安全繼電器的作用和原理

睿析儀器

一、安全繼電器的作用

• 強制導向斷開（Forced Guided Contacts）
  • 傳統繼電器觸點可能因熔焊或機械故障導致無法斷開，而安全繼電器采用強制導向結構，確保常閉觸點（NC）和常開觸點（NO）在動作時嚴格互鎖。例如：
    • 正常狀態下：NC閉合，NO斷開。
    • 觸發安全時：NC強制斷開，NO強制閉合（用于反饋信號）。
      
  • 即使觸點熔焊，強制導向機構也能通過機械聯動保證至少一組觸點斷開，避免危險狀態持續。
    
• 冗余控制與故障診斷
  • 雙通道輸入：安全繼電器通常配備兩個獨立的安全信號輸入通道（如兩個急停按鈕串聯），僅當兩個通道同時觸發時才動作，防止單點故障導致誤停機。
  • 自診斷功能：實時監測內部電路（如線圈、觸點、反饋回路），若檢測到故障（如短路、開路），立即進入安全狀態并報警。
    
• 快速響應與安全等級匹配
  • 響應時間通常小于10ms，滿足ISO 13849-1和IEC 61508等安全標準對風險等級（PL/SIL）的要求。例如：
    • PL e（性能等級e）：適用于高風險場景（如沖壓機），要求安全繼電器具備冗余電路和定期自檢。
    • SIL 3（安全完整性等級3）：適用于軌道交通信號系統，故障概率低于0.001%/年。
      
    
    
• 與安全控制系統集成
  • 提供標準接口（如24V DC、PNP/NPN信號），可與PLC、安全光幕、安全門鎖等設備聯動，構建完整的安全回路。
    
  
  

二、安全繼電器的工作原理1. 典型結構（以雙通道安全繼電器為例）

• 輸入模塊：
  • 兩個獨立的安全信號輸入通道（S1、S2），通常為無源觸點（如急停按鈕的NC觸點）。
  • 輸入電路采用串聯冗余設計，任一通道斷開即觸發安全動作。
    
• 控制模塊：
  • 包含邏輯判斷電路（如與門、或門）、自診斷電路和強制導向機構。
  • 自診斷電路持續監測線圈電壓、觸點狀態和反饋信號，若發現異常（如線圈斷電但觸點未斷開），立即強制切斷輸出。
    
• 輸出模塊：
  • 兩組強制導向觸點（NC1/NO1、NC2/NO2），其中NC觸點用于切斷主電路，NO觸點用于反饋安全狀態（如連接至PLC安全輸入）。
  • 輸出電路采用雙通道獨立設計，避免單點故障導致輸出失效。
    
  
  

2. 工作流程分步解析

• 正常狀態：
  • S1和S2均閉合，輸入電路導通。
  • 控制模塊檢測到輸入信號有效，線圈通電，強制導向機構動作：
    • NC觸點閉合（允許主電路通電）。
    • NO觸點斷開（反饋信號為“安全”）。
      
    
    
• 觸發安全：
  • S1或S2斷開（如急停按鈕按下），輸入電路斷開。
  • 控制模塊立即切斷線圈電源，強制導向機構復位：
    • NC觸點強制斷開（切斷主電路）。
    • NO觸點強制閉合（反饋信號為“危險”）。
      
    
    
• 故障處理：
  • 觸點熔焊：強制導向機構通過機械聯動保證NC觸點斷開，即使NO觸點熔焊。
  • 線圈斷路：自診斷電路檢測到線圈電壓異常，觸發安全動作并報警。
  • 反饋信號丟失：若NO觸點未按預期閉合，控制模塊判定為故障，鎖定安全狀態。