رله حفاظتی دستگاهی است که عملکرد های ایمنی و حفاظتی را انجام می دهد. در تأسیسات و سیستم هایی که رله الکترومکانیکی استاندارد از ایمنی کافی برخوردار نیست ، نیاز است و مورد استفاده قرار می گیرد.
در این مقاله، برنامه ها و مزایا تکامل رله های حفاظتی توضیح خواهیم داد.
🔹ارائه دهنده: تیم تولید محتوای میراکنترل
فهرست مطالب:
🔰تعریف کلی رله حفاظتی
🔰برنامه ها و ویژگی ها
🔰تکامل رله های حفاظتی
🔰راه حل های سنتی کنترل ایمنی
🔰کاربرد های معمول برای رله های حفاظتی
🔰آینده رله های حفاظتی
در کارخانه های صنعتی پیچیده مدرن ، ارزیابی خطرات مربوط به هر سیستم به منظور دستیابی به سطح ایمنی قابل قبول واقعاً مهم است. از نظر طراحی و عملکرد ، در مقررات سیستم های ایمنی ذکر شده در استاندارد بین المللی IEC 61508 به عنوان SIS (سیستم ابزار ایمنی) گنجانده شده است. یک یا چند عملکرد ایمنی مربوط به سیستم های ابزار ایمنی است که SIF (عملکرد ابزار دقیق ایمنی) نامیده می شود. وظیفه اصلی SIF حفظ یا دستیابی به وضعیت ایمن برای EUC (تجهیزات تحت کنترل) است. عملکرد ایمنی را می توان از طریق SIL (سطح صداقت ایمنی) ارزیابی کرد.
استاندارد SIL را به عنوان معیار یکپارچگی ایمنی تعریف می کند ، به این معنی که سیستم ایمنی قادر به انجام عملکرد ایمنی خاص است. سطوح SIL از 1 (پایین ترین سطح) تا 4 (بالاترین سطح) متغیر است.
یکی از الزامات SIL که یک سیستم ایمنی باید برآورده کند مربوط به PFDavg یا PFH ، (میانگین احتمال خرابی بر اساس تقاضا / تقاضا در ساعت) است ، که احتمال خرابی دستگاه ها و اتفاقات خطرناک را کاهش می دهد. با در نظر گرفتن مقادیر بدست آمده ، استاندارد جداول تعیین سطح SIL مربوطه را نشان می دهد.
تعریف کلی رله حفاظتی
به طور معمول ، رله های اتصالی برای کنترل پنل های کنترل مارشال ، رله های ایمنی SIL2 / SIL3 ، رله های هوشمند SIL2 / SIL3 با نظارت بر خط و بار ، در بخش صنعتی استفاده می شود. برای کاربرد های حیاتی ، استفاده از رله های ایمنی الزامی است. هرگاه استفاده از رله در عملکرد ایمنی SIF مورد نیاز باشد ، رعایت استانداردهای IEC 61508 و IEC 61511 الزامی است. موارد معمولی توسط کنترلر هایی نشان داده می شود که نیاز های برق یا مدیریت چندین مخاطب را برآورده نمی کنند.
رله های دارای مجوز SIL منحصراً در بخشهای نفت و گاز و پتروشیمی مورد استفاده قرار نمی گیرند. بلکه در راه آهن ، خودرو ، آسانسور ، توزیع نیرو و زمینه هایی که خرابی رله می تواند باعث تصادف جدی شود ، استفاده نمی شود.
برنامه ها و ویژگی ها
در قسمت های مختلف فرآیند ، کنتاکت ها معمولاً با خروجی های دیجیتالی PLC یا DCS فعال می شوند. کاربرد های معمول مربوط به شیر های برقی در سیستم های ESD و آتش و گاز ، دستگاه های سیگنالینگ ، سیستم های کنترل مشعل (BMS) ، موتورهای AC یا DC است.
در SIF نمی توان از رله استاندارد استفاده کرد ، در حالی که رله ایمنی دارای گواهی SIL یک رله با توانایی شناخته شده و اثبات شده برای ارائه عملکرد های ایمنی است. هدف این عملکرد ها بدست آوردن وضعیت ایمنی خاصی در صورت درخواست (یعنی بازکردن شیر تخلیه یا فعال کردن سیستم حفاظت در برابر آتش) است.
در اکثر برنامه های اضطراری (ESD ، HIPPS ، BMS و غیره) ، عملکرد ایمنی NE (معمولاً با انرژی) می تواند مطابق روش “خاموش کردن انرژی ایمن” (DTS) فعال شود. در برنامه های آتش و گاز (F&G) اکثر عملکرد های ایمنی ND (که معمولاً خاموش هستند) می توانند مطابق روش “انرژی به ایمنی” (ETS) فعال شوند. این روش ها در چهار حالت عملکرد رله و بار به وجود می آیند که می توانند به طور معمول دارای انرژی (NE) یا خاموش (ND) باشند. بنابراین ، در مقایسه با یک رله استاندارد ، رله حفاظتی دارای قابلیت اطمینان بیشتر ، انعطاف پذیری در مرحله آزمایش و ایمنی در صورت فعال/خاموش شدن سیستم است.
از طریق اجرای معماری هایی با رله های متعدد با برنامه های DTS به صورت سری یا ETS به صورت موازی (با استفاده از یک مدار در یک زمان) است که می توانیم بر دسترسی و ایمنی تأثیر بگذاریم. حتی نیاز SIL بالاتر (به عنوان مثال SIL 3) بر کارایی رله حفاظتی تأثیر می گذارد و خطر را کاهش می دهد.
در مجموعه معمولی ویژگی های یک رله حفاظتی ، باید ویژگی های دیگر را نیز در نظر بگیریم. به عنوان مثال ، عملکرد های تشخیصی یکپارچه ، کنترل دستی ، ایمنی در برابر آزمایش پالس ها ، تماس های متعدد و روکش طلا (مواد برای تغییر مدارهای قدرت و سطح پایین) ، و همچنین میزان خرابی پایین (با تجزیه و تحلیل FMEDA قابل تعیین است). تمام ویژگی های قبلی ویژگی های معمولی رله حفاظتی را تکمیل می کند.
تکامل رله های حفاظتی
با پیچیده تر شدن ماشین آلات و عملیات فرآیند ، کاستی های رله های حفاظتی سنتی آشکارتر می شود. این مقاله راه حل های سیستم کنترل ایمنی را مقایسه کرده و مزایای PLC های ایمنی را برجسته می کند.
کدام راه حل ایمنی مقرون به صرفه ترین ، انعطاف پذیر و سازگار با برنامه ما می تواند باشد؟
لامپ LED را در نظر بگیرید. پیشرفت های تکنولوژیکی کیفیت نور را بسیار افزایش داده ، عمر آنها را افزایش داده و قیمت این لامپ های با کارایی بالا را کاهش داده است. با این حال ، هزینه بیش از دو برابر لامپ های رشته ای معمولی ، اکثر مردم را از انجام این انتقال بازداشته است. این مایه تاسف است ، زیرا میانگین سالانه صرفه جویی انرژی در یک خانه معمولی تقریباً 100 دلار است که ROI یک ساله را تأمین می کند. از همه مهمتر ، 10 برابر پس انداز در طول عمر معمولی 10 ساله آنها وجود دارد.
در مورد سیستم های کنترل ایمنی نیز وضعیت مشابه است. تولیدکنندگان با وجود صرفه جویی در چرخه عمر ضمانت شده و قابل اندازه گیری ، از به كار بردن آنچه گرانترین فناوری را در PLC های ایمنی نشان می دهند ، دریغ می كنند. این فناوری علاوه بر صرفه جویی در هزینه ، عیب یابی را به طرز چشمگیری سرعت می بخشد و در نتیجه باعث کاهش زمان خرابی می شود.
با رایج شدن سیستم های کنترل ایمنی در محیط های ماشینی و صنعتی و پیچیده تر شدن کار های اتوماسیون ، راه حل های بیشتری در دسترس است.
انتخاب صحیح بسیار مهم است. این مقاله بینش هایی را در مورد سیستم های کنترل ایمنی موجود امروزه ارائه می دهد که از مهندسان طراحی در ساده سازی انتخاب دستگاه و اطمینان از راه حل های ایمنی سازگار ، مقرون به صرفه و کارآمد پشتیبانی می کند.
راه حل های سنتی کنترل ایمنی
رله های حفاظتی اولبه
این دستگاه ها برای کنترل کارخانه ها و ماشین آلات از روزهای اولیه فن آوری کنترل صنعتی مورد استفاده قرار می گرفتند و امروزه نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. در صورت بروز شرایط خطرناک ، محرک به سادگی از منبع انرژی جدا می شود. سادگی نقطه قوت آنها می باشد.
مکانیک های قدیمی ماشین با علاقه از روزهایی صحبت می کنند که موتور ها آنقدر ساده بودند که تعمیر و نگهداری معمول را فقط با مجموعه ای ساده از ابزار ها می توان انجام داد. اعضای تیم نگهداری کارخانه نیز از سادگی رله های حفاظتی و کنتاکتور ها قدردانی می کنند.
جای تعجب نیست که سادگی نیز کمبود اصلی آنها است. برای بازگشت به قیاس خودرو ، موتور های قبلی واقعاً راحت تر کار می کردند ، اما برای کارکرد خوب آنها نیاز به کار بسیار بیشتری داشت. آنها همچنین فاقد مزایای عملکرد و قابلیت اطمینان زیادی بودند که اکنون در هر ماشین یا کامیون جدید استاندارد است. به همین ترتیب ، رله ها همیشه انعطاف پذیری لازم را برای برآوردن تمام الزامات کارخانه مدرن ندارند.
ماهیت سیم کشی
ماهیت نحوه سیم کشی سیستم های مبتنی بر رله حفاظتی به این معنی است که تغییرات سیستم چالش برانگیز است و به مهندسی و زمان زیادی برای سیم کشی نیاز دارد.
موتور ها ، سوئیچ ها و سایر وسایل کنترلی بسیار بیشتری وجود دارد که باید در آن ها جا داده شود. هر دستگاه ممکن است به یک رله حفاظتی احتیاج داشته باشد که باید به صورت جداگانه سیم کشی شود. که مشکلات عیب یابی جدی ایجاد میکند. زیرا تکنسین ها سعی می کنند خطاها یا مشکلات را فقط با مولتی مترهای خود شناسایی و تعمیر کنند.
یک شباهت دیگر با خودرو های قدیمی این است که تعدادی از قطعات مکانیکی – شمع ، روتور ، کمربند و سایر قطعات – قربانی سایش معمولی شده و نیاز به تعمیر و نگهداری در فواصل نسبتاً کوتاه دارند. رله های ایمنی نیز از فرسودگی مکانیکی رنج می برند و نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر و افزایش زمان خرابی به دلیل نقص دارند.
ماهیت نحوه سیم کشی سیستم های مبتنی بر رله حفاظتی به این معنی است که تغییرات سیستم چالش برانگیز است و به مهندسی و زمان زیادی برای سیم کشی نیاز دارد. یک محفظه الکتریکی که به عنوان یک کابینت منظم کنترل و کابل کشی آغاز شده است ، اغلب در عرض چند سال به مجموعه ای گیج کننده از الگو های متقاطع و نقطه ای از جامپر ها و سیم کشی مجدد تبدیل می شود. تغییرات آینده به طور فزاینده ای دشوار می شود و حل مشکلات به طور فزاینده ای چالش برانگیزتر می شود.
همچنین مهم است که توجه داشته باشید که این نوع سیستم های حفاظتی به سادگی می توانند در صورت خرابی از بین بروند و عملکرد محافظ را غیرفعال کنند.
رله های حفاظتی (تک کاره)
رله های حفاظتی تک کاره عملکرد صحیح عملکرد ایمنی را تضمین می کند و از افراد و تجهیزات به خوبی محافظت می کند. آن ها بین کنترل و دستگاه فعال کننده ارتباط برقرار می کنند. به عنوان مثال ، یک دکمه e-stop (دستگاه کنترل) شناسایی ، ارزیابی و از طریق مخاطبین رله حفاظتی ، یک سیم پیچ رله (دستگاه فعال) را باز می کند.
هنگامی که فقط به هزینه رله های حفاظتی نگاه می کنید ، آنها می توانند یک راه حل کم هزینه در برنامه های کاربردی محدود باشند. که معمولاً سه یا تعداد کمتری عملکرد یا دستگاه ایمنی را کنترل می کند. عملکرد آن ها ساده است و دارای ساختار واضح و از پیش تعریف شده با عملکرد ثابت هستند. رله های حفاظتی می توانند تا PL e مطابق ISO 13849-1 یا SIL 3 مطابق IEC 61508 به دست آورند.
کاربرد های معمول برای رله های حفاظتی
- توقف حرکت به صورت کنترل شده و ایمن
- نظارت بر موقعیت محافظ های متحرک
- قطع حرکت بسته در حین حرکت
- ارائه خاموش/توقف اضطراری
با این حال ، با پیچیده تر شدن سیستم های ایمنی ، کاستی هایی که یک راه حل رله حفاظتی ایجاد می کند ، شامل موارد زیر است:
- سیم کشی پیچیده ، با اتصالات سخت افزاری مستقیم بین هر دستگاه
- عیب یابی مشکل و در نتیجه وقت گیر است زیرا خطا ها باید به صورت دستی از طریق طرح بندی سیم کشی پیچیده ردیابی شوند
- یک کابوس لجستیکی با مهندسی قابل توجه برای اصلاح یا ارتقاء سیستم
- عملکرد خسته کننده به دلیل هدف یا عملکرد تعریف شده هر رله تغییر می کند
- عدم توانایی در حالت های مختلط (ایمنی و استاندارد)
- در صورت نیاز به کنترل منطقه ، خاموش شدن یا عملکرد ایمنی و حفاظتی اضافی ، تعداد نما های مورد نیاز رله های حفاظتی افزایش می یابد.
آینده رله های حفاظتی
با وجود محدودیت های رله حفاظتی کماکان رله های حفاظتی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند ، معمولاً در تجهیزات جدید تعبیه شده اند و می توانند در برنامه های ساده انتخاب مناسبی باشند. این می تواند بر اساس ارزیابی ریسک برای دستگاه یا برنامه باشد. رله حفاظتی ها معمولاً برای کنترل برنامه ایمنی به PLC استاندارد متصل می شوند. شایان ذکر است که نیاز به رله حفاظتی به طور کامل برطرف می شود وقتی از PLC های ایمنی ، که بعدا در این مقاله مورد بحث قرار گرفته است ، به جای رله های حفاظتی استفاده شود.
وقتی فقط به هزینه رله های حفاظتی نگاه می کنید ، آنها می توانند یک راه حل کم هزینه در کاربردهای محدود باشند. عملکرد آنها ساده است و دارای ساختار واضح و از پیش تعریف شده با عملکرد ثابت هستند.
رله حفاظتی چند منظوره
رله های حفاظتی (چند منظوره) این راه حل نشان دهنده یک دستگاه قابل تنظیم با چند ورودی و خروجی بیشتر است. به عنوان یک قاعده کلی ، یک رله حفاظتی قابل برنامه ریزی می تواند بین دو یا سه عملکرد ایمنی را کنترل کند ، که نشان دهنده بهبود افزایشی انعطاف پذیری نسبت به یک رله حفاظتی تک کاره است. علاوه بر این ، آنها دارای رد پای کوچکتری هستند که تابلوهای کنترل یا کابین های جمع و جورتری را قادر می سازد و سیم کشی را کاهش و ساده می کند. هر چند این سادگی به قابلیت ایمنی مورد نیاز بستگی دارد. در صورت نیاز به پهنه بندی یا خاموش شدن ، بر اساس ارزیابی ریسک برنامه ، مزیت سادگی بسیار کاهش می یابد.
رله های حفاظتی چند منظوره در چندین سبک و پیکربندی در دسترس هستند ، از جمله بدون محدودیت برای نظارت دو کاناله با یا بدون تاخیر زمانی ، کنترل دو دستی ، نظارت بر پرده نور ، نظارت بر سرعت ، نظارت بر حالت سکون موتور و گسترش رله حفاظتی به افزایش تعداد کنتاکت های خروجی
چنین رله هایی حفاظتی پیکربندی های ورودی و خروجی (I/O) زیادی را ارائه می دهند. یک واحد پایه ساده می تواند انواع ورودی ها را اداره کند و در صورت نیاز ماژول های ورودی و خروجی قابل افزایش نیز اضافه شوند. برخی از رله های حفاظتی چند منظوره را می توان برنامه ریزی کرد ، تا حدی انعطاف پذیری را ایجاد کند. با این حال ، اکثر آنها نیازی به نرم افزار برای پیکربندی یا عملکرد ندارند. این باعث می شود تنظیمات و نگهداری معمولی بسیار ساده و ساده باشد اما انعطاف پذیری ندارد.
طبق ارزیابی ریسک ، رله های حفاظتی چند منظوره اغلب انتخابی هستند. شرایط دیگر شامل سیستم هایی با الزامات پیچیده تر از رله های حفاظتی تک کاره است اما برای برنامه هایی مانند ابزار ماشین یا روبات هایی که دارای نقاط I/O زیاد یا تعداد زیادی از وظایف مربوط به ایمنی هستند بسیار محدود است.
رله های حفاظتی چند منظوره انتخاب خوبی برای برنامه های متداول با حداکثر سه عملکرد ایمنی مانند توقف اضطراری ، درب ایمنی یا نظارت بر پرده نور با استفاده از تنها یک دستگاه است.
نواقص رله های حفاظتی چند منظوره
با این حال ، رله های حفاظتی چند منظوره هنوز برخی از مهمترین نواقص خود را با رله حفاظتی تک کاره دارند. که شامل:
- هزینه و پیچیدگی دستگاه های کنترل سیم کشی سخت
- فرآیند های زمان بر برای عیب یابی نواقص و عیب ها
- مشکل در گسترش یا اصلاح سیستم کنترل
- منطق ایمنی محدود به دلیل عملکرد از پیش تعیین شده رله ایمنی می تواند کل خط تولید را مختل کند
- PLC های ایمنی امروز
با توجه به پیچیده شدن ابزار های ماشین آلات ، سیستم های اتوماسیون و امکانات فرآیند ، تقاضا برای سیستم های کنترل ایمنی نیز افزایش یافته است. در مقایسه با گذشته ، امروزه اغلب نیاز به نظارت بر تعداد بیشتری از نقاط ورودی و خروجی ، از جمله مواردی که عملکرد های مربوط به ایمنی را انجام می دهند ، وجود دارد.
PLC ایمنی
PLC ایمنی ، که گاهی اوقات به عنوان کنترل کننده ایمنی یا PLC ایمن نیز نامیده می شود ، در بسیاری از این کاربرد ها ، به ویژه سیستم های کنترل و ایمنی پیچیده امروزه ، مقرون به صرفه ترین و مقرون به صرفه ترین دستگاه است. این PLC ها استاندارد های ایمنی مورد نیاز را برآورده می کنند و می توانند تا PL e مطابق ISO 13849-1 یا SIL 3 مطابق IEC 61508 برسند.
مزایا
PLC های ایمنی در دسترس هستند که مزیت متمایزی را در مقایسه با رله های حفاظتی ارائه می دهند. آنها عملکرد استاندارد و ایمنی و حفاظتی را در یک کنترل کننده واحد ارائه می دهند. این واقعیت که هر دو برنامه استاندارد و مرتبط با ایمنی را می توان از طریق یک کنترلر اجرا کرد ، سیستم را ساده می کند ، زمان طراحی را کاهش می دهد و اندازه صفحه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.
- تغییرات را می توان به راحتی از طریق برنامه نویسی انجام داد
- دارای کتابخانه های دارای ایمنی و دارای گواهینامه TÜV ، زمان طراحی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و انعطاف پذیری را افزایش می دهد
- PLC ها استانداردهای ایمنی مورد نیاز را برآورده می کنند و می توانند تا PL e مطابق ISO 13849-1 یا SIL 3 مطابق IEC 61508
با استفاده از منطق نردبان ایمن به عنوان یکی از ابزار های برنامه نویسی ایمنی ، تغییرات ایمنی را می توان از طریق برنامه نویسی به جای تعویض دستگاه و اتصال مجدد به راحتی انجام داد. تغییر یک برنامه به آسانی وارد کردن رمز عبور ایمنی برای دسترسی به برنامه ایمنی ، به روز رسانی برنامه و سپس بارگیری برنامه به روز شده در کنترلر ایمنی است. OEM ها می توانند کتابخانه های ایمنی سفارشی برای عملکرد های ایمنی ایجاد کنند که معمولاً در راه حل های آنها استفاده می شود. این برنامه ها می توانند با رمز عبور محافظت شوند تا کاربران نتوانند عملکرد ایمنی را دور بزنند. این یکپارچگی سیستم های ایمنی و ایمنی شخصی اپرا را تضمین می کند رای دهندگان دارای کتابخانه های دارای ایمنی و دارای گواهینامه TÜV ، زمان طراحی را به میزان قابل توجهی کاهش داده و انعطاف پذیری را افزایش می دهد.
PLC های ایمنی برخی از تامین کنندگان ، از جمله زیمنس، مقیاس پذیری را نیز ارائه می دهند ، زیرا به راحتی می توان PLC ها را در هنگام ارتقاء به یک دستگاه با ظرفیت بیشتر به سیستم اضافه کرد. برنامه موجود به راحتی قابل انتقال به PLC (های) جدید ایمنی است که در صورت لزوم برای برنامه توسعه یافته قابل تغییر است.
تشخیص های تعبیه شده ، شناسایی فوری خطاها در مدارهای ایمنی و استاندارد را ارائه می دهد. تکنسین ها می توانند به چراغ های نشانگر یا اطلاعات ارائه شده از طریق HMI یا وب سرور تکیه کنند تا بلافاصله به محل خرابی هدایت شوند و تعمیر سریع و بازگشت سریع به تولید را ممکن سازند.
برای سفارش و یا خرید محصولات رله و همچنین کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.
منبع:
