多年以来,在紧急制动、安全门、光帘、双手控制电路等常见的安全保护应用中,安全继电器一直是一个关键的人机界面部件。虽然人们很长时间以来都承认传统的安全继电器实现了良好的安全保护,但这项技术的应用过程确实已经出现了一些值得人们注意的难题。这些挑战包括:安全继电器的选择标准越来越复杂,安全继电器的外形过大,可供选择的尺寸规格有限,而且接线复杂。
安全继电器制造商们正在推出新产品来应对其中的部分挑战,产品的选择更加方便,外形更为紧凑,连线技术得到改进,这些优点促使人们把传统的安全继电器转变为通用化的安全继电器。要理解通用安全继电器的优势所在,一个有效的办法就是考察安全继电器技术的发展演化。
安全继电器选用过程
传统的安全继电器技术基本上是从欧洲引进的。早期的用户通常是那些为总部在欧洲的公司服务的机器制造商。这些欧洲公司要求把安全继电器作为一种标准配置,安装在机器有可能对操作者和维修技工造成伤害的部位。欧洲的安全法规和准则也随安全继电器技术一起被引进美国,这些标准后来被广泛实施。
欧洲在安全保护上的要求包括一系列的多层次指导准则,使用安全继电器的机器制造商需要依照这些准则来确定对操作者和维修技工等人员所构成的威胁程度。DIN EN954-1《机械安全.控制系统的安全相关零件.第100部分》给出了这些准则,并通过一幅风险分析图来帮助人们完成风险评估过程。这一过程将安全保护方面的风险划分为五类,其中“B 类”对风险的控制程度最低,而“4 类”则最高。这些安全分类,有助于人们在分步设计流程的基础上,就系统对故障的抵御能力,确定控制系统中安全保护部件应具有的性能。经过危险评估后,按风险从最低到最高,各种系统行为特性所应归入的安全类别,总结如下:
B类: 出现故障会引起安全功能的丧失。
1类: 出现故障会引起安全功能的丧失,但故障出现的概率低于B类。
2类:在测试的间隔期内出现的故障引起安全功能的丧失,通过测试可识别出功能丧失。
3类: 出现单次故障,安全功能始终维持。只有部分故障能被识别,未被识别出的故障累积会导致安全功能的丧失。
4类: 多次故障发生时,安全功能始终维持。故障能被及时识别从而防止安全功能丧失。
安全继电器制造商随后可以根据安全系统中使用的特定器件所符合的安全类别来评估自己的产品。虽然这些指导原则的部分目的,是要为机器设计中的风险评估提供一种明晰的流程,但这一流程的确定还要依赖制造商自己的评估和判断。
要理清DIN EN 954-1,ANSI和OSHA等三种规范之间的相互联系,是更加困难的事。如果对风险评估重视不够而导致所采用的安全类别过低的话,就不能对接触机器的人员采取足够的安全保护,而且制造商将因此受到OSHA等机构的处罚,并可能承担相应的法律责任。
从根本上来说,防止这些消极后果最保险的办法,就是使用能提供最高等级(如4类)安全保护的安全继电器。通用型继电器通常能提供4类保护,而成本却低于传统的符合2类标准的安全继电器。
通常,通用型安全继电器能满足4类及其以下的各类标准,通过单种通用型安全继电器就可以解决多种不同安全保护应用的需求,之所以具有这样的优势,是因为许多通用型安全继电器都考虑到了两种或多种安全应用的需求。这样,用户只用一种器件就能满足诸如紧急制动、安全门和光帘之类的各种安全保护应用的要求。多数情况下,这些器件在具备通用性的同时,其价格也比传统安全继电器要低得多。长期使用早期安全继电器的用户,常常会惊异的发现,他们现在能以同原来传统2类标准器件差不多的价格买到符合4类标准的器件。相应给OEM厂商和最终用户都同样带来好处,他们能以更低的价格获得更优的安全保护技术,而且避开了费力的选用过程。
安全继电器紧凑多样的外型尺寸
虽然在人机界面安全保护方面具有出色表现,传统的安全继电器技术却总要占用较多空间、连线复杂、引出端设置不灵活。通用型安全继电器则兼具接口安全性极高、外形简洁紧凑、引线端少、连接形式灵活等多种优点。昔日宽度达数英寸的产品,如今的宽度已经降到了一英寸以下。由于做到了以更少的引出端满足4类保护标准,不仅安全继电器的尺寸得以缩小,而且它们的连线方式更加清晰明了。
实际的终端引出方法也得到了改进,特别是灵活性得以提高。与传统的安全继电器不同的是,通用型安全继电器常常采用可插拔连接。某些制造商还可提供带编码的插拔式连接器,其连接头外壳可采用螺钉固定和弹簧固定等方式,带编码的插拔式连接技术大大减小了连线错误的风险和停机时间,特别是在需要维修的时候。
通用型安全继电器具备的特点已经在很大程度上解决了传统安全继电器在应用中遇到的难题:由于简化了安全继电器的选用过程,可以不必再为确定采用何种继电器而浪费宝贵的时间;紧凑的外型还可以保证空间不被浪费;带编码的插拔式连接技术和更少的引出端可以减少连线的错误,提高连线效率。
通用型安全继电器在极其关键的安全保护技术领域内掀起了一场广受欢迎的革命。该人机界面安全保护装置保证了操作者和维修人员安全,从而确保设计者和最终用户的需求也一并得到了满足。
作者:Bruce Desmond