安全繼電器、安全PLC
■ 安全輸出設(shè)備－ 接觸器、電磁閥、 AC 驅(qū)動器
■ 互聯(lián)接線 － 電纜線連接、 光連接
圖 1 － 一個完整的安全系統(tǒng)由安全輸入設(shè)備、安全控制設(shè)備和安全輸出設(shè)備三部分組成
安全控制設(shè)備－ 安全繼電器
在一些低等或中等復雜程度的機械設(shè)備和控制系統(tǒng)中，安全繼電器是一種典型的安全功能執(zhí)行部件，作為“邏輯”子系統(tǒng)，安全繼電器執(zhí)行一些安全功能任務(wù)，包括：監(jiān)視安全傳感器的狀態(tài)，當輸入信號、輸出信號、安全繼電器本身發(fā)生了一個故障控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，安全繼電器能夠檢測出來，并且能有效防止安全繼電器重啟。安全繼電器執(zhí)行這些安全功能任務(wù)，其產(chǎn)品特性符合ISO 13849-1的要求。
關(guān)于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能特性，僅僅聲明是按照某種標準設(shè)計是不夠的，還必須通過具有認證資格、可以進行認證測試機構(gòu)的測試。獲得認證證書的安全繼電器是一種被鑒定的安全元器件，能實現(xiàn)ISO 13849-1最高性能標準的要求，能非常容易地被綜合應(yīng)用到安全功能系統(tǒng)中，最高可實現(xiàn)PL e的安全等級要求。在頒發(fā)認證證書的過程中，安全繼電器的不同特性都被仔細考慮、評估和驗證，以確認是按照ISO 13849-1的要求設(shè)計。
安全繼電器的結(jié)構(gòu)
機器的安全功能是通過安全傳感器的命令信號或通過一個故障信號實現(xiàn)，安全繼電器的任務(wù)就是處理其接收到的相應(yīng)信號，在機器危險時，執(zhí)行一個立即關(guān)斷的安全命令。為了執(zhí)行這樣的安全功能，安全繼電器的內(nèi)部分為信號輸入部分，以及能夠處理輸入信號和輸出部分開關(guān)或控制負載狀態(tài)的邏輯部分。
如果設(shè)計一個安全等級為4的安全繼電器，其需要被設(shè)計為冗余結(jié)構(gòu)（圖2）。
圖2 安全等級為4的安全繼電器的冗余結(jié)構(gòu)，一個故障不會導致安全性的喪失！在下一個命令發(fā)生的時候或之前，
這個故障會被發(fā)現(xiàn)，如果沒有發(fā)現(xiàn)，累計故障也不會導致安全性的喪失 ！
■ 雙通道信號輸入部分－用于監(jiān)視與之相連的安全傳感器的狀態(tài)（急停按鈕、安全門、安全光柵等等）
■ 冗余的邏輯部分－負責監(jiān)視傳感器、負載和冗余繼電器（K1、K2）的開關(guān)觸點狀態(tài)
■ 輸出部分－由2個獨立的繼電器的常開觸點串聯(lián)達到冗余功能，其輸出雙通道用于控制兩個直接與負載相連的接觸器開關(guān)
為了評估系統(tǒng)的性能等級PL，安全繼電器的結(jié)構(gòu)型式必須是ISO 13849-1中指定的5種結(jié)構(gòu)圖中的一種。下圖中這種指定的結(jié)構(gòu)型式對性能等級PL評估起了決定性的作用，當發(fā)生單個故障時，系統(tǒng)的安全功能不會喪失。
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安全繼電器采用冗余結(jié)構(gòu)" src="/images/UploadFile/201322422451239.jpg" height="204" width="411"/>
圖3 ISO 13849-1標準中安全等級4指定的結(jié)構(gòu)，安全繼電器采用冗余結(jié)構(gòu)，一個故障不會導致安全性的喪失！
值得一提的是，安全等級為4的安全繼電器滿足所有安全等級的要求控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，是最高的安全等級。不僅4級安全等級是雙通道冗余結(jié)構(gòu)，3級安全等級同樣也是雙通道冗余結(jié)構(gòu)，兩者的區(qū)別取決于外部回路接線的不同。
平均無危險故障時間
MTTFd 值描述了安全繼電器發(fā)生一個危險故障預測的平均操作時間，ISO 13849-1中考慮的此值是針對單通道。而對于冗余雙通道，有一個公式用于計算相聯(lián)系統(tǒng)的MTTFd值，通過單個MTTFd值可以計算系統(tǒng)的MTTFd值。
按照定義，安全繼電器是一個開關(guān)單元，既包含電氣零部件，也包含機械零部件，因此有2個值用于評估單通道的MTTFd值。對于電氣零部件，可以參見標準附件表格中提供的，正常操作條件下典型的和最壞情況時的MTTFd值。而對于繼電器的開關(guān)觸點，其生命周期是有限的開關(guān)動作次數(shù)，因
此，在實現(xiàn)機械設(shè)備安全功能的應(yīng)用中，影響繼電器的MTTFd值最主要的因數(shù)是繼電器的開關(guān)動作頻率。
因此，在評估時，需要一些實際應(yīng)用情況參數(shù)，以便計算真實的MTTFd值：
校正系數(shù)
B10d－發(fā)生10％危險故障概率時，安全繼電器平均動作的次數(shù)
nop－安全繼電器平均動作的次數(shù)/年
hop－安全繼電器平均工作小時 /天
dop－安全繼電器平均工作天數(shù)/年
Tcycle－安全繼電器兩次連續(xù)動作周期之間的平均間隔時間(以s為時間單位)
例如：一個安全繼電器，在大負載情況下，其B10d為400000，假設(shè)其一年365天，一天24小時都在工作，且每隔10分鐘開關(guān)動作一次，其機械的MTTFd值，按照公式：
MTTFd(電氣的) = 1000 年
一旦安全繼電器電氣和機械MTTFd值確定，一種所謂的零部件計算方法將用于評估整個通道的MTTFd 值，每個MTTFd值的倒數(shù)相加，其和是整個通道的MTTFd值的倒數(shù)，以年為單位。
所以安全繼電器的MTTFd＝70.7 年
評估出每個通道的MTTFd值，整個系統(tǒng)的MTTFd值也能計算出來，小些的值是整個系統(tǒng)的MTTFd值。對于安全等級為4，MTTFd值“高”意味著MTTFd值必須介于30~100年之間。
系統(tǒng)故障診斷覆蓋
DC值是故障檢測率或與安全相關(guān)的診斷效率，DC值是危險故障檢測率和整個系統(tǒng)危險故障率的比值，通常以百分比的形式出現(xiàn)，分成4種等級：無、低、中、高。
安全繼電器內(nèi)所使用的繼電器元件的觸點是強制操作（機械聯(lián)動），參見EN 50205標準。其特點：常開觸點（NO）和常閉觸點（NC）不可能同時處于同一個位置狀態(tài)，此特點有利于診斷開關(guān)觸點的位置狀態(tài)。例如：在4級安全等級應(yīng)用中，當一個觸點發(fā)生粘連時，通過檢測與之機械聯(lián)動的常閉觸點（NC）的狀態(tài)，在重啟時，安全功能有效，防止安全繼電器重新啟動。依照DC ISO 13849-1標準附件E的要求，一個具有可靠監(jiān)視功能的安全繼電器具有很高的DC分值，達到99％。如何獲得DC值？ 通常由供應(yīng)商提供。
冗余結(jié)構(gòu)共因故障
評估PL的最后一個衡量參數(shù)是否是采取措施，降低由于一個共同的原因?qū)е?級安全等級冗余雙通道故障（所謂的共因故障CCF）。共同的原因?qū)е氯哂嘟Y(jié)構(gòu)雙通道故障，能通過在產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、環(huán)境特性中沒有考慮到的本質(zhì)設(shè)計避免，例如：強電磁干擾或高溫。該參數(shù)常常以數(shù)值表示。對于不同的產(chǎn)品，生產(chǎn)制造商應(yīng)該給出采用其產(chǎn)品和相應(yīng)的預防措施可獲得的結(jié)果。如果供應(yīng)商不能提供，可依據(jù)產(chǎn)品制造符合的標準和采用的方法，在IS013849-1標準中查找。
為了保證采取的措施可以有效地抗擊單個故障源的影響，針對整個系統(tǒng)，ISO 13849-1標準列出了一些具體進行定量評估的方法，包括和分值直接相關(guān)聯(lián)的措施。通常要求該值要超過65分，才表示該系統(tǒng)采取的控制措施在預防共因故障方面符合要求。一個依照標準設(shè)計、采用冗余結(jié)構(gòu)、經(jīng)過測試的安全繼電器的典型值是80分。
表 1 － 安全繼電器設(shè)計和研發(fā)過程中，為抗擊CCF采取的措施
型式測試證書
詳細的證明結(jié)果是型式測試證書，證書詳細描述了被測試的產(chǎn)品，包括產(chǎn)品的型號或版本，以及產(chǎn)品在進行基礎(chǔ)測試時所引用的不同標準，在安全功能應(yīng)用方面，關(guān)于產(chǎn)品應(yīng)用的注釋。
型式測試證書提供給產(chǎn)品使用者產(chǎn)品有效的實驗證據(jù)，在功能性安全標準方面產(chǎn)品遵守的采取的，此標準和EU機械指令相協(xié)調(diào)，基于證明，產(chǎn)品文檔將舉例說明安全繼電器達到的PL等級，同時，還應(yīng)該提供MTTFd 值和DC值。
目前，作為專業(yè)的安全繼電器生產(chǎn)廠家，PSR菲尼克斯安全繼電器在全球已經(jīng)得到了大量應(yīng)用控制工程網(wǎng)版權(quán)所有，例如：金屬加工、塑料機械、塑膠機械、玻璃機械、電梯行業(yè)、風電行業(yè)、冶金行業(yè)、石化行業(yè)、汽車行業(yè)、物流行業(yè)等等。
2009年12月，新標準ISO 13849-1將正式取代EN 954-1。機械設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計人員需要重新確認安全控制功能的設(shè)計，以便確認系統(tǒng)是否按照新標準設(shè)計，是否滿足標準中對安全功能定量的要求，操作人員本質(zhì)健康的要求，以及EU機械指令的安全要求。新標準采用了不同的方法考慮或評估，在安全功能應(yīng)用中一個危險故障發(fā)生的概率。
在一些低等或中等復雜程度的機械設(shè)備和控制系統(tǒng)中，安全繼電器是一種典型的安全功能執(zhí)行部件，其產(chǎn)品特性符合ISO 13849-1的要求。作為安全產(chǎn)品生產(chǎn)廠家，如果想取得有關(guān)產(chǎn)品應(yīng)用標準、結(jié)構(gòu)和功能特性認證證書，必須通過具有認證資格、可以進行認證測試機構(gòu)的測試。 獲得認證證書的安全繼電器是一種被鑒定的安全元器件，能實現(xiàn)ISO 13849-1最高性能標準的要求。
