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Sicherheitsrelais unter der Lupe

So klappt es mit dem Teamwork zwischen Steuerung und Sicherheitsrelais

| Autor / Redakteur: Andreas Grimsehl* / Dominik Stephan

Diagnose, Leitungsfehlertransparenz und doppelte Redundanz in einer 1oo3-Architektur: Die Schwächen zwangsgeführter Kontakte sollen mit dem KFD2-RSH Sicherheitsrelais überwunden sein.
Diagnose, Leitungsfehlertransparenz und doppelte Redundanz in einer 1oo3-Architektur: Die Schwächen zwangsgeführter Kontakte sollen mit dem KFD2-RSH Sicherheitsrelais überwunden sein. (Bild: Pepperl+Fuchs; ©photollurg, ©emerge - stock.adobe.com; [M]GötzelHorn)

Auf Nummer Sicher mit diagnosefähigen Relais – Ein neues Sicherheitsrelais soll garantieren, dass bei geschlossenem Kontakt Strom fließt. Nebenbei soll so der Aufwand beim Prooftest drastisch verringert werden. Diagnosefunktion, Leitungsfehlertransparenz und doppelte Redundanz in einer 1oo3-Architektur: So verlieren verschmutzte Kontakte – und damit bekannte Schwachpunkte zwangsgeführter Kontakte – ihren Schrecken...

Bei sicherheitsgerichteten Anwendungen geht es oft um den Schutz von Leben und Gesundheit – und um viel Geld. Die Notabschaltung eines kritischen Prozesses oder das Einschalten von Schutzmechanismen muss jederzeit zuverlässig funktionieren. Dabei gewährleisten Sicherheitsrelais den unverzichtbaren Stromfluss oder seine entscheidende Unterbrechung.

Bei diesen handelt es sich häufig um Module mit zwangsgeführten Kontakten, die eigentlich aus dem Maschinenbau stammen. Allerdings hat dieser Gerätetyp wesentliche Nachteile: Fällt ein einzelner Kontakt aus, kann dies nur erkannt werden, da der Aktor sich nicht aus- oder anschalten lässt. Auswertekanäle in der Steuerung, welche die Lage des Schaltkontaktes weitergeben, müssen gesondert verdrahtet werden.

Eine Bewegung ist noch kein Kontakt

Das vielleicht größte Manko des zwangsgeführten Kontakts tritt in der Prozessindustrie auf: Eine Bewegung des Kontaktes bedeutet nämlich nicht unbedingt, dass auch Strom fließt. Und während im Maschinenbau häufige Schaltvorgänge für die nötige Kontakthygiene sorgen, kann die Sicherheitsschaltung in der Verfahrenstechnik über Jahre ungenutzt bleiben und sich unmerklich verändern.

Verschmutzte oder korrodierte Kontakte können im Extremfall einen so hohen Widerstand erzeugen, dass die Funktion nicht mehr gewährleistet ist. In diesem Fall entsteht zudem die gefährliche Fehlinformation, dass eine Verbindung hergestellt sei. Deshalb muss in sicherheitsrelevanten Anwendungen die korrekte Funktion der Schalter durch regelmäßige Prooftests überprüft werden.

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30.10.17 - Sicherheitsrichtlinien forderten beim italienischen Chemieunternehmen Versalis die Modernisierung eines manuell gesteuerten Sicherheitssystems. Mehr als 100 neue motorisierte Ventile galt es über lokale Steuertafeln und ein neu installiertes Leitsystem zu steuern und zu überwachen. Ein Fall für die Spezialisten von Pepperl+Fuchs. lesen

Mit den Sicherheitsrelais der Serie KFD2-RSH von Pepperl+Fuchs soll das keine Rolle mehr spielen: Den Kern der Geräte bildet die 1oo3-Architektur mit der doppelt redundanten Ausführung der Kontakte. Für DTS-Anwendungen (De-energized-to-safe) sind drei Kontakte in Serie, für ETS-Signalkreise (Energized-to-safe) zwei Gruppen von je drei parallelen Kontakten angeordnet. Selbst, wenn zwei Kontakte einer Gruppe ausfallen, ist die Sicherheitsfunktion weiter gewährleistet.

Testzyklen unter der Lupe

Die integrierte Diagnosefunktion schaltet bei jedem Schaltvorgang die drei Kontakte zeitverzögert nacheinander. Bei ETS-Anwendungen werden bei drei aufeinanderfolgenden Schaltvorgängen zyklisch alle drei Relais einmal zuerst geschlossen. Während der Verzögerung prüft das Gerät, ob dieser Kontakt den Stromkreis schließt. Fehlerhafte Kontakte werden so erkannt. Im DTS-Gerät öffnen sich dagegen zunächst zwei Kontakte. Überprüft wird dann der dritte Kontakt, der sich wiederum zeitverzögert öffnet, um den Stromfluss zu unterbrechen.

Der Testzyklus ist vorgeschrieben oder richtet sich nach den Ausfallraten der mechanischen Komponenten. Typischerweise wird einmal im Jahr geprüft. Nach drei Jahren ist der Relaisbaustein ohne zusätzlichen Aufwand einmal vollständig getestet. Er kann aber auch in einem Durchgang dreimal geschaltet werden, um sofort einen kompletten Proof-Test des Relaismoduls durchzuführen.

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So treiben Sie den Relais-Fehlerteufel aus

Die Ergebnisse der Diagnose werden auf die folgenden vier Arten gemeldet:

  • LED am Modul,
  • Modifizierung der Testpulse,
  • Sammelfehlermeldung am Einspeisebaustein,
  • Prüfklemmen.

Das Ergebnis ist mehrfach zugänglich und nicht zu übersehen.

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