Релета за безопасност

Начало > Автоматизация > Статии > Сп. Инженеринг ревю - брой 5/2024 > 26.07.2024

  • Задължително изискване към автоматизираните машини и системи в модерната индустрия е да разполагат с необходимите функции и технически средства за безопасност

  • Сейфти релетата се използват широко за мониторинг на устройства за безопасност, например бутони за аварийно спиране, светлинни бариери, магнитни превключватели и др.

  • Предпазните релета в индустриалната автоматизация са проектирани и конструирани да бъдат устойчиви на отказ

 

Задължително изискване към автоматизираните машини и системи в модерната индустрия е да разполагат с необходимите функции и технически средства за безопасност, за да се сведат до минимум рисковете от инциденти и нараняване на операторите и други служители в промишлените обекти. Серията от материали на сп. Инженеринг ревю, посветени на съвременните технологии в сферата на машинната безопасност, продължава в настоящия брой с детайлна статия, в която ще разгледаме спецификите на т. нар. сейфти релета. Основна тяхна функция е мониторингът на устройства за безопасност, например бутони за аварийно спиране. Какво обаче ги отличава от широко използваните конвенционални електромеханични превключватели за комутация на електрически вериги?

 

Особености и принцип на работа

Релетата за безопасност са сред най-важните компоненти на сейфти системите в цеховете и заводите. По своята същност те са електромеханични устройства, при които електрически ток задейства механични контакти. Релетата на практика служат за контакт между две вериги, като галванично ги разделят. Задачата им в платформи за машинна безопасност е да следят непрекъснато работата на опасното за човека оборудване и да я спират и възобновяват според моментните условия.

Тези устройства са отличен избор за отказоустойчиви приложения поради значително разширената си функционалност в сравнение с традиционните електромагнитни релета, използвани за включване и изключване на електрически товари. Сред водещите технологични тенденции при най-съвременните модели на пазара са програмируемите логически функции, опциите за самодиагностика и мрежовата свързаност.

Сейфти релетата са проектирани съгласно изискванията на приложимите стандарти за безопасност. Ключов техен параметър в този смисъл е т. нар. интегрирано ниво на сигурност (Safety Integrity Level, SIL) – международно възприета величина, която се използва като база при класификацията на функционалната безопасност на дадено устройство или система, като се обособяват четири отделни класа (от SIL1 до SIL4). Тази систематизация се основава на два международни стандарта – IEC 61508 “Функционална безопасност на електрически/електронни/програмируеми електронни системи за безопасност” и IEC 61511 “Функционална безопасност. Системи за осигуряване на безопасност за обработващата промишленост.” Други стандарти, на чиито спецификации отговарят сейфти релетата, са EN 60947-5-1 “Комутационни апарати за ниско напрежение” и EN 60204-1 “Безопасност на машини. Електрообзавеждане на машини”.

В практиката се използват различни видове релета за безопасност с разнообразни опции и функции, но основна определяща характеристика при всички тях са веригите за мониторинг. Обикновено предпазните релета имат две клеми за изходно напрежение и две входни клеми за намотките, като резервни канали за наблюдение. Идеята е двете изходни клеми да се прокарат верижно през всички бутони за аварийно спиране или други устройства с класификация за безопасност и след това да се свържат обратно към входните клеми за намотките. Предпазното реле търси непрекъсната електрическа връзка между двата комплекта клеми.

Ако такава непрекъснатост не е налице – или поради повреда, или вследствие на натискане на бутон за аварийно спиране например – предпазните контакти се отварят и спират движението в машината. Именно във възможностите за резервиране на функциите за безопасност се корени причината в конструкцията на предпазните релета да има два изхода и два входа. Така дори един контакт на аварийното устройство да не се отвори при задействането му, другият ще прекъсне веригата и машината ще спре. Рискът от повреда или отказ на някой от вътрешните контакти е малък, но подобно събитие не е невъзможно. Опасността от едновременна неизправност и на двата контакта обаче е съвсем минимална. Чрез функция за самонаблюдение релето автономно проверява превключването от отворена към затворена позиция и обратното в рамките на всеки цикъл, за да гарантира, че функциите за безопасност са налични дори при повреда на вътрешен компонент.

Предпазните релета типично не изискват настройка или регулиране, но на пазара се срещат и модели, които разполагат с функция за таймер, забавящ подаването на захранване към оборудването. Тези релета трябва да бъдат конфигурирани съобразно конкретните изисквания на системата. Т. нар. еднофункционални релета за безопасност пък са предпочитани от редица проектанти на по-малки автоматизирани машини и системи като бюджетен и същевременно ефективен вариант.

 

Функционални възможности

Стандартната функция на сейфти релетата включва задействане на необходимите изходи с цел въвеждане на съответната машина в безопасен режим при регистриране на неизправност или рискови условия в системата и/или работната зона. Тези устройства са проектирани да бъдат устойчиви на отказ – дори някой от компонентите им да откаже, сейфти функциите все още могат да бъдат активирани и изпълнени.

Релетата за безопасност в съвременната индустриална автоматизация изпълняват най-общо следните ключови задачи:

  • Мониторинг: непрекъснато проследяване на връзките с предпазните устройства в системата и входящите сигнали от тях;

  • Детекция: идентифициране на небезопасни условия или вътрешни неизправности;

  • Активация: задействане на съответните изходни сигнали с цел въвеждане на обезопасената машина или система в авариен режим;

  • Автономно изключване: самостоятелно разединяване на контактите на входните и изходните вериги при възникването на проблем;

  • Автоматична проверка на фазата от работния цикъл: верифициране на изправното отваряне и затваряне на контактите при всеки цикъл на включване и изключване.

Релетата за безопасност типично се използват в комбинация с полеви устройства за безопасност, които изискват активен мониторинг на сейфти функциите. Такива са например светлинните бариери и завеси, предпазните врати, бутоните и превключвателите за безопасност, магнитните превключватели, чувствителните на натиск подложки, безконтактните сензори за безопасност, предпазните блокировки, пултовете за управление с две ръце и др.

Повечето модели предпазни релета разполагат със светлинни индикатори в предната част на корпуса, които дават визуална информация за захранването, състоянието на двата отделни канала (двете вериги) за мониторинг, а често и с отделни индикатори за грешка или за верига за нулиране.

Предпазните релета се оразмеряват според типа и броя на предпазните устройства, които наблюдават, броя на контактните изходи и интегрираното ниво на безопасност. Някои релета имат специални функции, като временно заглушаване на входните сигнали при специални обстоятелства, а други позволяват добавянето на допълнителни контакти. Част от по-усъвършенстваните модели на пазара се отличават и с опростено програмиране, което се извършва чрез избиране и комбиниране на графични функционални блокове.

 

Разлики между конвенционалните и сейфти релетата

Релетата, интегрирани в съвременните автоматизирани машини и системи в производството и индустрията, съществено се различават по функционалност от традиционните електромеханични комутатори на електрически вериги, макар принципът им на действие да е много сходен. И при двете устройства входящ сигнал задейства затваряне на изходните контакти, което затваря и електрическата верига, активирайки съответната машина или оборудване. При индустриалните електромеханични релета един такъв сигнал (24 или 120 V) пропуска електрически ток през медната намотка на електромагнита, за да превключи контактите.

За сейфти релетата са характерни две входни сигнални вериги, често полупроводникови – за максимално бърза реакция и за улавяне на времезакъснението между входните сигнали. Двете вериги трябва да се задействат приблизително по едно и също време, обикновено в рамките на части от секундата една след друга. Затварянето на веригите се извършва от резервираните контакти на всички интегрирани в системата аварийни и контролни устройства за безопасност.
Сейфти релетата обикновено изискват отделно управляващо напрежение и заземяване, за да захранват вътрешната верига.

Защо конвенционалните електромеханични релета не се считат за безопасни? Едно стандартно реле включва проводникова намотка и механично движение на металните контакти за включване и изключване на товара. Металните контакти обаче могат да се стопят и заварят след многократно превключване. Ако това се случи, машината ще продължи да работи, дори след като операторът натисне бутона за аварийно спиране, което ще го постави в опасна ситуация. Ето защо много европейски, американски и международни стандарти и регулации за безопасност забраняват използването на прости релета и контактори в опасни производствени и индустриални машини.

Стандартните релета могат да имат от 1 до 6 двуполюсни или еднополюсни (нормално отворени – NO, и нормално затворени – NC) контакта. При предпазните релета нормално отворените изходни контакти са по-често срещани. Когато конвенционално реле се повреди, то може да остане в затворено състояние (със захранване). Това може да бъде много опасно, ако релето се използва за мониторинг на система за безопасност, като бутон за аварийно спиране например. Ако релето не успее да превключи, машината просто няма да спре. При реле за безопасност вътрешните функции гарантират, че в случай на неизправност то ще се повреди в отворено състояние или в състояние без захранване.

Понякога нормално затвореният контакт се използва като мониторингов сигнал в рамките на веригата от устройства за безопасност, за да се гарантира, че релето е изключено, преди да позволи системата да бъде захранена. Пример за такъв сценарий е сигнал за разрешаване на безопасен режим на обучение при отворени предпазни врати.

 

Пазар и приложения

Глобалният пазар на релета за безопасност се очаква да нараства устойчиво с по над 8% годишно в периода между 2023 и 2033 г., като от 630 млн. щатски долара вероятно ще достигне стойност от над 1,4 млрд. долара. Сред основните фактори, стимулиращи ръста в сегмента, са все по-стриктните изисквания за безопасност на работното място и повишена сигурност на оборудването в производството и индустрията. Все по-масовата интеграция на автоматизирани машини, системи и промишлени роботи в предприятията по цял свят е друг водещ двигател за растежа на световния пазар на предпазни релета. Най-голямо търсене на такива устройства през последните години се наблюдава в производствените отрасли, металообработката и машиностроенето, автомобилостроенето, хранително-вкусовия и фармацевтичния сектор, нефтено-газовата индустрия и др.

На практика всяко устройство, което е класифицирано с определено ниво на безопасност, трябва да се използва заедно с даден контролен елемент, като предпазно реле, за да поддържа номиналната си степен на интегрирана сигурност. В случая с бутоните и устройствата за аварийно спиране на машини например сейфти релетата се изискват, за да се гарантира и поддържа сертифицираният клас на безопасност на всеки конкретен предпазен компонент. Предприятията, разбира се, могат да използват аварийни стоп бутони и без сейфти релета, но тези устройства няма да отговарят на изискванията на конкретната класификация, валидна за съответното приложение. Това би било проблем не само “на хартия” – при одит на машинната безопасност и условията на труд, но и в ежедневната практика, където рискът от инциденти би нараснал осезаемо.

Все по-популярно става интегрирането на предпазни релета с други системи за управление и безопасност, като програмируеми логически контролери и сейфти контролери. Тъй като предпазното реле поначало е класифицирано с оценка на нивото на безопасност, при интеграция с PLC в обща платформа не е необходимо да се използва задължително сейфти контролер. Често срещан сред проектантите на системи за безопасност подход е използване на един от нормално отворените изходи на релето за подаване на сигнал към контролера за мониторинг на цялата предпазна система. Ако е необходимо да се знае с точност кое сейфти устройство в кой момент прекъсва веригата и предотвратява работата на дадена машина, се използва отделен контакт за всеки компонент.


Вижте още от Автоматизация


Ключови думи: релета за безопасност, сейфти релета, предпазни релета, системи за безопасност, бутони за аварийно спиране, светлинни завеси, светлинни бариери, автоматизирани машини, роботи



Редактор на статията:

Пепа Петрунова

Пепа Петрунова

Редактор

  • Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";

 

  • Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;

 

  • Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.

 

Пепа Петрунова в LinkedIn

Top