Tvångsstyrda reläer

Användning inom maskinbyggnation och processindustri

Sedan slutet av 1970-talet har tvångsstyrda reläer utvecklats till de dolda talangerna när det gäller säkerhet. Tvångsstyrda reläer kallas felaktigt också för säkerhetsreläer.

Hur fungerar egentligen säkerhetsreläer med tvångsstyrning? Och var används de?

Upptäck säkerhetsreläer nu
Processindustri

Numera har det tvångsstyrda reläet blivit den dolda talangen i säkerhetsmiljön. Vid tiden före utvecklingen av tvångsstyrda reläer på slutet av 1970-talet användes standardkomponenter (t.ex. hjälpkontakter) för att skydda säkerhetskritiska applikationer. Antalet dödsolyckor på arbetsplatser i Tyskland har minskat med åren. Det tvångsstyrda reläets landvinningar har garanterat bidragit till denna positiva utveckling.

Arbetssäkerhet Antalet dödsolyckor på arbetsplatser i Tyskland mellan 1974 och 2018

Figur över antalet dödsolyckor på arbetsplatser i Tyskland mellan 1974 och 2018

Källa: DGUV-statistik för användning 2018

Tvångsstyrda reläer kallas felaktigt också för säkerhetsreläer. Ett säkerhetsrelä är en funktionell brytare. Det tvångsstyrda reläet är en variant av ett elektromekaniskt elementarrelä och kan fungera som en grundkomponent för ett säkerhetsrelä.

Vad skiljer ett standardrelä från ett tvångsstyrt relä?

Enkelt förklarat är kontaktsatsen på ett tvångsstyrt relä mekaniskt ansluten. I den enklaste konstruktionen består den av en brytande kontakt och en N/O-kontakt. Båda är anslutna med varandra. Den brytande kontaktens kontaktavstånd måste vara 0,5 mm under hela livslängden, även vid ett felaktigt tillstånd. På så sätt är det möjligt att avgöra N/O-kontaktens tillstånd med hjälp av den brytande kontaktens tillstånd. Detta gör det tvångsstyrda reläet till den perfekta grundkomponenten för säkerhetsreläer.

Tillstånd hos ett tvångsstyrt relä

Tillstånd hos ett tvångsstyrt relä

Som tidigare nämnts är ett tvångsstyrt relä en viktig komponent i ett säkerhetsrelä. Man skiljer i praktiken mellan å ena sidan säkerhetsreläer, som fungerar som ett centralt logikelement inom säkerhetskedjan, och å andra sidan kopplingsreläer, som är en del av logikelementet.

Säkerhetsrelä för applikationer med höga krav

Säkerhetskedja för säkerhetsrelä för applikationer med höga krav

Säkerhetsreläer med tvångsstyrda elementarreläer finns vanligtvis i applikationer med höga krav inom maskinbyggnation. De omfattas av maskindirektivet. Höga krav innebär att säkerhetsfunktionen behöver utnyttjas mer än en gång per år. Från säkerhetsnivå PL c är omfattande diagnoser en fördel, dessa kännetecknar egenskaperna hos tvångsstyrda elementarreläer. Med hjälp av tvångsstyrning kan man med små medel uppnå diagnostiken som krävs, alltså diagnostäckningsgraden DC. Av denna anledning har tvångsstyrda elementärreläer etablerats inom maskinbyggnation.

Säkra kopplingsreläer för applikationer med låga krav

Den andra kategorin av säkerhetsreläer är de säkra kopplingsreläerna som huvudsakligen används inom processindustrin. Den centrala logiken i säkerhetskedjan är i de flesta fall ett ”Safety Instrumented System” (SIS), till skillnad från inom maskinbyggnation. Ett SIS-system är parallellt installerat till ”Distributed Control System” (DCS), det produktiva systemet som styr processen. SIS-systemet övervakar processen och ingriper endast om det finns ett nödvändigt säkerhetsskäl.

Säkerhetskedja SIS-system

I säkerhetskedjan är det säkra kopplingsreläet en del av logikenheten. I vissa fall behövs inte kopplingsreläet. Det gäller om den digitala utgången kan driva lasten och om ingen galvanisk isolation krävs. De flesta applikationer inom processindustrin har, till skillnad från inom maskinbyggnation, en kravnivå för säkerhetsfunktionen som innebär att den behöver utnyttjas mindre än en gång om året (Low Demand). Detta leder till andra krav på det säkra kopplingsreläet, t.ex. behöver ingen kontinuerlig diagnostik implementeras. Den aktuella trenden tenderar dock till att ytterligare öka säkerheten och tillgängligheten för applikationerna genom att installera en utpräglad diagnosfunktion.

Inom processindustrin finns det vad gäller säkra kopplingsreläer just nu två olika varianter av reläer: Man skiljer mellan säkra kopplingsreläer med standardelementarreläer och en 1oo3-struktur, samt säkra kopplingsreläer med tvångsstyrda elementarreläer med en 1oo2-struktur. När det gäller applikationerna ”Emergency-Shutdown” (ESD) innebär en 1oo2- eller en 1oo3-struktur att två eller tre elementarreläer är monterade på rad. Alla anläggningsoperatörer måste med jämna mellanrum genomföra ett obligatoriskt funktionstest. Det innebär att alla komponenter som ingår i säkerhetskedjan kontrolleras beträffande sin funktion. Här har de tvångsstyrda reläerna en stor fördel. Med hjälp av tvångsstyrningen avgörs lastkontaktens tillstånd genom att den brytande kontaktens tillstånd övervakas. Detta kan också genomföras under pågående drift med en integrerad diagnostik. För att genomföra funktionstestet för det säkra kopplingsreläet aktiveras helt enkelt den digitala utgången en gång. På ett standard-elementarrelä kan funktionstestet inte genomföras så enkelt. I de flesta fall demonteras det säkra kopplingsreläet och varje monterat elementarrelä kontrolleras separat beträffande kontinuitet eller så ersätts det med ett nytt.

En högre anläggningstillgänglighet kan garanteras hos en 1oo2-struktur i jämförelse med hos en 1oo3-struktur. Sannolikheten att fel inträffar är lägre hos 1oo2-strukturen eftersom färre komponenter som kan gå sönder är monterade. Bilden ”säkerhetsstrukturer i spänningsförhållandet mellan tillgänglighet och säkerhet” ger en överblick över detta.

Illustration av en pyramid: Säkerhetsstruktur för relä