Sprzęgające przekaźniki bezpieczeństwa do bezpiecznego załączenia

fot. Rys.1. Sprzęgające przekaźniki bezpieczeństwa do bezpiecznego załączenia

Ciągła diagnostyka od sterownika do urządzenia obiektowego gwarantuje, że urządzenia wykonawcze będą bezpiecznie załączane

W ostatnich latach, w inżynierii procesowej obok przekaźników do bezpiecznego wyłączania coraz większą rolę odgrywają przekaźniki do bezpiecznego załączania.

Przekaźniki te często wykorzystywane są również do separacji galwanicznej i adaptacji mocy. Specjalnie dla tych zastosowań Phoenix Contact opracował przekaźnik sprzęgający PSR-PC50  certyfikowany SIL 3. Przekaźnik ten może być stosowany w aplikacjach przeciwpożarowych i gazowych np. do sterowania alarmem akustycznym ostrzegającym pracowników w przypadku wystąpienia sytuacji zagrożenia. Głównym powodem stosowania w tych obwodach przekaźników sprzęgających jest duży pobór prądu urządzeń alarmowych, który często przekracza maksymalną obciążalność prądową wyjść sterownika bezpieczeństwa.

Jednocześnie w przypadku doboru przekaźnika sprzęgającego do sterowników bezpieczeństwa należy pamiętać o szczególnych możliwościach tych ostatnich, jak np.: na monitorowanie prądu obciążenia czy impulsach testowych. Funkcjonalność ta w znacznym stopniu ogranicza i wyklucza możliwość zastosowania „standardowych” przekaźników bezpieczeństwa.

Filtrowanie impulsów testowych

Sterowniki bezpieczeństwa są zwykle w stanie przeprowadzić wiele dynamicznych auto-testów swoich wyjść jak i oprzewodowania. Aby było to możliwe przy włączonym wyjściu, sygnał przez krótki czas (na przykład 2 ms) jest przełączany z "wysokiego" na "niski", a następnie z powrotem na "wysoki". Jeżeli wyjście jest wyłączone, test jest wykonywany w odwrotnej kolejności, co oznacza, że wysyłany jest krótki wysoki impuls. W przypadku podłączonego odbiornika, takiego jak sprzęgający przekaźnik bezpieczeństwa zjawisko to nie powoduje otwarcia lub zamknięcia zestyku przekaźnika. Jednak może powodować wstępne wzbudzenie lub odwzbudzenie cewki a w rezultacie mikroruchy zwory ferromagnetycznej przekaźnika, co powoduje jego przedwczesne zużycie i uszkodzenie.

Rys. 2. Ciągła diagnostyka od sterownika do urządzenia obiektowego gwarantuje, że urządzenia wykonawcze będą bezpiecznie załączane.

Monitorowanie zwarcia/ przerwania linii

Kolejną specjalną cechą wyjść sterownika bezpieczeństwa jest zdolność do wykrywania zwarcia i monitorowania obciążenia wyjścia. Funkcjonalność ta powoduje, że od podłączonego przekaźnika wymaga się utrzymywania poboru prądu w stosunkowo wąskim zakresie. Z jednej strony nie może on spaść poniżej wartości minimalnej, tak aby nie zostało wykryte przerwanie oprzewodowania. Z drugiej strony nie powinien przekraczać pewnej wartości maksymalnej, która byłaby interpretowana jako zwarcie. Dlatego należy unikać pików prądu, szczególnie w momencie załączenia. Taki scenariusz wymaga zastosowania w przekaźnikach sprzęgających  wewnętrznego układu regulacji do utrzymywania poboru prądu na stałym poziomie i to dokładnie w wymaganym zakresie pomiędzy wartością minimalną i maksymalną.

Konstrukcja

Każdy przekaźnik ma swoje mocne i słabe strony, dlatego podczas projektowania bezpiecznego przekaźnika sprzęgającego PSR-PC50 zwrócono szczególna uwagę na redundancję oraz zróżnicowanie. Wykazano, że najlepszym rozwiązaniem dla zapewnienia wysokiego poziomu bezpieczeństwa jest zaprojektowanie przekaźnika dopasowanego do danej aplikacji (Zdjęcie 1).
Opracowując PSR-PC50 szczególną uwagę poświęcono na staranny dobór wewnętrznego przekaźnika pomocniczego . W przeciwieństwie do zastosowań do bezpiecznego wyłączenia, w przypadku systemów przeciwpożarowych i gazowych zestyki często pozostają otwarte przez kilka lat, zanim zostaną po raz pierwszy zamknięte w przypadku sytuacji zagrożenia lub testu. W związku z tym kwestie związane z doborem odpowiednich przekaźników i przewidywania potencjalnych uszkodzeń, różnią się od tych związanych z aplikacjami do bezpiecznego wyłączenia.

Jednym z kryteriów branych pod uwagę jest ścieżka tarcia stykowego, na której zachodzi mechaniczne oczyszczanie z wszelkich warstw nalotów z powierzchni zestyku przekaźnika. Dzięki czemu zapewnione jest przewodzące połączenie w przypadku wystąpienia zagrożenia. Dodatkowo aby zminimalizować powstawanie warstwy nalotu, producent musi stosować materiały o niskiej temperaturze odgazowania. Kolejnym ważnym czynnikiem jest w pełni zautomatyzowany proces produkcji przekaźników. Pozwala on wykluczyć wpływ zanieczyszczeń przez ciała obce we wnętrzu przekaźnika.

Diagnostyka

Diagnostyka sterowników bezpieczeństwa zwykle kończy się na bezpiecznym module sprzęgającym. Nie jest to wystarczające dla wielu użytkowników - i słusznie. Z tego względu funkcja monitorowania linia/obciążenie w PSR-PC50 umożliwia bezproblemową diagnostykę od sterownika do urządzenia wykonawczego. Monitorowanie odbywa się po stronie wejścia i wyjścia, i to zarówno pod kątem zwarcia jak i przerwania obwodu. Jeśli błąd wystąpi podczas normalnej pracy wpłynie to na wewnętrzną impedancję wejściową przekaźnika a w konsekwencji zakłócenia impulsów testowych wysyłanych przez sterownik, dzięki czemu defekt wykrywany jest przez odpowiednie wyjście cyfrowe sterownika. Oznacza to, że można wyeliminować dodatkowe koszty instalacji i dodatkowe wejścia cyfrowe sterownika, które potrzebne są do odczytywania stanu urządzenia wykonawczego.

Rys.3. Modułowa koncepcja systemu okablowania Phoenix Contact zapewnia szybki montaż i bezproblemowy rozruch.

Sprzęgający przekaźnik bezpieczeństwa PSR-PC50

Został specjalnie przystosowany do sterowników typu fail-safe stosowanych w inżynierii procesowej. Spełnia wszystkie wymagania dotyczące stosowania w aplikacjach aż do SIL 3 zgodnie z IEC 61508. Wewnętrzna redundancja, zintegrowany filtr impulsów testowych i wbudowany układ regulacji prądu pomaga zapewnić długą żywotność i najlepszą możliwą kompatybilność ze sterownikami bezpieczeństwa.

Ponadto w przypadku projektów o wysokiej gęstości kanałów warto sięgnąć dodatkowo po Termination Carrier. Jest to kompaktowe rozwiązania do komfortowego i bezbłędnego podłączania urządzeń z serii PSR do powszechnie stosowanych systemów bezpieczeństwa poprzez okablowanie systemowe. Podłączenie do systemu bezpieczeństwa odbywa się metodą „plug & play przez standardowy lub dostosowany do sterownika adapter czołowy.