Tvangsstyrte releer

I dag har tvangsstyrte releer utviklet seg til en hemmelig stjerne på sikkerhetsomgivelsenes himmel. Frem til utviklingen av tvangsstyrte releer på slutten av 1970-tallet ble sikkerhetskritiske applikasjoner løst ved hjelp av standardkomponenter (f. eks. hjelpekontakter). Opp igjennom årene har antall arbeidsulykker i Tyskland med døden til følge, gått ned. Et positivt bidrag til denne utviklingen kan med sikkerhet også tilbakeføres til at det tvangsstyrte releet gjorde sitt vellykkede inntog.

Tvangsstyrte releer betegnes feilaktig også som sikkerhetsreleer. Et sikkerhetsrelé er en koblingsenhet med funksjonsegenskaper. Det tvangsstyrte releet er en variant av et elektromekanisk elementærrelé, og kan fungere som en grunnmodul for et sikkerhetsrelé.

Hva skiller et standardrelé fra et tvangsstyrt relé?

Enkelt forklart: Ved tvangsstyrte releer er kontaktsettet mekanisk sammenkoblet. I sin enkleste konstruksjon består det av en N/C og en N/O. Gjennom hele levetiden er begge koblet til hverandre, og også ved feilaktige tilstander må N/C-ens kontaktavstand utgjøre 0,5 mm. Dermed kan man fastsette N/O-ens tilstand via N/C-ens tilstand. Dette gjør tvangsstyrte releer til en ideell grunnmodul for kontaktorer/solid-state-releer.

Som nevnt er tvangsstyrte releer en viktig komponent i en kontaktor/solid-state-relé. Generelt skiller man på den ene siden mellom kontaktorer/solid-state-releer som finnes som sentralt logikkelement innenfor sikkerhetskjeden, og på den andre siden koblingsreleer, som er en del av et logikkelement.

Typisk finner man kontaktorer/solid-state-releer med tvangsstyrte elementærreler i High Demand-anvendelser innen maskinteknikk. De faller inn under maskindirektivet. High Demand betyr at kravene til sikkerhetsfunksjonen oppstår oftere enn én gang i året. Fra sikkerhetsnivå PL c er utstrakte diagnostikker en fordel, noe som også kjennetegner egenskapene til de tvangsstyrte elementærreleene. Ved hjelp av tvangsføringen kan nødvendig diagnostikk, det vil si diagnostisk dekningsgrad DC, oppnås. Av denne grunn har tvangsstyrte elementærreleer blitt veletablert innen maskinteknikk.

Sikre koblingsreleer for Low-Demand-anvendelser

Den andre kategorien med kontaktorer/solid-state-releer er de sikre koblingsreleene, som benyttes fortrinnsvis innen prosessindustrien. I motsetning til maskinteknikk er sikkerhetskjedens sentrale logikk i de fleste tilfeller et "Safety Instrumented System" (SIS). En SIS forekommer parallelt med "Distributed Control System" DCS, produktivsystemet som styrer prosessen. SIS overvåker prosessen, og griper kun inn dersom en nødvendig sikkerhetsgrunn foreligger.

I sikkerhetskjeden er det sikre koblingsreleet en del av logikkenheten. Under bestemte omstendigheter kan det sikre koblingsreleet bortfalle. I den grad den digitale utgangen kan drive lasten og galvanisk skille ikke er nødvendig. I motsetning til maskinteknikk har de fleste applikasjoner i prosessindustrien en behovsrate til sikkerhetsfunksjonen på under én gang i året (Low Demand). Dermed oppstår andre krav til det sikre koblingsreleet, f. eks. er det ikke nødvendig å implementere en kontinuerlig diagnostikk. Dagens trend går likevel mot å øke applikasjonenes sikkerhet og tilgjengelighet ytterligere ved å implementere en diagnostikkfunksjon.

I forbindelse med prosessindustrien, med hensyn til de sikre koblingsreleene, finnes det for tiden to forskjellige relevarianter: Man skiller mellom sikre koblingsreleer med standardelementærreler og en 1oo3 struktur, og sikre koblingsreleer med tvangsstyrte elementærreleer med en 1oo2 struktur. Med hensyn til "Emergency-Shutdown"-anvendelser (ESD) betyr en 1oo2 eller 1oo3 struktur at to eller tre elementærreleer installeres i rekke. I regelmessige intervaller må alle anleggsoperatører gjennomføre en obligatorisk proof-test. I den forbindelse kontrolleres installerte komponenter innenfor sikkerhetskjeden med hensyn til funksjon. Her har tvangsstyrte releer en stor fordel. Ved hjelp av tvangsføringen fastsettes lastkontaktens tilstand ved at N/C-ens tilstand overvåkes. Det kan skje med en integrert diagnostikk også under drift. Kort fortalt: For å utføre proof-test av det sikre koblingsreleet kobles den digitale utgangen én gang. Ved standardelementærrelé kan proof-test ikke utføres helt uten videre. I de fleste tilfeller demonteres det sikre koblingsreleet, og hvert installerte elementærrelé kontrolleres med hensyn til gjennomgang, eller skiftes med et nytt.

Ved en 1oo2 struktur sammenlignet med 1oo3 struktur, vil anleggstilgjengeligheten kunne være høyere. Sannsynligheten for svikt er lavere ved 1oo2 struktur, ettersom færre komponenter som er utsatt for svikt, er montert. Bildet med sikkerhetsstrukturer i spenningsforholdet mellom tilgjengelighet og sikkerhet, gir en oversikt over dette.