การยกระดับความปลอดภัยในการทำงานด้วยโมดูลรีเลย์

ความปลอดภัยในการทำงานถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับระบบอุตสาหกรรมในปัจจุบัน เป็นการรับประกันการทำงานที่ปลอดภัยของเครื่องจักรและกระบวนการต่างๆ แม้ว่าจะต้องเผชิญกับข้อผิดพลาดหรือการทำงานผิดพลาดก็ตาม โมดูลรีเลย์มีบทบาทสำคัญในการรับรองความปลอดภัยในการทำงานโดยนำเสนอกลไกที่เชื่อถือได้ในการควบคุมวงจรไฟฟ้า บทความนี้เน้นไปที่ผลิตภัณฑ์ตระกูล SAFESERIES ของ Weidmüller โดยจะตรวจสอบความสำคัญของโมดูลรีเลย์ในบริบทของความปลอดภัยในการทำงาน โดยเน้นคุณลักษณะที่สำคัญของโมดูลเหล่านั้น และให้แนวทางในการเลือกและการใช้งานที่เหมาะสมที่สุด

การตอบสนองความต้องการด้านความปลอดภัยในการทำงาน

รีเลย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้ามักใช้เพื่อควบคุมวงจรไฟฟ้ากำลังสูงที่มีสัญญาณไฟต่ำ รีเลย์ดังกล่าวทำหน้าที่เป็นสวิตช์ อนุญาตหรือป้องกันการผ่านของกระแส ขึ้นอยู่กับสถานะของสัญญาณอินพุต โมดูลรีเลย์ถูกนำมาใช้ในการใช้งานด้านความปลอดภัยเพื่อให้มั่นใจว่าฟังก์ชันความปลอดภัยที่สำคัญได้รับการดำเนินการอย่างเชื่อถือได้และลดอันตรายที่อาจเกิดขึ้น สิ่งสำคัญที่สุดบางประการของโมดูลรีเลย์ด้านความปลอดภัยในการทำงานมีดังนี้:

• การซ้ำสำรอง: การซ้ำสำรองเป็นหนึ่งในหลักการพื้นฐานของความปลอดภัยในการทำงาน โดยกำหนดให้ส่วนประกอบอิสระหลายตัวทำหน้าที่ที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัยเหมือนกัน โมดูลรีเลย์มักมีรูปแบบซ้ำสำรองเพื่อให้แน่ใจว่าระบบสามารถทำงานได้อย่างปลอดภัยต่อไปแม้ว่ารีเลย์ตัวใดตัวหนึ่งจะล้มเหลวก็ตาม
• การออกแบบให้ทำงานแบบปลอดภัยแม้ขัดข้อง: โดยทั่วไปโมดูลรีเลย์ได้รับการออกแบบมาให้ทำงานผิดปกติในสถานะที่ปลอดภัย หากรีเลย์ล้มเหลวหรือสูญเสียพลังงาน รีเลย์จะอยู่ในสถานะที่รับประกันความปลอดภัยของระบบ ตัวอย่างเช่น รีเลย์ที่ล้มเหลวในวงจรที่ควบคุมการหยุดฉุกเฉินของเครื่องควรส่งผลให้มีการหยุดทำงานทันที
• การวินิจฉัยและการตรวจสอบ: ความสามารถเหล่านี้ผสานรวมเข้ากับโมดูลรีเลย์ขั้นสูง ทำให้ระบบสามารถตรวจจับข้อบกพร่องหรือการทำงานผิดปกติในรีเลย์ และเริ่มการตอบสนองที่เหมาะสม เช่น การแจ้งเตือนข้อผิดพลาด หรือการสลับไปใช้รีเลย์สำรอง
• ความน่าเชื่อถือและความทนทาน: โมดูลรีเลย์มีชื่อเสียงในด้านความทนทานและความน่าเชื่อถือ ซึ่งสามารถทนต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ความผันผวนของอุณหภูมิ และความเครียดทางกล ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการทางอุตสาหกรรม
• เวลาแฝงต่ำ: ในการใช้งานที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัย เวลาตอบสนองมีความสำคัญสูงสุด ในการใช้งานที่ต้องใช้เวลาตอบสนองที่รวดเร็วเพื่อความปลอดภัยของบุคลากรและอุปกรณ์ แนะนำให้ใช้โมดูลรีเลย์

เมื่อนำโมดูลรีเลย์ไปใช้งานในการใช้งานด้านความปลอดภัย จะต้องพิจารณาหลายประการ โดยเริ่มจากการปฏิบัติตามมาตรฐาน เพื่อให้แน่ใจว่าโมดูลรีเลย์ที่ใช้ในการใช้งานความปลอดภัยด้านการทำงานเป็นไปตามมาตรฐานและการรับรองด้านความปลอดภัยที่เกี่ยวข้อง

คณะกรรมการมาตรฐานไฟฟ้าเทคนิคแห่งยุโรป (CENELEC) ได้พัฒนาซีรี่ส์ EN 61810 ซึ่งมุ่งเน้นไปที่รีเลย์พื้นฐานระบบเครื่องกลไฟฟ้า ซีรีส์นี้ประกอบด้วยมาตรฐานหลายมาตรฐาน แต่ละมาตรฐานได้รับการปรับแต่งให้เหมาะกับรีเลย์และการใช้งานเฉพาะ โดย EN 61810-3 เป็นหนึ่งในมาตรฐานเหล่านี้ และ Type A มีความสำคัญเป็นพิเศษ

รีเลย์นิรภัย

มาตรฐาน EN 61810-3 Type A ใช้กับรีเลย์พื้นฐานที่รวมเทคนิคการออกแบบและการผลิตเฉพาะเพื่อรับประกันว่าหน้าสัมผัสแบบปกติเปิด (NO) จะไม่สามารถรับตำแหน่งเดียวกันกับหน้าสัมผัสแบบปกติปิด (NC) รีเลย์เหล่านี้สร้างขึ้นโดยเฉพาะโดยมีหน้าสัมผัสบังคับเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐาน มีความสามารถในการตรวจสอบตนเองและระบบควบคุมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย

หน้าสัมผัสที่ถูกบังคับจะเชื่อมโยงกันทางกลไกเพื่อให้แน่ใจว่าหน้าสัมผัสเปิด NC และหน้าสัมผัสปิด NO จะไม่ปิดพร้อมกันเมื่อมีรอยเชื่อมขนาดเล็กของหน้าสัมผัสที่เกิดจากอาร์คซิ่ง (“การติดรีเลย์”)

ตัวอย่างการใช้งานจริงของกลไกความปลอดภัยนี้แสดงอยู่ในรูปที่ 1 โดยอ้างอิงถึงโมดูลรีเลย์นิรภัยของ Weidmüller ที่มีหน้าสัมผัส NO 3 อันและหน้าสัมผัส NC 1 อัน ดังที่เห็นในภาพ ขั้วทั้งหมดเชื่อมต่อกันด้วยกลไกผ่านแท่ง เพื่อป้องกันการเคลื่อนที่อย่างอิสระ

หากมีการเชื่อมหน้าสัมผัส NC จะไม่สามารถปิดหน้าสัมผัส NO ใด ๆ ได้ในระหว่างการจ่ายไฟของรีเลย์ ในทำนองเดียวกัน หากมีการเชื่อมหน้าสัมผัส NO ใดๆ ในระหว่างการตัดพลังงานของรีเลย์ หน้าสัมผัส NC จะไม่สามารถปิดได้ เมื่อใช้ร่วมกับวงจรพิเศษจะตรวจพบความผิดปกติในการเปิด นี่เป็นวิธีที่น่าเชื่อถือที่สุดในการรับรองความปลอดภัยสูงสุดของมนุษย์และเครื่องจักร

รูปที่ 1: แผนผังของโมดูลรีเลย์นิรภัย Weidmüller (แหล่งที่มา: Weidmüller)

รีเลย์นิรภัยช่วยให้ใช้งานฟังก์ชันความปลอดภัยบนเครื่องจักรและระบบได้อย่างน่าเชื่อถือ เพื่อตรวจสอบสัญญาณปุ่มหยุดฉุกเฉิน ม่านแสง สวิตช์ประตูนิรภัย และอื่นๆ จำเป็นต้องมีการตอบสนองอย่างรวดเร็วในกรณีเกิดเหตุฉุกเฉินในโรงงาน ควรใช้โปรโตคอล "เปิดเพื่อความปลอดภัย" (ETS) เพื่อเปิดไซเรน ไฟเตือน หรือระบบทำความเย็น ในขณะที่ควรปฏิบัติตามขั้นตอน "ปิดเพื่อความปลอดภัย" (DTS) เพื่อปิดมอเตอร์หรือวาล์วหยุดฉุกเฉิน การเปิดใช้งานและการปิดใช้งานที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยตามมาตรฐาน IEC62061 และ SIL 3 รับประกันได้โดยใช้รีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสแบบซ้ำสำรอง

หลังจากใช้งานหลายครั้ง หน้าสัมผัสโลหะในรีเลย์สวิตช์ที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัยอาจเชื่อมได้ แม้ว่าผู้ปฏิบัติงานจะคลิกปุ่มหยุดฉุกเฉิน เครื่องจะยังคงทำงานในโหมดไม่ปลอดภัยต่อไป มีความเสี่ยงทั้งผู้ปฏิบัติงานและเครื่องจักร รีเลย์ที่ไม่ได้รับการรับรองว่าปลอดภัยนั้นไม่สามารถใช้กับเครื่องจักรหรือการติดตั้งที่อาจเป็นอันตรายได้ ตามที่กำหนดโดยข้อกำหนดด้านความปลอดภัยระดับชาติและนานาชาติ

เนื่องจากความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือที่เพิ่มขึ้น รีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสที่ขับเคลื่อนเชิงบวกจึงได้รับความนิยม โมดูลรีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสขับเคลื่อนเชิงบวกใช้วงจรและกลไกซ้ำสำรองเป็นเทคโนโลยีหลัก คุณลักษณะการซ้ำสำรองเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้แน่ใจว่ารีเลย์จะยังคงอยู่ในสภาวะที่ปลอดภัย แม้ว่าวงจรควบคุมหรือตัวรีเลย์จะล้มเหลวก็ตาม การซ้ำสำรองนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ

คุณลักษณะด้านความน่าเชื่อถือและความปลอดภัยของโมดูลรีเลย์เหล่านี้ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น:

• หุ่นยนต์อุตสาหกรรม
• อุปกรณ์ทางการแพทย์
• การผลิตและจำหน่ายไฟฟ้า
• โทรคมนาคม
• การขนส่ง

ในรีเลย์ประเภทนี้ เมื่อหน้าสัมผัสหลักและหน้าสัมผัสเสริมเชื่อมต่อกันทางกลไก ตำแหน่งของตัวช่วยสามารถใช้เพื่อกำหนดตำแหน่งของหน้าสัมผัสหลักในวงจรไฟฟ้าได้ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะระบุได้ว่าคอนแทคเตอร์ยังคงปิดอยู่หรือไม่ (เนื่องจากการเกาะติดของหน้าสัมผัส) แม้ว่าขดลวดจะถูกตัดพลังงานแล้วก็ตาม หากมีการเชื่อมหน้าสัมผัสของขั้วไฟฟ้า การเชื่อมต่อทางกลจะป้องกันไม่ให้หน้าสัมผัสเสริมแบบเปิดปิดเมื่อขดลวดไม่ทำงาน

โมดูลรีเลย์ SAFESERIES ของ Weidmüller

ในด้านวิศวกรรมไฟฟ้า ความปลอดภัยและความเชื่อถือได้ถือเป็นสิ่งสำคัญสูงสุด การอุทิศตนเพื่อความแม่นยำและความน่าเชื่อถือนี้ส่งผลให้เกิดการสร้างส่วนประกอบขั้นสูง เช่น โมดูลรีเลย์แบบเสียบได้ของ Weidmüller ซึ่งมีหน้าสัมผัสที่ขับเคลื่อนเชิงบวก โมดูลรีเลย์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่เหล่านี้แสดงถึงความก้าวหน้าครั้งสำคัญในด้านเทคโนโลยี โดยนำเสนอความปลอดภัย ประสิทธิภาพ และความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้นในการใช้งานที่หลากหลาย

หัวใจสำคัญของโมดูลรีเลย์เหล่านี้คือเทคโนโลยีที่รับประกันว่าหน้าสัมผัสจะขับเคลื่อนในเชิงบวก ซึ่งหมายความว่าจะเปลี่ยนระหว่างสถานะเปิดและปิดในลักษณะควบคุมและเชื่อถือได้ กลไกนี้ขัดขวางความเป็นไปได้ของการดำเนินการสัมผัสโดยไม่ได้ตั้งใจ โดยไม่คำนึงถึงความผิดปกติของรีเลย์หรือวงจรควบคุม ด้วยเหตุนี้ รีเลย์ที่ได้ให้ความสำคัญกับความปลอดภัยโดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

ส่วนขยายหน้าสัมผัส SAFESERIES ของ Weidmüller เป็นไปตามมาตรฐาน EN 61810-3 Type A ซึ่งประกอบด้วยรีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสบังคับ ด้วยเหตุนี้ จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการตรวจสอบสัญญาณในการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของทั้งคนและเครื่องจักร

SAFESERIES ประกอบด้วยรีเลย์แบบเสียบได้สี่ตัวแยกกันพร้อมช่องเสียบสกรูที่เข้ากันในหน้าสัมผัสต่อไปนี้:

• 2 NO + 2 NC
• 3 NO + 1 NC
• 4 NO + 2 NC
• 3 NO + 3 NC

การบรรลุประสิทธิภาพสูงสุดระดับ PL 'e' สำหรับการใช้งานนั้นสามารถเกิดขึ้น หากได้รับการออกแบบตามมาตรฐาน EN/ISO 13849-1 ส่วนประกอบพื้นฐานยังสามารถนำมาใช้สำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัยตามมาตรฐาน IEC/EN 62061 ซึ่งช่วยให้บรรลุความสมบูรณ์ด้านความปลอดภัยระดับ SIL 3

รูปที่ 2 แสดง Weidmüller 2759070000 โมดูลนิรภัยอยู่ในชุดประกอบที่เหมาะสำหรับการใช้งานราง DIN เป็นรีเลย์เอนกประสงค์ 4 ตำแหน่ง พร้อมหน้าสัมผัส NO 3 จุด และหน้าสัมผัส NC 1 จุด พร้อมขดลวด 24 V_DC ±10% ซึ่งสามารถจ่ายไฟให้กับอุปกรณ์ได้โดยการใช้กระแสไฟ DC ที่คอยล์กำหนดที่ 20 mA พร้อมด้วยพิกัดแรงดันไฟสวิตชิ่งที่ 250 V_AC และหน้าสัมผัสเคลือบทอง AgSnO ที่ได้รับพิกัดกระแสต่อเนื่อง 6 A ด้านโหลด แรงดันไฟฟ้าสวิตชิ่งสูงสุดคือ 400 V_AC และ 250 V_DC ดังที่แสดงในแผนภาพของรูปที่ 1 รีเลย์จะรวมตัวบ่งชี้สถานะ (LED สีเขียว) และไดโอดแบบอิสระเพื่อป้องกัน ความล่าช้าในการเปิดและปิดเครื่องน้อยกว่า 20 ms และอายุการใช้งานของอุปกรณ์คือวงจรการสวิตช์ 10 x 10⁶ ครั้ง

รูปที่ 2: โมดูลรีเลย์ 2759070000 SAFESERIES ของ Weidmüller (แหล่งที่มา: DigiKey)

อีกหนึ่งผลิตภัณฑ์ของ SAFESERIES ได้แก่ 2759030000 รีเลย์อุตสาหกรรมขนาดเล็กแสดงในรูปที่ 3 มีหน้าสัมผัส NO 3 จุดและหน้าสัมผัส NC 1 จุด รีเลย์พร้อมหน้าสัมผัสบังคับนี้เหมาะสำหรับการใช้งานทั่วไปและมีการติดตั้งแบบรูทะลุ

รูปที่ 3: โมดูลรีเลย์ 2759030000 SAFESERIES ของ Weidmüller (แหล่งที่มา: DigiKey)

สรุป

โมดูลรีเลย์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในระบบความปลอดภัยในการทำงาน เนื่องจากทำให้มั่นใจในการควบคุมที่เชื่อถือได้และปฏิบัติหน้าที่ที่จำเป็น เนื่องจากความทนทาน การออกแบบที่ปลอดภัยเมื่อเกิดเหตุขัดข้อง และความเข้ากันได้กับระบบสำรอง จึงมักถูกเลือกใช้ในการใช้งานที่ต้องการความปลอดภัยระดับสูงสุด โมดูลรีเลย์มีส่วนอย่างมากต่อความปลอดภัยโดยรวมและความน่าเชื่อถือของระบบอุตสาหกรรมและยานยนต์เมื่อมีการใช้อย่างเหมาะสมและเป็นไปตามมาตรฐานที่บังคับใช้ โมดูลรีเลย์ยังคงพัฒนาและเติบโตควบคู่ไปกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี โดยเพิ่มคุณสมบัติที่ซับซ้อนมากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการด้านความปลอดภัยในการทำงานที่เพิ่มมากขึ้น