In den vergangenen Jahren hat der Einsatz zertifizierter Komponenten zur sicherheitsgerichteten Unterbrechung von Stromkreisen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Nun rückt eine weitere Verwendung der Geräte in den Fokus der Planer prozesstechnischer Anlagen: das sichere Einschalten. In der Prozesstechnik werden entsprechende Module häufig zur galvanischen Trennung und Leistungsanpassung genutzt.
Vor diesem Hintergrund bietet Phoenix Contact mit PSR-PC50 ein speziell für diesen Bereich entwickeltes und gemäß SIL 3 einsetzbares Koppelrelais an. Eine typische Applikation solcher sogenannten Fire&Gas-Anwendungen ist beispielsweise die Ansteuerung eines Signalhorns, das die Mitarbeiter im Gefahrenfall akustisch warnt. Da die Stromaufnahme des Signalhorns oft die maximale Strombelastbarkeit des Ausgangs einer sicheren Steuerung übersteigt, wird in diesem Fall ein Koppelrelais zwischengeschaltet.
In der so entstehenden Sicherheitskette muss der Anwender alle drei Komponenten betrachten respektive bewerten.Gleichzeitig sind die technischen Besonderheiten eines sicheren Steuerungsausgangs zu berücksichtigen. Dazu gehören beispielsweise die Stromüberwachung sowie zyklische Prüfimpulse.
Steuerung im Selbsttest
Sichere Steuerungen können ihre Ausgänge und die vorhandene Verdrahtung vielfach selbst dynamisch testen. Zu diesem Zweck wird das Signal bei eingeschaltetem Ausgang kurzzeitig – zum Beispiel für zwei Millisekunden – von „High“ auf „Low“ geschaltet und anschließend zurück auf „High“. Ist der Ausgang ausgeschaltet, erfolgt die Prüfung in umgekehrter Reihenfolge. Für die angeschlossene Last – beispielsweise ein sicheres Koppelrelais – bedeutet dies eine kurze Spannungsunterbrechung oder einen kurzen Spannungsimpuls, auf den das Gerät nicht mit einem Schaltvorgang reagieren darf. Kurze Impulse dieser Art führen in einem Relais nicht zwangsläufig zum Öffnen oder Schließen des Kontakts, es kommt aber zu einer Vorerregung oder Vorentregung der Spule. Dies kann bis zu einer Mikrobewegung des Ankers reichen, was in einem vorzeitigen Verschleiß und somit Ausfall des Relais resultiert.
Die Kurzschluss- und Drahtbruchüberwachung stellt eine weitere Besonderheit der Ausgänge von sicheren Steuerungen dar. Deshalb muss sich die Stromaufnahme der geschalteten Last in einem relativ engen Bereich bewegen. Sie darf einerseits einen Mindestwert nicht unterschreiten, damit kein Leitungsbruch detektiert wird. Andererseits soll ein gewisser Maximalwert nicht überschritten werden. Insbesondere im Einschaltmoment ist es daher wichtig, Stromspitzen zu vermeiden. Für einen derartigen Anwendungsfall eignet sich eine interne Schaltung, die den Strom konstant auf einen Wert regelt, der sich genau im benötigten Fenster zwischen Mindest- und Maximalwert befindet. Ein in das sichere Koppelrelais integrierter Prüfimpulsfilter und die angepasste Stromregelschaltung sorgen so neben einer langen Lebensdauer für die hohe Kompatibilität des Geräts zu den verschiedenen sicheren Steuerungen.
Mehrere Jahre geöffnet
Das sichere Koppelrelais PSR-PC50 wurde speziell auf fehlersichere Steuerungen in der Prozesstechnik abgestimmt. Es erfüllt sämtliche Anforderungen für den Einsatz in Applikationen bis SIL 3 gemäß IEC 61508. Das Gerät verfügt intern über sechs Kontakte, die sowohl parallel als auch in Reihe geschaltet sind. Die so entstehende Redundanz stellt einen wichtigen Aspekt zur Erreichung der erforderlichen Sicherheit dar. Ein weiterer wesentlicher Gesichtspunkt sind die umfassenden Diagnosen auf der Ausgangsseite.
Phoenix Contact hat bei der Entwicklung des sicheren Koppelrelais PSR-PC50 besonderes Augenmerk auf eine sorgfältige Auswahl der verbauten Relais gelegt. Denn anders als beim sicheren Ausschalten ist zu beachten, dass die Kontakte bei Fire&Gas-Anwendungen oft über mehrere Jahre im geöffneten Zustand verbleiben, bevor sie das erste Mal sicherheitsgerichtet angesteuert werden und schließen müssen. Folglich sind bei der Suche nach passenden Relais und der Annahme möglicher Fehler andere Aspekte zu betrachten wie beim sicherheitsgerichteten Ausschalten.
Ein solches Kriterium ist der Reibweg der Kontakte. Dieser erweist sich als vorteilhaft, um potenzielle Beläge von den Kontaktoberflächen zu entfernen und dadurch im Anforderungsfall eine leitende Verbindung sicherzustellen. Damit die Entstehung des Belags bereits im Vorfeld minimiert wird, muss der Hersteller ausgasungsarme Materialien verwenden. Hier macht sich positiv bemerkbar, dass der Schließer des Relais die sichere Funktion ausübt, weil die Relaisspule bis zur Anforderung unbestromt bleibt. Dies bedingt eine deutlich geringere Eigenerwärmung des Relais sowie eine Energieersparnis.
Diagnose bis zum Aktor
Einen weiteren zentralen Faktor stellt die vollautomatische Fertigung der Relais dar. Werden die Kontakte nicht manuell justiert, ist eine Verschmutzung des Relais-Innenraums durch Fremdpartikel minimiert. Da sich jedes Relais durch andere Stärken auszeichnet, hat Phoenix Contact beim sicheren Koppelrelais PSR-PC50 neben der Redundanz auf die Diversität geachtet. Die Kombination aus Relais und anwendungsspezifischem Design zeigt sich als beste Voraussetzung für ein hohes Maß an Sicherheit und Verfügbarkeit.
Eine Herausforderung für Planer und Projekteure ergibt sich aus der durchgehenden Diagnose. Denn in der Regel endete die Diagnose der Steuerung am genutzten Koppelmodul. Das reicht vielen Anwendern nicht aus. Deshalb erlaubt das Line/Load-Monitoring des PSR-PC50 eine nahtlose Diagnose von der Steuerung bis zum Aktor. Dabei werden ein- und ausgangsseitig sowohl Drahtbruch als auch Kurzschluss der Lastspannungs-Versorgung sowie die Diagnose-Versorgungsspannung überwacht. Tritt im Regelbetrieb ein Fehler auf, kann er über die bestehende Verdrahtung kanalgetreu an den entsprechenden digitalen Ausgang zurückgemeldet werden. Auf diese Weise entfallen ein zusätzlicher Installationsaufwand sowie weitere notwendige digitale Eingänge zum Rücklesen der Aktorik.
Modulträger beschleunigt Inbetriebnahme
Für die Inbetriebnahme der unterschiedlichen Anlagen respektive Anlagenteile muss erheblicher Zeitbedarf eingeplant werden. Vor allem die Beseitigung von Verdrahtungsfehlern schlägt in diesem Zusammenhang zu Buche. Beim PSR-PC50 hat der Anwender daher die Möglichkeit, das sichere Koppelrelais mit dem jeweils passenden Modulträger zu kombinieren. Auf diesem Weg lassen sich die Vorzüge einer Plug&Play-Lösung mit den technischen Eigenschaften der modularen Schaltgeräte-Technik von Phoenix Contact zu einem vorteilhaften Systemverkabelungskonzept verbinden.
Auf der mechanisch entkoppelten Platine des Modulträgers wird zudem eine diodenentkoppelte Spannungseinspeisung zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus ist ein Relais vorhanden, das einen potenzialfreien Kontakt zur Meldung einer fehlerhaften Spannungsversorgung umfasst. Zur einfachen Loop-Berechnung, Projektierung und Anfertigung der Dokumentation liefert das sichere Koppelrelais PSR-PC50 ferner alle relevanten Kennwerte und Zertifikate.
