Aumentare la sicurezza funzionale con i moduli relè

La sicurezza funzionale è fondamentale oggi nei sistemi industriali, in quanto garantisce il funzionamento sicuro di macchinari e processi anche in presenza di errori o malfunzionamenti. I moduli relè svolgono un ruolo fondamentale nel garantire la sicurezza funzionale, essendo un meccanismo affidabile per la regolazione dei circuiti elettrici. Questo articolo, incentrato sulla famiglia di prodotti SAFESERIES di Weidmüller, esamina l'importanza dei moduli relè nel contesto della sicurezza funzionale, evidenziandone le caratteristiche essenziali e fornendo le linee guida per la selezione e l'utilizzo ottimali.

Rispettare i requisiti di sicurezza funzionale

I relè elettromeccanici sono comunemente utilizzati per controllare i circuiti elettrici ad alta potenza con segnali a bassa potenza. Funzionano come interruttori, consentendo o impedendo il passaggio di corrente in base allo stato di un segnale di ingresso. I moduli relè sono utilizzati nelle applicazioni di sicurezza funzionale per garantire che le funzioni di sicurezza critiche siano eseguite in modo affidabile e che i potenziali pericoli siano ridotti al minimo. Alcuni degli aspetti più importanti dei moduli relè nella sicurezza funzionale sono:

• Ridondanza: la ridondanza è uno dei principi fondamentali della sicurezza funzionale, che richiede che più componenti indipendenti svolgano la stessa funzione critica per la sicurezza. I moduli relè sono spesso configurati in modo ridondante per garantire che un sistema possa continuare a funzionare in modo sicuro anche in caso di guasto di un relè.
• Progettazione a prova di guasto: i moduli relè sono in genere progettati per funzionare in uno stato sicuro; se un relè si guasta o perde l'alimentazione, passa a uno stato che garantisce la sicurezza del sistema. Ad esempio, un relè guasto in un circuito che regola l'arresto di emergenza di una macchina dovrebbe provocare un arresto immediato.
• Diagnostica e monitoraggio: integrate nei moduli relè avanzati, queste funzionalità consentono al sistema di rilevare difetti o malfunzionamenti nel relè e di avviare le risposte appropriate, come gli allarmi di guasto o la commutazione a un relè ridondante.
• Affidabilità e robustezza: i moduli relè sono noti per la loro durata e affidabilità. Possono resistere a condizioni ambientali estreme, fluttuazioni di temperatura e sollecitazioni meccaniche, rendendoli adatti all'uso in ambienti industriali difficili.
• Bassa latenza: nelle applicazioni critiche per la sicurezza, il tempo di risposta è della massima importanza. Nelle applicazioni in cui sono necessari tempi di risposta brevi per garantire la sicurezza del personale e delle apparecchiature, si preferiscono i moduli relè.

Quando si implementano moduli relè in applicazioni di sicurezza funzionale, è necessario considerare diversi aspetti, a partire dalla conformità agli standard. Questo garantisce che i moduli relè utilizzati nelle applicazioni di sicurezza funzionale siano conformi agli standard e alle certificazioni di sicurezza pertinenti.

Il Comitato europeo di normazione elettrotecnica (CENELEC) ha sviluppato la serie di norme EN 61810, che si concentra sui relè elettromeccanici elementari. La serie comprende diversi standard, ciascuno adattato a varietà e applicazioni specifiche dei relè. La norma EN 61810-3 è uno di questi standard e la sua variante Tipo A è particolarmente importante.

Relè di sicurezza

La norma EN 61810-3 Tipo A si applica ai relè elementari che incorporano tecniche specifiche di progettazione e costruzione per garantire che i contatti normalmente aperti (NA) non possano assumere la stessa posizione dei contatti normalmente chiusi (NC). Questi relè, costruiti specificamente con contatti a guida forzata per soddisfare lo standard, possono essere impiegati in sistemi di controllo ad auto-monitoraggio di sicurezza.

I contatti a guida forzata sono collegati meccanicamente per garantire che i contatti di apertura NC e i contatti di chiusura NA non si chiudano mai contemporaneamente in presenza, ad esempio, di una microsaldatura dei contatti causata da un arco elettrico ("permanenza").

Un esempio pratico di questo meccanismo di sicurezza è illustrato nella Figura 1, riferita a un modulo relè di sicurezza con 3 contatti NA e 1 contatto NC di Weidmüller. Come si vede nell'immagine, tutti i poli sono collegati meccanicamente attraverso una sbarra, che ne impedisce il movimento indipendente.

Se il contatto NC è saldato, nessuno dei contatti NA può chiudersi durante l'eccitazione del relè. Analogamente, se uno dei contatti NA è saldato, durante la diseccitazione del relè il contatto NC non può chiudersi. In combinazione con un circuito speciale, vengono rilevati i malfunzionamenti dell'apertura. Questo è il modo più affidabile per garantire la massima sicurezza degli operatori e della macchina.

Figura 1: Schema di un modulo relè di sicurezza di Weidmüller. (Immagine per gentile concessione di Weidmüller)

I relè di sicurezza consentono di implementare in modo affidabile le funzioni di sicurezza su macchine e sistemi per monitorare i segnali dei pulsanti di arresto di emergenza, le barriere fotoelettriche, gli interruttori delle porte di sicurezza e altro. È necessaria una risposta rapida nel caso di un'emergenza in un impianto. Il protocollo "eccitato in sicurezza" (ETS) deve essere utilizzato per accendere sirene, luci spia o sistemi di raffreddamento, mentre la procedura "diseccitato in sicurezza" (DTS) deve essere seguita per spegnere i motori o le valvole di arresto di emergenza. L'attivazione e la disattivazione di applicazioni di sicurezza conformi alle norme IEC62061 e SIL 3 sono garantite da relè con contatti ridondanti.

Dopo un uso ripetuto, i contatti metallici di un relè di commutazione non conforme agli standard di sicurezza possono saldarsi. Anche se l'operatore fa clic sul pulsante di arresto di emergenza, la macchina continua a funzionare in modalità non sicura. Esiste un rischio sia per l'operatore che per la macchina. I relè non certificati come sicuri non possono essere utilizzati su macchinari o impianti potenzialmente pericolosi, come previsto dai requisiti di sicurezza nazionali e internazionali.

Grazie alla loro maggiore sicurezza e affidabilità, i relè con contatti ad azione positiva stanno guadagnando popolarità. I moduli relè con contatti ad azione positiva utilizzano circuiti e meccanismi ridondanti come tecnologia principale. Queste caratteristiche ridondanti sono progettate per garantire che il relè rimanga in condizioni di sicurezza anche in caso di guasto del circuito di controllo o del relè stesso. Questa ridondanza è essenziale per le applicazioni che richiedono sicurezza e affidabilità.

L'affidabilità e le caratteristiche di sicurezza di questi moduli relè li rendono adatti a una varietà di applicazioni, ad esempio:

• Automazione industriale
• Dispositivi medici
• Generazione e distribuzione di energia elettrica
• Telecomunicazioni
• Trasporti

In questi tipi di relè, con i contatti principali e ausiliari collegati meccanicamente, la posizione degli ausiliari può essere utilizzata per determinare la posizione dei contatti principali nel circuito di alimentazione. Pertanto, è possibile determinare se il contattore è rimasto chiuso (a causa della permanenza dei contatti) anche se la sua bobina si è diseccitata. Se un contatto del polo di alimentazione è saldato, il collegamento meccanico impedisce al contatto ausiliario aperto di chiudersi quando la bobina è diseccitata.

Moduli relè SAFESERIES di Weidmüller

Nel campo dell'elettrotecnica, la sicurezza e l'affidabilità sono di estrema importanza. Questa dedizione alla precisione e all'affidabilità ha portato alla creazione di componenti avanzati, come i moduli relè innestabili di Weidmüller, dotati di contatti ad azione positiva. Questi innovativi moduli relè rappresentano un significativo passo avanti nella tecnologia, offrendo maggiore sicurezza, efficienza e flessibilità in un'ampia gamma di applicazioni.

Al centro di questi moduli relè vi è una tecnologia che garantisce che i contatti siano azionati positivamente, ossia che passino dallo stato aperto a quello chiuso in modo controllato e affidabile. Questo meccanismo esclude la possibilità di un funzionamento involontario dei contatti, indipendentemente dai guasti del relè o del circuito di controllo. Di conseguenza, il relè risultante dà la priorità alla sicurezza senza sacrificare le prestazioni.

L'estensione dei contatti SAFESERIES di Weidmüller è conforme alla norma EN 61810-3 Tipo A, che prevede relè con contatti a guida forzata. Per questo motivo, sono particolarmente adatti al monitoraggio dei segnali nelle applicazioni che riguardano la sicurezza delle persone e dei macchinari.

La serie SAFESERIES è composta da quattro relè innestabili separati con zoccoli a vite corrispondenti nelle seguenti versioni di contatto:

• 2 NA + 2 NC
• 3 NA + 1 NC
• 4 NA + 2 NC
• 3 NA + 3 NC

È possibile ottenere il massimo livello di prestazioni di PL 'e' per un'applicazione se questa è stata progettata in conformità allo standard EN/ISO 13849-1. Il componente fondamentale può essere utilizzato anche per applicazioni di sicurezza in conformità alla norma IEC/EN 62061, che consente di raggiungere i livelli di integrità della sicurezza SIL 3.

La Figura 2 mostra il modulo relè di sicurezza 2759070000 di Weidmüller racchiuso in un gruppo adatto alle applicazioni su guida DIN. È un relè generico a 4 posizioni con 3 contatti NA e 1 contatto NC con una bobina a 24 V_c.c. ±10%. Il dispositivo può essere alimentato applicando una corrente continua nominale di 20 mA con una tensione di commutazione nominale di 250 V_c.a. e contatti placcati in oro AgSnO con una corrente continua di 6 A. Sul lato del carico, la tensione di interruzione massima è di 400 V_c.a. e 250 V_c.c.. Come illustrato nella Figura 1, il relè integra un indicatore di stato (LED verde) e un diodo a ruota libera per la protezione. Il ritardo di accensione e spegnimento è inferiore a 20 ms e la durata del dispositivo è di 10 x 10⁶ cicli di commutazione.

Figura 2: Modulo relè 2759070000 SAFESERIES di Weidmüller. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

Un altro prodotto SAFESERIES, il relè miniaturizzato industriale 2759030000, è illustrato nella Figura 3. Dotato di 3 contatti NA e 1 contatto NC, questo relè con contatti a guida forzata è adatto per applicazioni generali con montaggio passante.

Figura 3: Modulo relè 2759030000 SAFESERIES di Weidmüller. (Immagine per gentile concessione di DigiKey)

Conclusione

I moduli relè sono componenti essenziali nei sistemi di sicurezza funzionale, perché garantiscono un controllo affidabile e svolgono funzioni essenziali. Grazie alla loro robustezza, alla progettazione a prova di guasto e alla compatibilità con la ridondanza, sono spesso scelti per l'uso in applicazioni in cui è richiesto il massimo livello di sicurezza. I moduli relè contribuiscono in modo sostanziale alla sicurezza e all'affidabilità complessiva dei sistemi industriali e automotive quando sono utilizzati in modo appropriato e in conformità agli standard applicabili. I moduli relè continuano a svilupparsi e a crescere di pari passo con i progressi tecnologici, aggiungendo funzioni sempre più complesse per soddisfare i requisiti sempre più stringenti della sicurezza funzionale.