Tegenwoordig heeft het relais met geforceerde contacten zich ontwikkeld tot de verborgen ster in de veiligheidstechniek. Tot aan de ontwikkeling van relais met gedwongen contacten aan het einde van de jaren '70 werden veiligheidskritieke applicaties opgelost met standaardcomponenten (bijv. hulprelais). Het aantal dodelijke arbeidsongevallen is in de loop der jaren in Duitsland afgenomen. De triomftocht van het relais met geforceerde contacten levert ook beslist een positieve bijdrage aan deze ontwikkeling.
arbeidsveiligheid Aantal dodelijke arbeidsongevallen in Duitsland tussen 1974 en 2018
Bron: DGUV-Statistiken für die Praxis 2018
Relais met geforceerde contacten worden ook wel veiligheidsrelais genoemd, maar dat klopt niet. Een veiligheidsrelais is een schakelmoduul dat geschikt is voor de taak. Een relais met geforceerde contacten is een variant van een elektromechanisch elementrelais en kan als basismodule voor een veiligheidsrelais worden ingezet.
Waardoor verschilt een standaardrelais van een relais met geforceerde contacten?
Kortom: bij een relais met geforceerde contacten is de set aan contacten onderling met elkaar verbonden. De meest eenvoudige uitbreiding bestaat uit een verbreekcontact en een maakcontact. Ze zijn onderling verbonden. Tijdens de volledige gebruikslevensduur, ook bijv. bij een storing, moet de contactafstand van het verbreekcontact 0,5 mm bedragen. Daardoor is het mogelijk om de toestand van het maakcontact te bepalen via de toestand van het verbreekcontact. En daardoor is het relais met geforceerde contacten de ideale basismodule voor een veiligheidsapparaat.
Toestanden van een relais met geforceerde contacten
Zoals reeds vermeld, is een relais met geforceerde contacten een belangrijke component in een veiligheidsapparaat. In principe wordt een onderscheid gemaakt tussen enerzijds veiligheidsapparaten die als centraal logicaelement in de veiligheidsketen optreden.
Veiligheidsrelais voor veeleisende toepassingen
In het algemeen wordt een veiligheidsapparaat met een elementair relais met gedwongen contacten aangetroffen in High Demand-toepassingen in de machinebouw. Deze zijn onderworpen aan de machinerichtlijn. High Demand betekent dat er vaker dan eenmaal per jaar een beroep wordt gedaan op de veiligheidsfunctie. Vanaf beveiligingsniveau PL c zijn uitgebreide diagnoses nuttig, waardoor de eigenschappen van de elementaire relais met geforceerde contacten zich onderscheiden. Met behulp van geforceerde contacten kunt u zeer gemakkelijk de gevraagde diagnose, dus de diagnosedekkingsgraad DC, bereiken. De elementaire relais met geforceerde contacten hebben zich om deze reden in de machinebouw gevestigd.
Veilige koppelrelais voor toepassingen waaraan weinig eisen worden gesteld
De tweede categorie van de veiligheidsapparaten zijn de veilige koppelrelais die bij voorkeur worden gebruikt in de procesindustrie. Anders dan in de machinebouw is de centrale logica van de veiligheidsketen in de meeste gevallen een "Safety Instrumented System" (SIS). Een SIS bestaat parallel naast het "Distributed Control System" DCS, het productieve systeem dat het proces aanstuurt. Het SIS bewaakt het proces en grijpt alleen in, wanneer daarvoor een geldige reden omwille van de veiligheid bestaat.
In de veiligheidsketen is het veilige koppelrelais een onderdeel van de logicaeenheid. Onder bepaalde omstandigheden kunt u afzien van het veilige koppelrelais. Mits de digitale uitgang de belasting kan verwerken en er geen potentiaalscheiding noodzakelijk is. Anders dan in de machinebouw hebben de meeste applicaties in de procesindustrie een aanspreekfrequentie van de veiligheidsfunctie van minder dan eenmaal per jaar (Low Demand). Daardoor worden er andere vereisten gesteld aan het veilige koppelrelais en is het bijv. niet noodzakelijk om een continue diagnose te implementeren. De actuele trend heeft daarentegen de neiging om de beveiliging en beschikbaarheid van de applicaties verder te verhogen, doordat een ontwikkelde diagnosefunctie wordt ingebouwd.
In de omgeving van de procesindustrie, met betrekking tot veilige koppelingsrelais, komen momenteel twee verschillende varianten van relais overwegend voor: er wordt onderscheid gemaakt tussen veilige koppelingsrelais met standaard elementaire relais en een 1oo3-structuur en veilige koppelingsrelais met gedwongen elementaire relais met een 1oo2-structuur. Met betrekking tot "Emergency-Shutdown"-toepassingen (ESD) betekent een 1oo2- of 1oo3-structuur dat twee of drie elementaire relais in serie worden gerangschikt. Iedere installatie-exploitant moet periodiek een verplichte proof-test uitvoeren. Daarbij wordt de goede werking getest van de in de veiligheidsketen geïntegreerde componenten. Hierbij laten de relais met geforceerde contacten een groot voordeel zien. Met behulp van de geforceerde contacten wordt de toestand van het lastcontact bepaald, doordat de toestand van het verbreekcontact wordt bewaakt. Met een geïntegreerde diagnose kan dit ook tijdens het lopende bedrijf worden uitgevoerd. In het kort: om de proof-test van het veilige koppelrelais uit te voeren, wordt de digitale uitgang één keer geschakeld. Bij een standaard elementair relais kan de proof-test niet zo eenvoudig worden uitgevoerd. In de meeste gevallen wordt het veilige koppelrelais gedemonteerd en wordt elk gemonteerd elementair relais individueel op continuïteit getest of door een nieuw vervangen.
Bij een 1oo2-structuur kan ten opzichte van de 1oo3-structuur een hogere beschikbaarheid van de installatie worden gewaarborgd. De waarschijnlijkheid van een uitval is bij de 1oo2-structuur minder, omdat er minder componenten zijn ingebouwd die kunnen uitvallen. De overzicht daarvan biedt de afbeelding "Veiligheidsstructuren in de spanningsverhouding van beschikbaarheid en veiligheid".
