Przekaźniki bezpieczeństwa Architektura 1oo3, diagnostyka, LFT

W celu zwiększenia efektów funkcji bezpieczeństwa, firma Pepperl+Fuchs wprowadziła szereg rozwiązań, które są skuteczne na różnych etapach łańcucha sygnalizacyjnego i funkcjonalnego. Obejmują one redundantną strukturę, diagnostykę i wykrywanie awarii linii w całym torze sygnału.

Wysokie wymagania są stawiane aplikacjom typu DTS/ETS (otwarty styk jako stan bezpieczny/zamknięty styk jako stan bezpieczny) ze względu na ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa personelu, zakładu i środowiska. Przekaźniki bezpieczeństwa pełnią rolę łącznika między systemem sterowania a urządzeniem wykonawczym i odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu „poziomu nienaruszalności bezpieczeństwa” (SIL) systemu przez cały okres jego znamionowego cyklu życia. Mogą być używane do zastosowań zarówno DTS jak i ETS. W obwodzie sygnału DTS mogą to być np. awaryjnie ustawiane zawory lub jednostki sterujące napędami. Zastosowania obwodu ETS obejmują np. optyczne i akustyczne urządzenia sygnalizacyjne czy pompy gaśnicze. Firma Pepperl+Fuchs opracowała nowy przekaźnik aby zoptymalizować dostępność funkcji bezpieczeństwa dla zastosowań w aplikacjach procesowych. Przekaźnik ma funkcję wykrywania błędów dla elementów przełączających, zintegrowaną diagnostykę oraz wykrywanie zwarć i przerw w przewodach po stronie pola.

Architektura 1oo3 a sprzęgnięte styki

Większość standardowych przekaźników bezpieczeństwa opiera się na zasadzie sprzęgniętych styków. Mają dodatkowy styk, który zawsze znajduje się w tym samym położeniu, co styk główny i zapewnia informacje zwrotne o jego stanie. Wymaga to oddzielnego okablowania. Jednak główną wadą rozwiązania sprzęgniętych styków jest to, że urządzenie polowe nie jest przełączane jeśli sam styk przełącznika głównego zawodzi. Problem jest jeszcze bardziej skomplikowany w przypadku zastosowań w aplikacjach ETS. Zwłaszcza przy małych obciążeniach, sprzężenie zwrotne ze styku pomocniczego niekoniecznie oznacza, że prąd płynie w obwodzie głównym. Powodem tego jest fakt, że sytuacja awaryjna wymagająca bezpiecznego przełączenia może nie wystąpić przez wiele lat, a styki mogą w tym czasie ulec zanieczyszczeniu lub skorodowaniu. To może oznaczać, że funkcja bezpieczeństwa nie będzie dostępna, nawet jeśli styk pomocniczy potwierdzi, że zostało ustanowione połączenie przewodzące.

Aby zwiększyć stopień bezpieczeństwa, nowe przekaźniki otrzymały redundancję dla wszystkich styków. Projekt opiera się na architekturze 1oo3, co oznacza, że 1 z 3 elementów musi być w stanie roboczym. Spośród trzech zintegrowanych styków elementarnych już jeden wystarczy do wykonania operacji przełączania. Te trzy styki dla aplikacji DTS są połączone szeregowo. W przypadku aplikacji ETS zastosowane są dwie grupy trzech styków połączonych równolegle. Nawet jeśli dwa styki w grupie ulegną awarii, funkcja bezpieczeństwa będzie nadal dostępna. Nowe przekaźniki mają wbudowaną ochronę przed zespawaniem styków oraz uproszczone i znacznie szybsze niż poprzednio testy sprawdzające. Testy te muszą być wykonywane w regularnych odstępach czasu, aby zagwarantować oczekiwany poziom bezpieczeństwa.

Zintegrowana diagnostyka

Nowe przekaźniki bezpieczeństwa korzystają ze zintegrowanej diagnostyki, która umożliwia wykrycie potencjalnych błędów przed wystąpieniem awarii. W obwodach ETS wszystkie trzy styki obu grup styków są indywidualnie sprawdzane podczas kolejnych operacji przełączania. Urządzenie sprawdza, czy dana operacja zamyka obwód, pozwalając na wykrycie wadliwego styku. Zmieniając sekwencję przełączania, wszystkie styki zostaną sprawdzone po trzech operacjach. Testy diagnostyczne obwodów DTS są realizowane podczas procesu uruchamiania. Początkowo dwa styki są zamknięte jednocześnie, a trzeci styk jest zwierany po pewnym czasie. Chodzi o to, że przed zamknięciem tego styku nie może popłynąć prąd, w przeciwnym bowiem razie przekaźnik jest uszkodzony. Podczas każdego cyklu przełączania sprawdzany jest inny styk.

Kontrole są zazwyczaj przeprowadzane corocznie. Przekaźnik bezpieczeństwa wykonuje procedurę opisaną powyżej raz podczas tych rocznych testów, co pozwala na pełne przetestowanie w okresie trzech lat bez ingerencji użytkownika. Przekaźnik można jednak przełączać trzy razy podczas jednej operacji, aby jednorazowo wykonać pełny test sprawności. Diagnostyka wykrywa zarówno zespawanie styków, jak i ich korozję, co znacząco zwiększa poziom bezpieczeństwa.

Wykrywanie zwarcia i przerwy

Funkcja bezpieczeństwa może nie być dostępna, nawet jeśli przekaźnik bezpieczeństwa działa prawidłowo. Potencjalne przyczyny takich awarii obejmują przerwane połączenia i zwarcia po stronie obiektu. Szczególnie w przypadku wrażliwych aplikacji ETS, takich jak dostawa środków gaśniczych, konieczne jest monitorowanie obwodu sygnału po stronie obiektu. Jednak wykrycie błędu linii od strony sterowania, przez izolację galwaniczną aż do urządzenia polowego nie jest możliwe przy użyciu konwencjonalnych rozwiązań. Konieczne jest dodatkowe okablowanie wyjścia sygnalizacji błędu modułu.

Funkcja LFT (Line Fault Transparency) nowego przekaźnika bezpieczeństwa zapewnia płynne monitorowanie napięcia i rezystancji obciążenia. Błędy są sygnalizowane wzrostem impedancji wejściowej przekaźnika – bez potrzeby dodatkowego okablowania. Zwrócono również uwagę na konieczność szybkiego dopasowania przekaźnika bezpieczeństwa do impulsów testowych z wielu różnych systemów ESD i DCS.

Rodzina nowych, jednokanałowych przekaźników bezpieczeństwa KFD2-RSH-* obejmuje w sumie cztery moduły do zastosowań DTS i ETS. Styki wyjściowe mogą pracować przy napięciach do 110 V DC lub do 230 V AC i są zgodne z SIL 3 (IEC 61508 ed2) oraz PLe (EN/ISO 13849 dla modułów DTS).

Pepperl+Fuchs Sp. z o.o.
ul. Owsiana 12, 03-825 Warszawa
tel. 22 256 9770
e-mail: info@pl.pepperl-fuchs.com
www.pepperl-fuchs.com

źródło: Automatyka 5/2019