作者：Rolf Horn

　　功能安全對于當今的工業(yè)系統(tǒng)至關重要，即使在遇到錯誤或故障時也能保證機器和流程的安全運行。繼電器模塊通過提供可靠的電路調(diào)節(jié)機制，在確保功能安全方面發(fā)揮著關鍵作用。本文重點介紹魏德米勒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，強調(diào)了它們的基本特性，并為最佳選擇和使用提供了指導。

　　滿足功能安全需求

　　機電繼電器通常用于用低功率信號控制高功率電路。它們起到開關的作用，根據(jù)輸入信號的狀態(tài)允許或阻止電流通過。繼電器模塊用于功能安全應用，以確?？煽康貓?zhí)行關鍵安全功能并將潛在危險降至最低。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，需要多個獨立組件來執(zhí)行相同的安全關鍵功能。繼電器模塊經(jīng)常進行冗余配置，以確保即使一個繼電器發(fā)生故障，系統(tǒng)也能繼續(xù)安全運行。

　　故障安全設計：繼電器模塊通常設計為在安全狀態(tài)下發(fā)生故障;如果繼電器發(fā)生故障或斷電，它將默認進入確保系統(tǒng)安全的狀態(tài)。例如，調(diào)節(jié)機器緊急停止的電路中的繼電器故障應導致立即停止。

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

　　可靠性和堅固性：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、溫度波動和機械應力，使其適合在要求苛刻的工業(yè)環(huán)境中使用。

　　低延遲：在安全關鍵型應用中，響應時間至關重要。在需要快速響應時間以確保人員和設備安全的應用中，繼電器模塊是首選。

　　在功能安全應用中實施繼電器模塊時，必須考慮幾個因素，首先是標準合規(guī)性。這確保了功能安全應用中使用的繼電器模塊符合相關的安全標準和認證。

　　歐洲電工標準化委員會 (CENELEC) 開發(fā)了 EN 61810 系列，該系列專注于機電基本繼電器。該系列包含多個標準，每個標準都針對特定的繼電器品種和應用而定制。 EN 61810-3 是這些標準之一，其 A 型變體具有特別重要的意義。

　　安全繼電器

　　EN 61810-3 A 類標準適用于采用特定設計和構造技術的基本繼電器，以保證常開 (NO) 觸點不能處于與常閉 (NC) 觸點相同的位置。這些繼電器專門采用強制引導觸點構建，符合標準，能夠用于自我監(jiān)控、安全相關的控制系統(tǒng)。

　　強制引導觸點通過機械方式連接，以確保 NC 打開觸點和 NO 閉合觸點在出現(xiàn)諸如由電弧引起的觸點微焊接(“繼電器粘連”)等情況時不會同時閉合。

　　圖 1 顯示了該安全機制的一個實際示例，該示例涉及具有 3 個常開觸點和 1 個常閉觸點的魏德米勒安全繼電器模塊。如圖所示，所有桿都通過桿機械連接，防止獨立移動。

　　如果 NC 觸點被焊接，則在繼電器通電期間，所有 NO 觸點都無法閉合。同樣，如果任何 NO 觸點被焊接，則在繼電器斷電期間，NC 觸點無法閉合。與特殊電路相結合，可檢測開路故障。這是確保人和機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。 (來源：魏德米勒)

　　安全繼電器能夠在機器和系統(tǒng)上可靠地實施安全功能，以監(jiān)控緊急停止按鈕信號、光幕、安全門開關等。工廠發(fā)生緊急情況時需要快速響應。應使用“通電至安全”(ETS) 協(xié)議來打開警報器、警示燈或冷卻系統(tǒng)，而應遵循“斷電至安全”(DTS) 程序來關閉電機或緊急停止閥。使用具有冗余觸點的繼電器可保證安全相關應用的激活和停用符合 IEC62061 和 SIL 3 標準。

　　不符合安全標準的開關繼電器在重復使用后，其金屬觸點可能會熔焊。即使操作員點擊緊急停止按鈕，機器也會繼續(xù)在不安全的模式下運行。操作員和機器都存在風險。根據(jù)國家和國際安全要求的規(guī)定，未經(jīng)安全認證的繼電器不能用于有潛在危險的機械或裝置。

　　由于安全性和可靠性的提高，具有正向驅(qū)動觸點的繼電器越來越受歡迎。具有強制驅(qū)動觸點的繼電器模塊采用冗余電路和機制作為其主要技術。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)。這種冗余對于安全性和可靠性很重要的應用至關重要。

　　這些繼電器模塊的可靠性和安全性使其適合各種應用，例如：

　　工業(yè)自動化

　　醫(yī)療設備

　　發(fā)電及配電

　　電信

　　運輸

　　在這些類型的繼電器中，主觸點和輔助觸點機械連接，輔助觸點的位置可用于確定主觸點在電源電路中的位置。因此，即使接觸器的線圈已斷電，也可以確定接觸器是否仍保持閉合狀態(tài)(由于觸點粘連)。如果電源極觸點被焊接，則機械連接可防止線圈斷電時打開的輔助觸點閉合。

　　魏德米勒的 SAFESERIES 繼電器模塊

　　在電氣工程領域，安全性和可靠性至關重要。這種對精度和可靠性的執(zhí)著造就了先進組件的誕生，例如魏德米勒具有強制驅(qū)動觸點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的重大進步，在廣泛的應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得到積極驅(qū)動的技術，這意味著它們以受控且可靠的方式在打開和關閉狀態(tài)之間轉換。無論繼電器或控制電路故障如何，該機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 觸點擴展符合 EN 61810-3 A 類標準，由具有強制引導觸點的繼電器組成。因此，它們特別適合在涉及人員和機器安全的應用中進行信號監(jiān)控。

　　SAFESERIES 由四個獨立的可插拔繼電器組成，帶有匹配的螺絲插座，具有以下觸點版本：

　　2 個常開 + 2 個常閉

　　3 個常開 + 1 個常閉

　　4 個常開 + 2 個常閉

　　3 個常開 + 3 個常閉

　　如果應用程序按照 EN/ISO 13849-1 標準進行設計，則可以實現(xiàn)應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 的安全應用，從而實現(xiàn) SIL 3 級安全完整性。

　　圖 2 顯示了封裝在適合 DIN 導軌應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 個常開觸點和 1 個常閉觸點，帶有 24 V DC ±10% 線圈。該設備可以通過施加 20 mA 的線圈額定直流電流、250 V AC的額定開關電壓和額定連續(xù)電流為 6 A 的 AgSnO 鍍金觸點來通電。在負載側，最大開關電壓電壓為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)和用于保護的續(xù)流二極管。開關延遲小于20毫秒，器件壽命為10 x 106 個開關周期。

　　圖 2：Weidmüller 的 2759070000 SAFESERIES 繼電器模塊。 (來源：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 個常開觸點和 1 個常閉觸點，具有強制引導觸點，適用于通用應用，并具有通孔安裝。

　　圖 3：Weidmüller 的 2759030000 SAFESERIES 繼電器模塊。 (來源：DigiKey)

　　結論

　　繼電器模塊是功能安全系統(tǒng)中的重要組件，因為它們可確?？煽康目刂撇?zhí)行基本職責。由于其堅固性、故障安全設計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別的應用中。如果正確使用并符合適用標準，繼電器模塊將為工業(yè)和汽車系統(tǒng)的整體安全性和可靠性做出重大貢獻。繼電器模塊隨著技術的進步而不斷發(fā)展和壯大，增加了越來越復雜的功能，以滿足不斷增長的功能安全要求。