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來(lái)源：DigiKey 作者：Rolf Horn 功能安全對當今的工業(yè)系統至關(guān)重要，即使在出現錯誤或故障時(shí)，也能保證機器和流程的安全運行。繼電器模塊通過(guò)提供可靠的電路調節機制，在確保功能安全方面發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用。本文以 Weidmüller SAFESERIES 產(chǎn)品系列為重點(diǎn)，探討了繼電器模塊在功能安全方面的重要性，重點(diǎn)介紹了繼電器模塊的基本特性，并提供了最優(yōu)選擇和使用指南。 符合功能安全要求 機電繼電器通常用于以小功率信號控制大功率電路。它們起到開(kāi)關(guān)的作用，根據輸入信號的狀態(tài)允許或阻止電流通過(guò)。繼電器模塊用于功能安全應用，以確保關(guān)鍵安全功能的可靠執行，并將潛在危險降至最低。在功能安全應用中，繼電器模塊的幾個(gè)最重要方面如下： · 冗余：冗余是功能安全的基本原則之一，要求多個(gè)獨立元器件執行相同的安全關(guān)鍵功能。繼電器模塊通常采用冗余配置，以確保即使一個(gè)繼電器發(fā)生故障，系統也能繼續安全運行。 · 故障安全設計：繼電器模塊通常設計為故障安全狀態(tài)；如果繼電器發(fā)生故障或斷電，它會(huì )默認設置為確保系統安全的狀態(tài)。例如，機器緊急停止調控電路中的繼電器發(fā)生故障時(shí)，將導致立即停機。 · 診斷和監控：這些功能集成在先進(jìn)的繼電器模塊中，使系統能夠檢測繼電器中的缺陷或故障，并啟動(dòng)適當的響應，如故障報警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(dòng)和機械應力，因此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)鍵型應用中，響應時(shí)間至關(guān)重要。在需要快速響應時(shí)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(shí)施繼電器模塊時(shí)，必須考慮幾個(gè)因素，首先是要符合標準。這可確保功能安全應用中使用的繼電器模塊符合相關(guān)安全標準和認證。 針對基本型機電繼電器，歐洲電工標準化委員會(huì ) (CENELEC) 制定了 EN 61810 系列標準。該系列包括多項標準，每項標準專(zhuān)為特定的繼電器品種和應用量身打造。EN 61810-3 就是這些標準之一，其 A 型具有特別重要的意義。 安全繼電器 EN 61810-3 A 型標準適用于一類(lèi)基本型繼電器，它們采用特定設計和構造技術(shù)，以確保常開(kāi) (NO) 觸頭不能與常閉 (NC) 觸頭處于同一位置。這些繼電器專(zhuān)門(mén)配備了符合標準的強制導向觸頭，可用于自我監控和安全相關(guān)控制系統。 強制導向觸頭采用機械連鎖，以確保 NC 開(kāi)放觸頭和 NO 閉合觸頭在出現電弧導致觸頭微熔接（“繼電器粘連”）等情況時(shí)不會(huì )同時(shí)閉合。 這種安全機制的一個(gè)實(shí)例如圖 1 所示，參考了一款具有 3 個(gè) NO 觸頭和 1 個(gè) NC 觸頭的 Weidmüller 安全繼電器模塊。如圖所示，所有的電極都通過(guò)一根橫桿機械連接在一起，以防獨立移動(dòng)。 如果 NC 觸頭發(fā)生熔接，則在繼電器通電期間，任何 NO 觸頭都無(wú)法閉合。同樣，如果任何一個(gè) NO 觸頭發(fā)生熔接，則在繼電器斷電期間，NC 觸頭就無(wú)法閉合。與特殊電路相結合，可以檢測到開(kāi)路中的故障。這是確保人員和機器最大安全性的最可靠方法。 
圖 1：Weidmüller 安全繼電器模塊示意圖。（來(lái)源：Weidmüller） 安全繼電器可在機器和系統上可靠地執行安全功能，監控緊急停止按鈕信號、光幕、安全門(mén)開(kāi)關(guān)等。工廠(chǎng)發(fā)生緊急情況時(shí)需要快速反應。打開(kāi)警報器、警示燈或冷卻系統時(shí)，應使用“通電至安全狀態(tài)”(ETS) 方案，而關(guān)閉電機或緊急停止閥時(shí)，則應遵循“斷電至安全狀態(tài)”(DTS) 程序。使用帶冗余觸頭的繼電器，可確保安全相關(guān)應用的啟用和停用符合 IEC62061 和 SIL 3 標準。 不符合安全標準的開(kāi)關(guān)繼電器在多次使用后其金屬觸頭可能會(huì )發(fā)生熔接。即使操作員點(diǎn)擊了緊急停止按鈕，機器也會(huì )以不安全的模式繼續運行。這對操作員和機器都有風(fēng)險。根據國家和國際安全要求，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，帶有正向驅動(dòng)觸頭的繼電器越來(lái)越受歡迎。帶有正向驅動(dòng)觸頭的繼電器模塊采用冗余電路和機構作為其主要技術(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，繼電器仍能保持安全狀態(tài)。這種冗余對于安全性和可靠性要求較高的應用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。 這些繼電器模塊的可靠性和安全性使其適用于各種應用，例如： · 工業(yè)自動(dòng)化 · 醫療設備 · 發(fā)電和配電 · 電信設施 · 運輸 在這類(lèi)繼電器中，主觸頭和輔助觸頭機械連接，輔助觸頭的位置可用于確定電源電路中主觸頭的位置。因此，即使觸頭線(xiàn)圈已斷電，也可以確定觸頭是否仍處于閉合狀態(tài)（由于觸頭粘連）。如果電源極觸頭發(fā)生熔接，當線(xiàn)圈斷電時(shí)，機械連接會(huì )阻止打開(kāi)的輔助觸頭閉合。 Weidmüller 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。對精度和可靠性的執著(zhù)追求造就了 Weidmüller 帶有正向驅動(dòng)觸頭的可插拔繼電器模塊等先進(jìn)元器件的誕生。這些創(chuàng )新的繼電器模塊代表了技術(shù)上的重大進(jìn)步，在各種應用中提供了更高的安全性、能效和靈活性。 這些繼電器模塊的核心采用了確保觸頭正向驅動(dòng)的技術(shù)，這意味著(zhù)它們能以受控和可靠的方式在打開(kāi)和閉合狀態(tài)之間切換。無(wú)論繼電器或控制電路是否發(fā)生故障，這一機制都能排除觸頭意外動(dòng)作的可能性。因此，這樣的繼電器可以在不犧牲性能的前提下優(yōu)先保證安全性。 Weidmüller 的 SAFESERIES 觸頭擴展符合 EN 61810-3 A 型標準，包括具有強制導向觸頭的繼電器。正因為如此，它們特別適用于在涉及人員和機器安全的應用中進(jìn)行信號監測。 SAFESERIES 系列由四款獨立的可插拔繼電器組成，配有匹配的螺紋插口，觸頭型號如下： · 2 NO + 2 NC · 3 NO + 1 NC · 4 NO + 2 NC · 3 NO + 3 NC 如果設計符合 EN/ISO 13849-1 標準，就有可能實(shí)現應用最高性能級別 PL“e”級。該基本元器件還可用于符合 IEC/EN 62061 標準的安全應用，實(shí)現 SIL 3 級安全完整性。 圖 2 所示為 Weidmüller 2759070000 安全繼電器模塊，封裝在適合 DIN 導軌應用的組件中。這是一款 4 位通用繼電器，帶有 3 個(gè) NO 觸頭和 1 個(gè) NC 觸頭，線(xiàn)圈電壓為 24 VDC ±10%。該器件可通過(guò)額定開(kāi)關(guān)電壓 250 VAC 的 20 mA 額定直流電流線(xiàn)圈和額定連續電流 6 A 的 AgSnO 鍍金觸頭通電。在負載側，最大開(kāi)關(guān)電壓為 400 VAC 和 250 VDC。如圖 1 中的示意圖所示，繼電器集成了一個(gè)狀態(tài)指示燈（綠色 LED）和一個(gè)用于保護的續流二極管。打開(kāi)和關(guān)閉的延遲時(shí)間小于 20 ms，器件壽命為 10 x 106 次開(kāi)關(guān)循環(huán)。
圖 2：Weidmüller 2759070000 SAFESERIES 繼電器模塊。（來(lái)源：DigiKey） SAFESERIES 的另一款產(chǎn)品 2759030000 小型工業(yè)繼電器如圖 3 所示。這款帶有強制導向觸頭的繼電器有 3 個(gè) NO 觸頭和 1 個(gè) NC 觸頭，適合通用用途，采用通孔安裝。
圖 3：Weidmüller 2759030000 SAFESERIES 繼電器模塊。（來(lái)源：DigiKey） 總結 繼電器模塊是功能安全系統中的重要元器件，因為它們能確�？煽康目刂撇绦兄匾蝿�(wù)。由于其堅固性、故障安全設計以及冗余兼容性，它們經(jīng)常被用于最高安全性要求的應用中。繼電器模塊只要使用得當并符合適用標準，就能為工業(yè)和汽車(chē)系統的整體安全性和可靠性做出重大貢獻。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，繼電器模塊不斷發(fā)展壯大，增加了越來(lái)越多的復雜功能，以滿(mǎn)足日益增長(cháng)的功能安全要求。 |
