Pakko-ohjatut releet

Pakko-ohjatut releet ovat vaivihkaa kasvattaneet suosiotaan turvallisuusympäristössä. 1970-luvun loppupuolelle asti, jolloin pakko-ohjattu rele kehitettiin, turvallisuuden kannalta kriittisten sovellusten toteuttamiseen käytettiin vakiokomponentteja (kuten apukontaktoria). Kuolemaan johtavien työtapaturmien määrä on vuosien varrella laskenut Saksassa. Tähän on varmasti vaikuttanut pakko-ohjatun releen suosion kasvu.

Pakko-ohjattuja releitä kutsutaan virheellisesti myös turvareleiksi. Turvarele on toimintakykyinen kytkentälaite. Pakko-ohjattu rele on eräs sähkömekaanisen yleisreleen versio, jota voidaan käyttää turvareleen perusmoduulina.

Mikä erottaa perusreleen pakko-ohjatusta releestä?

Pakko-ohjatussa releessä koskettimet on yhdistetty toisiinsa mekaanisesti. Yksinkertaisin rakenne koostuu avautuvasta koskettimesta ja sulkeutuvasta koskettimesta. Ne on liitetty toisiinsa, ja avautuvan koskettimen kosketinvälin on oltava 0,5 mm koko sen käyttöiän ajan, myös häiriötiloissa. Näin mahdollistetaan se, että sulkeutuvan koskettimen tila määräytyy avautuvan koskettimen tilan mukaan. Tämän vuoksi pakko-ohjatut releet sopivat hyvin turvareleen perusmoduuliksi.

Kuten jo aiemmin mainitsimme, pakko-ohjattu rele on turvareleen tärkeä osa. Lähtökohtaisesti toisistaan erotetaan turvareleet, jotka toimivat turvallisuusketjun keskeisenä logiikkaelementtinä, ja toisaalta kytkentäreleet, jotka ovat logiikkaelementin osa.

Yleensä turvareleitä, joissa on pakko-ohjattu yleisrele, käytetään koneenrakennuksen High Demand -sovelluksissa. Ne täyttävät konedirektiivin vaatimukset. High Demand tarkoittaa, että turvatoimintoa tarvitaan useammin kuin kerran vuodessa. Laajasta diagnostiikasta on etua PL c -turvallisuustasosta lähtien, jolloin pakko-ohjattujen yleisreleiden ominaisuudet pääsevät hyvin esiin. Pakkotoimisen ohjauksen avulla voidaan vaadittava diagnostiikan kattavuus saavuttaa vaivattomasti. Siksi pakko-ohjattujen yleisreleiden käyttö on vakiintunut koneenrakennuksessa.

Turvalliset kytkentäreleet Low Demand -sovelluksiin

Turvareleiden toinen luokka ovat turvalliset kytkentäreleet, joita käytetään ensisijaisesti prosessiteollisuudessa. Toisin kuin koneenrakennuksessa, turvallisuusketjun keskeinen logiikka on useimmissa tapauksissa SIS (Safety Instrumented System) -järjestelmä. SIS toimii yhdessä prosessia ohjaavan DCS (Distributed Control System) -järjestelmän eli tuotantojärjestelmän kanssa. SIS valvoo prosessia ja kytkeytyy toimintaan vain, kun siihen on jokin turvallisuuteen liittyvä syy.

Turvallisuusketjussa turvallinen kytkentärele on logiikkayksikön osa. Joissakin tapauksissa turvallinen kytkentärele voidaan myös jättää pois, kunhan kuormaa voidaan käyttää digitaalilähdöllä ja galvaanista erotusta ei tarvita. Toisin kuin koneenrakennuksessa, prosessiteollisuudessa useimpien sovellusten turvatoimintoa tarvitaan harvemmin kuin kerran vuodessa (Low Demand). Siksi turvalliseen kytkentäreleeseen kohdistuu erilaisia vaatimuksia. Tällöin ei esimerkiksi tarvita jatkuvaa diagnostiikkaa. Tällä hetkellä trendinä on lisätä sovellusten turvallisuutta ja käytettävyyttä ottamalla käyttöön selkeitä diagnostiikkatoimintoja.

Prosessiteollisuudessa on turvallisiiin kytkentäreleisiin liittyen olemassa kahdenlaisia releitä: turvalliset kytkentäreleet yleisreleillä ja 1oo3-rakenteella sekä turvalliset kytkentäreleet pakko-ohjatuilla yleisreleillä ja 1oo2-rakenteella. Emergency Shutdown (ESD) -sovelluksissa 1oo2- tai 1oo3-rakenne tarkoittaa sitä, että kaksi tai kolme yleisrelettä asennetaan sarjaan. Jokaisen järjestelmän haltijan on suoritettava säännöllisin väliajoin sitova kelpuutustesti. Tällöin tarkistetaan turvallisuusketjuun asennettujen komponenttien toimintakyky. Pakko-ohjattujen releiden edut tulevat tässä hyvin esiin. Pakkotoimisen ohjauksen avulla voidaan määrittää kuormakoskettimen tila valvomalla avautuvan koskettimen tilaa. Tämä voidaan tehdä integroidun diagnostiikan avulla myös toiminnan ollessa käynnissä. Lyhyesti sanottuna turvallisen kytkentäreleen kelpuutustestin suorittamista varten kytketään kerran päälle digitaalilähtö. Yleisreleen kelpuutustestin toteuttaminen ei ole näin helppoa. Useimmissa tapauksissa turvallinen kytkentärele irrotetaan ja jokainen asennettu yleisrele tarkistetaan yksitellen tai vaihdetaan uuteen.

1oo2-rakenteella voidaan taata parempi järjestelmäkäytettävyys 1oo3-rakenteeseen verrattuna. Häiriön todennäköisyys on pienempi 1oo2-rakennetta käytettäessä, koska asennettuna on vähemmän häiriöille alttiita komponentteja. Tästä saa yleiskäsityksen kuvasta Turvallisuusrakenteet käytettävyyden ja turvallisuuden jännitesuhteessa.