Tvangsførte relæer

I dag har det tvangsførte relæ udviklet sig til at være den hemmelige stjerne i sikkerhedsmiljøet. Indtil udviklingen af de tvangsførte relæer i slutningen af 1970'erne blev udfordringen med sikkerhedskritiske applikationer løst med standardkomponenter (f. eks. hjælpekontakt). Antallet af arbejdsulykker med dødelig udgang i Tyskland er gået tilbage over årene. En positiv udvikling, som det tvangsførte relæs succesfulde indtog helt sikkert har bidraget til.

Tvangsførte relæer betegnes også som sikkerhedsrelæer, hvilket er en misforståelse. Ved et sikkerhedsrelæ er der tale om en funktionsdygtig koblingsenhed. Det tvangsførte relæ er en variant af det elektromekaniske elementarrelæ og kan tjene som basiselement for et sikkerhedsrelæ.

Hvad adskiller et standardrelæ fra et tvangsført relæ?

Enkelt udtrykt: Ved et tvangsført relæ er kontaktsættet indbyrdes mekanisk forbundet. I sin mest simple udformning består det af en brydekontakt og en sluttekontakt. Begge er forbundet med hinanden, og gennem hele relæets levetid skal brydekontakten have en kontaktafstand på 0,5 mm, også i tilfælde af forstyrrelser. Det gør det muligt at fastslå sluttekontaktens tilstand ud fra brydekontaktens tilstand. Dette gør tvangsførte relæer til det ideelle basiselement i en sikkerhedsafbryder.

Som allerede nævnt er et tvangsført relæ en vigtig komponent i en sikkerhedsafbryder. Man skelner grundlæggende mellem sikkerhedsafbrydere, der optræder som centralt logikelement i sikkerhedskæden på den ene side, og koblingsrelæer, der er en del af et logikelement på den anden side.

Man finder typisk sikkerhedsafbrydere med tvangsførte elementarrelæer i High Demand-anvendelser inden for maskinkonstruktion. De er omfattet af maskindirektivet. High Demand betyder, at sikkerhedsfunktionen træder ind mere end en gang om året. Fra og med sikkerhedsniveauet PL c er vidtrækkende diagnoser en fordel, hvorved de tvangsførte elementarrelæers egenskaber kommer til deres ret. Ved hjælp af tvangsføringen kan den krævede diagnose, altså den diagnostiske dækningsgrad, opnås uden det store besvær. Derfor har tvangsførte elementarrelæer etableret sig inden for maskinkonstruktion.

Sikre koblingsrelæer til Low-Demand-applikationer

Den anden kategori af sikkerhedsafbrydere udgøres af de sikre koblingsrelæer, som fortrinsvis finder anvendelse i procesindustrien. I modsætning til inden for maskinkonstruktion er sikkerhedskædens centrale logik i de fleste tilfælde et "Safety Instrumented System" (SIS). Et SIS eksisterer parallelt med "Distributed Control System" DCS, produktivsystemet, der styrer processen. SIS overvåger processen og griber kun ind, hvis der foreligger en nødvendig sikkerhedsgrund.

I sikkerhedskæden er det sikre koblingsrelæ en del af logikenheden. Under visse omstændigheder kan det sikre koblingsrelæ undværes. Såfremt den digitale udgang er i stand til at bearbejde belastningen, er galvanisk adskillelse ikke nødvendig. I modsætning til inden for maskinkonstruktion har de fleste applikationer i procesindustrien en kravkategori vedrørende sikkerhedsfunktionen på mindre end en gang om året (Low Demand). Det betyder, at der stilles andre krav til det sikre koblingsrelæ, f. eks. er det ikke nødvendigt at implementere en kontinuerlig diagnose. Den aktuelle trend derimod går mere i retning af en yderligere forøgelse af applikationernes tilgængelighed og sikkerhed ved at integrere en decideret diagnosefunktion.

Inden for procesindustriens omgivelser, vedrørende de sikre koblingsrelæer, hersker aktuelt to forskellige varianter af relæer: Man skelner mellem sikre koblingsrelæer med standardelementarrelæer og en 1oo3-struktur og sikre koblingsrelæer med tvangsførte elementarrelæer med en 1oo2-struktur. I relation til "Emergency-Shutdown"-anvendelser (ESD) betyder en 1oo2- eller 1oo3-struktur, at to eller tre elementarrelæer rækkemonteres. Alle anlægsoperatører skal med jævne mellemrum gennemføre en forpligtende Proof Test. Her afprøves funktionsevnen for de komponenter, der er integreret i sikkerhedskæden. De tvangsførte relæer har her en stor fordel. Ved hjælp af tvangsføringen erkendes belastningskontaktens tilstand ved at overvåge brydekontaktens tilstand. Dette kan også ske med en integreret diagnose under driften. Kort sagt: For at gennemføre Proof Test'en for det sikre koblingsrelæ kobles den digitale udgang en gang. Ved et standardelementarrelæ er Proof Test'en ikke så let at realisere i praksis. I de fleste tilfælde afmonteres det sikre koblingsrelæ, hvorefter hvert enkelt af de monterede elementarrelæer afprøves for gennemgang eller skiftes ud.

Ved 1oo2-strukturen kan der i forhold til 1oo3-strukturen opnås en højere anlægsoppetid. Sandsynligheden for udfald er ringere ved 1oo2-strukturen, fordi der her er indbygget færre komponenter, som kan falde ud. Illustrationen "Sikkerhedsstrukturer i spændingsfeltet mellem tilgængelighed og sikkerhed" giver et overblik.