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马达安全回路完整解决方案

作者:薛小芹,菲尼克斯电气中国公司安全专员2011.09.20阅读 12401

  作为机械设备制造商,当其按照机械指令2006/42/EC设计一台安全的机械设备或设备上的安全系统时,其核心任务就是保证设备上的移动部件安全操作;以及在紧急情况下,能让设备停下来。按照法律,安全马达控制系统必须基于当前的技术发展水平而设计。
  现在www.cechina.cn,适用于控制系统的安全标准DIN EN 954-1仍处于新、旧标准的过渡期CONTROL ENGINEERING China版权所有,但截止2011年12月29日,该标准将被废止,新的替代标准DIN EN ISO 13849-1会正式实施。DIN EN ISO 13849-1基于当前的技术发展水平而定义,含安全急停功能的换向接触器回路必须按照该安全标准的要求进行设计。
  换向接触器回路的典型结构
  对一个换向马达而言,除了需要2个接触器来驱动它的正转和反转外,其控制回路还要包含合适的马达保护装置(如热继),如果此回路需要集成急停功能,那么,至少还需要配置急停接触器。因此,客户不仅要面临复杂的电气模块本身以及模块之间的接线控制工程网版权所有,还要非常谨慎地选择合适的产品搭建安全电路,以满足新的安全标准DIN EN ISO 13849-1的要求。

  完整安全回路
  在安全标准DIN EN ISO 13849-1中,用于马达控制或安全停止的安全功能包含下列几部分:
  输入部分——急停按钮、安全门、双手控制按钮或位置开关等;
  逻辑部分——安全继电器、可编程安全模块、以及与安全相关的控制系统;
  输出部分——接触器、电磁阀等;
  互联接线——电缆线连接、 光连接等。

  用户如何确定接触器的安全参数
  DIN EN ISO 13849-1用性能等级PL(Performance Level)定义安全功能的等级www.cechina.cn,共有5种安全等级,分别为a、b、c、d和e。PL-a为最低安全等级,PL-e为最高安全等级。除了涉及DIN EN 954-1的安全等级,PL安全功能需要定量参数指标来确定最终的性能等级PLwww.cechina.cn,包括:MTTFd (平均无故障运行时间)、DC (故障诊断覆盖率)和 CCF (冗余结构共因故障预防与控制):

  类似急停控制设备或逻辑单元等保证安全功能的安全设备,在机械指令2006/42/EC附录V中已经列出。机械设备制造商必须考虑协调标准以及有关健康和安全要求的基本原则,依照评估程序,最后,用户可以得到合同规定的有关DIN EN ISO 13849-1要求的参数。但是,接触器并不在此安全设备清单中,这意味着机器设备制造商必须自己确定接触器的安全参数。为了达到所要求的性能等级PL,当谈论期望产品的工作时间时,一个非常重要的指标就是计算产品的使用寿命。
  用于安全功能的安全继电器,作为逻辑子系统来监视安全传感器的状态,如果输入、输出或安全继电器本身发生故障,安全继电器就能检测出来,能够有效地防止安全事故的发生。
  来自菲尼克斯电气的PSR安全继电器产品,能为客户的每一种应用提供最合适的安全解决方案。该产品线系列齐全,包括:

  ·用于监视多种安全传感器的单通道和双通道回路的安全继电器,可监视的安全传感器包括急停按钮、位置开关、双手控制按钮、以及光信号传感器-安全光栅、激光扫描仪;
  ·用于监视马达转速、接近开关和编码器信号相连的速度监视安全继电器;

  ·在安全输入传感器数量较多时,菲尼克斯电气还能提供可编程安全模块或安全总线控制器、安全I/O系统。
  为了确保某种明确的安全功能能正确执行,安全继电器包含了DIN EN ISO 13849-1中要求的必须执行的安全特性,包括出具证书流程、审查测试、评估、验证,确保每个操作原理完全符合标准的要求。
  “4合1”马达启动器
  CONTACTRON
  ——更低的接线成本、更小的安装空间、更长的使用寿命
  为了简化客户的计算工作,同时又能符合安全标准的要求,菲尼克斯电气除了能提供安全继电器,还提供马达启动器CONTACTRON。这种模块不仅符合安全要求,而且还集成有换向接触器回路,将控制马达运行的4个功能集成在一个模块上——正转功能、反转功能、急停功能、热继保护功能。

  CONTACTRON集成了控制马达转动的正转接触器、反转接触器、马达保护(过载、反相、缺相和3相不平衡)、急停接触器的功能,而模块的厚度仅为22.5mm。相比传统的机械接触器解决方案,“4合1”固态接触器有以下优势:更低的接线成本、更小的安装空间(接线成本和安装空间至少节省了75%以上)、更长的使用寿命。

  模块内部的微处理器集成了继电器技术、无磨损二极管技术,消除了普通接触器切换时出现的电弧,从而大大提高了产品的使用寿命。相比传统的标准机械式接触器,CONTACTRON的使用寿命至少提高了10倍以上。
  集成了安全功能的“4合1”马达启动器CONTACTRON可以被简单地集成在安全回路,安全等级符合3级(DIN EN 954-1)、PL e(DIN EN ISO 13849-1) 以及SIL 3 (IEC 61508),因此,用户可以从菲尼克斯电气获得需要的所有与安全相关的参数,不再需要用户自己计算参数,从而节省了大量的时间成本。
  另外,相比原先采用传统机械换向接触器、安全回路需要集成急停功能、最高安全等级为PL e(DIN EN ISO 13849-1)的负载回路的接线方案,采用来自菲尼克斯电气的“4合1”马达启动器CONTACTRON的解决方案具有更多的优势:
  ·“4合1”马达启动器仅需要11根线(输入L1,L2,L3;以及输出T1,T2,T3;左转控制接线L、右转控制接线R和接地线;模块本身的2根供电接线)就可完成马达的正转、反转功能。然而,采用传统机械换向接触器的方案,客户需要接更多的线;
  ·“4合1” 马达启动器在控制侧集成了用于马达正转和反转控制的联锁逻辑,因此大大降低了接线工作量;
  ·除此以外,“4合1” 马达启动器还能自动进行内部故障检查,有效防止了马达的重启,无需安全继电器对辅助接触器进行故障监视;
  ·PSR安全继电器加上“4合1”马达启动器,需要的导轨安装空间仅为45mm,大大减少了对控制柜的空间要求。
  “4合1”马达启动器CONTACTRON的最大功率为4 kW (3 x 9 A),使用寿命比机械式接触器至少提高10倍以上,其维护费用更低。配合PSR安全继电器使用,可为客户提供完整的、具有安全认证的解决方案。由于CONTACTRON能提供安全参数,显著简化了用户执行DIN EN ISO 13849-1安全标准的难度。

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