prezintă modulul releului de siguranță 2759070000 de la Weidmüller inclus într-un ansamblu adecvat pentru aplicații pe șină DIN. Acesta este un releu cu 4 poziții, de uz general, cu 3 contacte NO și 1 contact NC cu o bobină de 24 V_c.c. ±10%. Dispozitivul poate fi alimentat prin aplicarea unui curent continuu de 20 mA la bobină, cu o tensiune de comutare nominală de 250 V_c.a. și contacte din AgSnO placate cu aur, care sunt proiectate pentru un curent continuu de 6 A. Pe partea de sarcină, tensiunea maximă de comutare este de 400 V_c.a. și 250 V_c.c. După cum se arată în diagrama din Figura 1, releul integrează un indicator de stare (led verde) și o diodă de protecție cu rotire liberă. Întârzierea la pornire și oprire este mai mică de 20 ms, iar durata de funcționare a dispozitivului este de 10 x 10⁶ cicluri de comutare.

Figura 2: Modulul de relee 2759070000 SAFESERIES de la Weidmüller. (Sursa: DigiKey)

Un alt produs din gama SAFESERIES, releul industrial miniatural 2759030000, este prezentat în Figura 3. Având 3 contacte NO și 1 contact NC, acest releu cu contacte ghidate forțat este potrivit pentru aplicații generale și poate fi montat prin orificii.

Figura 3: Modulul de relee 2759030000 SAFESERIES de la Weidmüller. (Sursa: DigiKey)

Concluzie

Modulele de relee sunt componente esențiale în sistemele de siguranță funcțională, deoarece asigură un control de încredere și îndeplinesc sarcini esențiale. Datorită robusteții lor, designului cu autoprotecție și compatibilității cu redundanța, acestea sunt frecvent selectate pentru a fi utilizate în aplicații în care se solicită cel mai înalt nivel de siguranță. Modulele de relee au o contribuție substanțială la siguranța și fiabilitatea generală a sistemelor industriale și auto atunci când sunt utilizate în mod corespunzător și în conformitate cu standardele aplicabile. Modulele de relee continuă să se dezvolte și să crească odată cu progresele tehnologice, adăugând caracteristici din ce în ce mai complexe pentru a îndeplini cerințele tot mai mari de siguranță funcțională.