作者：Rolf Horn

　　功能安全对于当今的工业系统至关重要，即使在遇到错误或故障时也能保证机器和流程的安全运行。继电器模块通过提供可靠的电路调节机制，在确保功能安全方面发挥着关键作用。本文重点介绍魏德米勒SAFESERIES 产品系列，探讨了继电器模块在功能安全方面的重要性，强调了它们的基本特性，并为最佳选择和使用提供了指导。

　　满足功能安全需求

　　机电继电器通常用于用低功率信号控制高功率电路。它们起到开关的作用，根据输入信号的状态允许或阻止电流通过。继电器模块用于功能安全应用，以确保可靠地执行关键安全功能并将潜在危险降至最低。继电器模块在功能安全方面的一些最重要的方面如下：

　　冗余：冗余是功能安全的基本原则之一，需要多个独立组件来执行相同的安全关键功能。继电器模块经常进行冗余配置，以确保即使一个继电器发生故障，系统也能继续安全运行。

　　故障安全设计：继电器模块通常设计为在安全状态下发生故障;如果继电器发生故障或断电，它将默认进入确保系统安全的状态。例如，调节机器紧急停止的电路中的继电器故障应导致立即停止。

　　诊断和监控：这些功能集成到先进的继电器模块中，使系统能够检测继电器中的缺陷或故障并启动适当的响应，例如故障警报或切换到冗余继电器。

　　可靠性和坚固性：继电器模块以其耐用性和可靠性而闻名。它们可以承受极端的环境条件、温度波动和机械应力，使其适合在要求苛刻的工业环境中使用。

　　低延迟：在安全关键型应用中，响应时间至关重要。在需要快速响应时间以确保人员和设备安全的应用中，继电器模块是首选。

　　在功能安全应用中实施继电器模块时，必须考虑几个因素，首先是标准合规性。这确保了功能安全应用中使用的继电器模块符合相关的安全标准和认证。

　　欧洲电工标准化委员会 (CENELEC) 开发了 EN 61810 系列，该系列专注于机电基本继电器。该系列包含多个标准，每个标准都针对特定的继电器品种和应用而定制。 EN 61810-3 是这些标准之一，其 A 型变体具有特别重要的意义。

　　安全继电器

　　EN 61810-3 A 类标准适用于采用特定设计和构造技术的基本继电器，以保证常开 (NO) 触点不能处于与常闭 (NC) 触点相同的位置。这些继电器专门采用强制引导触点构建，符合标准，能够用于自我监控、安全相关的控制系统。

　　强制引导触点通过机械方式连接，以确保 NC 打开触点和 NO 闭合触点在出现诸如由电弧引起的触点微焊接(“继电器粘连”)等情况时不会同时闭合。

　　图 1 显示了该安全机制的一个实际示例，该示例涉及具有 3 个常开触点和 1 个常闭触点的魏德米勒安全继电器模块。如图所示，所有杆都通过杆机械连接，防止独立移动。

　　如果 NC 触点被焊接，则在继电器通电期间，所有 NO 触点都无法闭合。同样，如果任何 NO 触点被焊接，则在继电器断电期间，NC 触点无法闭合。与特殊电路相结合，可检测开路故障。这是确保人和机器最大安全的最可靠方法。

　　图 1：魏德米勒安全继电器模块图。 (来源：魏德米勒)

　　安全继电器能够在机器和系统上可靠地实施安全功能，以监控紧急停止按钮信号、光幕、安全门开关等。工厂发生紧急情况时需要快速响应。应使用“通电至安全”(ETS) 协议来打开警报器、警示灯或冷却系统，而应遵循“断电至安全”(DTS) 程序来关闭电机或紧急停止阀。使用具有冗余触点的继电器可保证安全相关应用的激活和停用符合 IEC62061 和 SIL 3 标准。

　　不符合安全标准的开关继电器在重复使用后，其金属触点可能会熔焊。即使操作员点击紧急停止按钮，机器也会继续在不安全的模式下运行。操作员和机器都存在风险。根据国家和国际安全要求的规定，未经安全认证的继电器不能用于有潜在危险的机械或装置。

　　由于安全性和可靠性的提高，具有正向驱动触点的继电器越来越受欢迎。具有强制驱动触点的继电器模块采用冗余电路和机制作为其主要技术。这些冗余功能旨在确保即使控制电路或继电器本身发生故障，继电器也能保持在安全状态。这种冗余对于安全性和可靠性很重要的应用至关重要。

　　这些继电器模块的可靠性和安全性使其适合各种应用，例如：

　　工业自动化

　　医疗设备

　　发电及配电

　　电信

　　运输

　　在这些类型的继电器中，主触点和辅助触点机械连接，辅助触点的位置可用于确定主触点在电源电路中的位置。因此，即使接触器的线圈已断电，也可以确定接触器是否仍保持闭合状态(由于触点粘连)。如果电源极触点被焊接，则机械连接可防止线圈断电时打开的辅助触点闭合。

　　魏德米勒的 SAFESERIES 继电器模块

　　在电气工程领域，安全性和可靠性至关重要。这种对精度和可靠性的执着造就了先进组件的诞生，例如魏德米勒具有强制驱动触点的可插拔继电器模块。这些创新的继电器模块代表了技术的重大进步，在广泛的应用中提供了更高的安全性、效率和灵活性。

　　这些继电器模块的核心是一种确保触点得到积极驱动的技术，这意味着它们以受控且可靠的方式在打开和关闭状态之间转换。无论继电器或控制电路故障如何，该机制都可以排除意外接触操作的可能性。因此，最终的继电器在不牺牲性能的情况下优先考虑安全性。

　　魏德米勒的 SAFESERIES 触点扩展符合 EN 61810-3 A 类标准，由具有强制引导触点的继电器组成。因此，它们特别适合在涉及人员和机器安全的应用中进行信号监控。

　　SAFESERIES 由四个独立的可插拔继电器组成，带有匹配的螺丝插座，具有以下触点版本：

　　2 个常开 + 2 个常闭

　　3 个常开 + 1 个常闭

　　4 个常开 + 2 个常闭

　　3 个常开 + 3 个常闭

　　如果应用程序按照 EN/ISO 13849-1 标准进行设计，则可以实现应用程序的最高性能水平 PL 'e'。该基本组件还可用于符合 IEC/EN 62061 的安全应用，从而实现 SIL 3 级安全完整性。

　　图 2 显示了封装在适合 DIN 导轨应用的组件中的魏德米勒2759070000安全继电器模块。它是一款 4 位通用继电器，具有 3 个常开触点和 1 个常闭触点，带有 24 V DC ±10% 线圈。该设备可以通过施加 20 mA 的线圈额定直流电流、250 V AC的额定开关电压和额定连续电流为 6 A 的 AgSnO 镀金触点来通电。在负载侧，最大开关电压电压为400V交流和250V直流。如图1所示，继电器集成了状态指示灯(绿色LED)和用于保护的续流二极管。开关延迟小于20毫秒，器件寿命为10 x 106 个开关周期。

　　图 2：Weidmüller 的 2759070000 SAFESERIES 继电器模块。 (来源：DigiKey)

　　SAFESERIES 的另一款产品2759030000微型工业继电器如图 3 所示。该继电器具有 3 个常开触点和 1 个常闭触点，具有强制引导触点，适用于通用应用，并具有通孔安装。

　　图 3：Weidmüller 的 2759030000 SAFESERIES 继电器模块。 (来源：DigiKey)

　　结论

　　继电器模块是功能安全系统中的重要组件，因为它们可确保可靠的控制并执行基本职责。由于其坚固性、故障安全设计以及与冗余的兼容性，它们经常被选择用于需要最高安全级别的应用中。如果正确使用并符合适用标准，继电器模块将为工业和汽车系统的整体安全性和可靠性做出重大贡献。继电器模块随着技术的进步而不断发展和壮大，增加了越来越复杂的功能，以满足不断增长的功能安全要求。