作者：Rolf Horn

　　功能安全對(duì)于當(dāng)今的工業(yè)系統(tǒng)至關(guān)重要，即使在遇到錯(cuò)誤或故障時(shí)也能保證機(jī)器和流程的安全運(yùn)行。繼電器模塊通過(guò)提供可靠的電路調(diào)節(jié)機(jī)制，在確保功能安全方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。本文重點(diǎn)介紹魏德米勒SAFESERIES 產(chǎn)品系列，探討了繼電器模塊在功能安全方面的重要性，強(qiáng)調(diào)了它們的基本特性，并為最佳選擇和使用提供了指導(dǎo)。

　　滿(mǎn)足功能安全需求

　　機(jī)電繼電器通常用于用低功率信號(hào)控制高功率電路。它們起到開(kāi)關(guān)的作用，根據(jù)輸入信號(hào)的狀態(tài)允許或阻止電流通過(guò)。繼電器模塊用于功能安全應(yīng)用，以確保可靠地執(zhí)行關(guān)鍵安全功能并將潛在危險(xiǎn)降至最低。繼電器模塊在功能安全方面的一些最重要的方面如下：

　　冗余：冗余是功能安全的基本原則之一，需要多個(gè)獨(dú)立組件來(lái)執(zhí)行相同的安全關(guān)鍵功能。繼電器模塊經(jīng)常進(jìn)行冗余配置，以確保即使一個(gè)繼電器發(fā)生故障，系統(tǒng)也能繼續(xù)安全運(yùn)行。

　　故障安全設(shè)計(jì)：繼電器模塊通常設(shè)計(jì)為在安全狀態(tài)下發(fā)生故障;如果繼電器發(fā)生故障或斷電，它將默認(rèn)進(jìn)入確保系統(tǒng)安全的狀態(tài)。例如，調(diào)節(jié)機(jī)器緊急停止的電路中的繼電器故障應(yīng)導(dǎo)致立即停止。

　　診斷和監(jiān)控：這些功能集成到先進(jìn)的繼電器模塊中，使系統(tǒng)能夠檢測(cè)繼電器中的缺陷或故障并啟動(dòng)適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，例如故障警報(bào)或切換到冗余繼電器。

　　可靠性和堅(jiān)固性：繼電器模塊以其耐用性和可靠性而聞名。它們可以承受極端的環(huán)境條件、溫度波動(dòng)和機(jī)械應(yīng)力，使其適合在要求苛刻的工業(yè)環(huán)境中使用。

　　低延遲：在安全關(guān)鍵型應(yīng)用中，響應(yīng)時(shí)間至關(guān)重要。在需要快速響應(yīng)時(shí)間以確保人員和設(shè)備安全的應(yīng)用中，繼電器模塊是首選。

　　在功能安全應(yīng)用中實(shí)施繼電器模塊時(shí)，必須考慮幾個(gè)因素，首先是標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性。這確保了功能安全應(yīng)用中使用的繼電器模塊符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證。

　　歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) (CENELEC) 開(kāi)發(fā)了 EN 61810 系列，該系列專(zhuān)注于機(jī)電基本繼電器。該系列包含多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都針對(duì)特定的繼電器品種和應(yīng)用而定制。 EN 61810-3 是這些標(biāo)準(zhǔn)之一，其 A 型變體具有特別重要的意義。

　　安全繼電器

　　EN 61810-3 A 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)適用于采用特定設(shè)計(jì)和構(gòu)造技術(shù)的基本繼電器，以保證常開(kāi) (NO) 觸點(diǎn)不能處于與常閉 (NC) 觸點(diǎn)相同的位置。這些繼電器專(zhuān)門(mén)采用強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)構(gòu)建，符合標(biāo)準(zhǔn)，能夠用于自我監(jiān)控、安全相關(guān)的控制系統(tǒng)。

　　強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)通過(guò)機(jī)械方式連接，以確保 NC 打開(kāi)觸點(diǎn)和 NO 閉合觸點(diǎn)在出現(xiàn)諸如由電弧引起的觸點(diǎn)微焊接(“繼電器粘連”)等情況時(shí)不會(huì)同時(shí)閉合。

　　圖 1 顯示了該安全機(jī)制的一個(gè)實(shí)際示例，該示例涉及具有 3 個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和 1 個(gè)常閉觸點(diǎn)的魏德米勒安全繼電器模塊。如圖所示，所有桿都通過(guò)桿機(jī)械連接，防止獨(dú)立移動(dòng)。

　　如果 NC 觸點(diǎn)被焊接，則在繼電器通電期間，所有 NO 觸點(diǎn)都無(wú)法閉合。同樣，如果任何 NO 觸點(diǎn)被焊接，則在繼電器斷電期間，NC 觸點(diǎn)無(wú)法閉合。與特殊電路相結(jié)合，可檢測(cè)開(kāi)路故障。這是確保人和機(jī)器最大安全的最可靠方法。

　　圖 1：魏德米勒安全繼電器模塊圖。 (來(lái)源：魏德米勒)

　　安全繼電器能夠在機(jī)器和系統(tǒng)上可靠地實(shí)施安全功能，以監(jiān)控緊急停止按鈕信號(hào)、光幕、安全門(mén)開(kāi)關(guān)等。工廠發(fā)生緊急情況時(shí)需要快速響應(yīng)。應(yīng)使用“通電至安全”(ETS) 協(xié)議來(lái)打開(kāi)警報(bào)器、警示燈或冷卻系統(tǒng)，而應(yīng)遵循“斷電至安全”(DTS) 程序來(lái)關(guān)閉電機(jī)或緊急停止閥。使用具有冗余觸點(diǎn)的繼電器可保證安全相關(guān)應(yīng)用的激活和停用符合 IEC62061 和 SIL 3 標(biāo)準(zhǔn)。

　　不符合安全標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)繼電器在重復(fù)使用后，其金屬觸點(diǎn)可能會(huì)熔焊。即使操作員點(diǎn)擊緊急停止按鈕，機(jī)器也會(huì)繼續(xù)在不安全的模式下運(yùn)行。操作員和機(jī)器都存在風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)國(guó)家和國(guó)際安全要求的規(guī)定，未經(jīng)安全認(rèn)證的繼電器不能用于有潛在危險(xiǎn)的機(jī)械或裝置。

　　由于安全性和可靠性的提高，具有正向驅(qū)動(dòng)觸點(diǎn)的繼電器越來(lái)越受歡迎。具有強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)觸點(diǎn)的繼電器模塊采用冗余電路和機(jī)制作為其主要技術(shù)。這些冗余功能旨在確保即使控制電路或繼電器本身發(fā)生故障，繼電器也能保持在安全狀態(tài)。這種冗余對(duì)于安全性和可靠性很重要的應(yīng)用至關(guān)重要。

　　這些繼電器模塊的可靠性和安全性使其適合各種應(yīng)用，例如：

　　工業(yè)自動(dòng)化

　　醫(yī)療設(shè)備

　　發(fā)電及配電

　　電信

　　運(yùn)輸

　　在這些類(lèi)型的繼電器中，主觸點(diǎn)和輔助觸點(diǎn)機(jī)械連接，輔助觸點(diǎn)的位置可用于確定主觸點(diǎn)在電源電路中的位置。因此，即使接觸器的線(xiàn)圈已斷電，也可以確定接觸器是否仍保持閉合狀態(tài)(由于觸點(diǎn)粘連)。如果電源極觸點(diǎn)被焊接，則機(jī)械連接可防止線(xiàn)圈斷電時(shí)打開(kāi)的輔助觸點(diǎn)閉合。

　　魏德米勒的 SAFESERIES 繼電器模塊

　　在電氣工程領(lǐng)域，安全性和可靠性至關(guān)重要。這種對(duì)精度和可靠性的執(zhí)著造就了先進(jìn)組件的誕生，例如魏德米勒具有強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)觸點(diǎn)的可插拔繼電器模塊。這些創(chuàng)新的繼電器模塊代表了技術(shù)的重大進(jìn)步，在廣泛的應(yīng)用中提供了更高的安全性、效率和靈活性。

　　這些繼電器模塊的核心是一種確保觸點(diǎn)得到積極驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，這意味著它們以受控且可靠的方式在打開(kāi)和關(guān)閉狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。無(wú)論繼電器或控制電路故障如何，該機(jī)制都可以排除意外接觸操作的可能性。因此，最終的繼電器在不犧牲性能的情況下優(yōu)先考慮安全性。

　　魏德米勒的 SAFESERIES 觸點(diǎn)擴(kuò)展符合 EN 61810-3 A 類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，由具有強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)的繼電器組成。因此，它們特別適合在涉及人員和機(jī)器安全的應(yīng)用中進(jìn)行信號(hào)監(jiān)控。

　　SAFESERIES 由四個(gè)獨(dú)立的可插拔繼電器組成，帶有匹配的螺絲插座，具有以下觸點(diǎn)版本：

　　2 個(gè)常開(kāi) + 2 個(gè)常閉

　　3 個(gè)常開(kāi) + 1 個(gè)常閉

　　4 個(gè)常開(kāi) + 2 個(gè)常閉

　　3 個(gè)常開(kāi) + 3 個(gè)常閉

　　如果應(yīng)用程序按照 EN/ISO 13849-1 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，則可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的最高性能水平 PL 'e'。該基本組件還可用于符合 IEC/EN 62061 的安全應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn) SIL 3 級(jí)安全完整性。

　　圖 2 顯示了封裝在適合 DIN 導(dǎo)軌應(yīng)用的組件中的魏德米勒2759070000安全繼電器模塊。它是一款 4 位通用繼電器，具有 3 個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和 1 個(gè)常閉觸點(diǎn)，帶有 24 V DC ±10% 線(xiàn)圈。該設(shè)備可以通過(guò)施加 20 mA 的線(xiàn)圈額定直流電流、250 V AC的額定開(kāi)關(guān)電壓和額定連續(xù)電流為 6 A 的 AgSnO 鍍金觸點(diǎn)來(lái)通電。在負(fù)載側(cè)，最大開(kāi)關(guān)電壓電壓為400V交流和250V直流。如圖1所示，繼電器集成了狀態(tài)指示燈(綠色LED)和用于保護(hù)的續(xù)流二極管。開(kāi)關(guān)延遲小于20毫秒，器件壽命為10 x 106 個(gè)開(kāi)關(guān)周期。

　　圖 2：Weidmüller 的 2759070000 SAFESERIES 繼電器模塊。 (來(lái)源：DigiKey)

　　SAFESERIES 的另一款產(chǎn)品2759030000微型工業(yè)繼電器如圖 3 所示。該繼電器具有 3 個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)和 1 個(gè)常閉觸點(diǎn)，具有強(qiáng)制引導(dǎo)觸點(diǎn)，適用于通用應(yīng)用，并具有通孔安裝。

　　圖 3：Weidmüller 的 2759030000 SAFESERIES 繼電器模塊。 (來(lái)源：DigiKey)

　　結(jié)論

　　繼電器模塊是功能安全系統(tǒng)中的重要組件，因?yàn)樗鼈兛纱_?？煽康目刂撇?zhí)行基本職責(zé)。由于其堅(jiān)固性、故障安全設(shè)計(jì)以及與冗余的兼容性，它們經(jīng)常被選擇用于需要最高安全級(jí)別的應(yīng)用中。如果正確使用并符合適用標(biāo)準(zhǔn)，繼電器模塊將為工業(yè)和汽車(chē)系統(tǒng)的整體安全性和可靠性做出重大貢獻(xiàn)。繼電器模塊隨著技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展和壯大，增加了越來(lái)越復(fù)雜的功能，以滿(mǎn)足不斷增長(zhǎng)的功能安全要求。