Elevando a segurança funcional com módulos de relé

A segurança funcional é fundamental para os sistemas industriais atuais, garantindo a operação segura de máquinas e processos, mesmo quando confrontados com erros ou mau funcionamento. Os módulos de relé assumem um papel fundamental na garantia da segurança funcional, oferecendo um mecanismo confiável para regular os circuitos elétricos. Este artigo, focado na família de produtos SAFESERIES da Weidmüller, examina a importância dos módulos de relés no contexto da segurança funcional, destacando suas características essenciais e fornecendo diretrizes para a seleção e a utilização ideais.

Atendendo às necessidades de segurança funcional

Os relés eletromecânicos são comumente usados para controlar circuitos elétricos de alta potência com sinais de baixa potência. Eles funcionam como interruptores, permitindo ou impedindo a passagem de corrente, dependendo do status de um sinal de entrada. Os módulos de relé são utilizados em aplicações de segurança funcional para garantir que as funções críticas de segurança sejam executadas de forma confiável e que os riscos potenciais sejam minimizados. Alguns dos aspectos mais importantes dos módulos de relé na segurança funcional são os seguintes:

• Redundância: A redundância é um dos princípios fundamentais da segurança funcional, exigindo que vários componentes independentes executem a mesma função crítica de segurança. Os módulos de relé são frequentemente configurados de forma redundante para garantir que um sistema possa continuar a operar com segurança mesmo se um relé falhar.
• Projeto à prova de falhas: Os módulos de relé são normalmente projetados para ficar num estado seguro em mau funcionamento; se um relé falhar ou perder energia, ele entrará em um estado padrão que garante a segurança do sistema. Por exemplo, um relé com defeito em um circuito que regula a parada de emergência de uma máquina deve resultar em uma parada imediata.
• Diagnóstico e monitoramento: Integrados aos módulos de relé avançados, esses recursos permitem que o sistema detecte defeitos ou mau funcionamento no relé e inicie as respostas apropriadas, como alarmes de falha ou alternar para um relé redundante.
• Confiabilidade e robustez: Os módulos de relé são conhecidos por sua durabilidade e confiabilidade. Eles podem suportar condições ambientais extremas, flutuações de temperatura e estresse mecânico, o que os torna adequados para uso em ambientes industriais exigentes.
• Baixa latência: Em aplicações críticas para a segurança, o tempo de resposta é de extrema importância. Em aplicações em que são necessários tempos de resposta rápidos para garantir a segurança do pessoal e dos equipamentos, os módulos de relé são preferidos.

Ao implementar módulos de relé em aplicações de segurança funcional, várias considerações devem ser feitas, começando pela conformidade com os padrões. Isso garante que os módulos de relé usados em aplicações de segurança funcional estejam em conformidade com as normas e certificações de segurança relevantes.

O Comitê Europeu de Normalização Eletrotécnica (CENELEC) desenvolveu a série EN 61810, que se concentra em relés elementares eletromecânicos. A série é composta por várias normas, cada uma adaptada a variedades e aplicações específicas de relés. A EN 61810-3 é uma dessas normas, e sua variante Tipo A é particularmente importante.

Relés de segurança

A norma EN 61810-3 Tipo A aplica-se a relés elementares que incorporam técnicas específicas de projeto e construção para garantir que os contatos normalmente abertos (NA) não possam assumir a mesma posição dos contatos normalmente fechados (NF). Esses relés, especificamente construídos com contatos guiados à força para atender à norma, possuem a capacidade de serem empregados em sistemas de controle de segurança com automonitoramento.

Os contatos guiados à força são ligados mecanicamente para garantir que os contatos de abertura NF e os contatos de fechamento NA nunca se fechem simultaneamente na presença de, por exemplo, uma microssoldagem dos contatos causada por arco elétrico ("travamento do relé").

Um exemplo prático desse mecanismo de segurança é mostrado na Figura 1, referente a um módulo de relé de segurança da Weidmüller com 3 contatos NA e 1 contato NF. Como visto na imagem, todos os polos são conectados mecanicamente por meio de uma barra, impedindo o movimento independente.

Se o contato NF for soldado, nenhum dos contatos NA poderá fechar durante a energização do relé. Da mesma forma, se algum dos contatos NA estiver soldado, durante a desenergização do relé, o contato NF não poderá fechar. Em combinação com um circuito especial, são detectados problemas de funcionamento na abertura. Essa é a maneira mais confiável de garantir a máxima segurança do homem e da máquina.

Figura 1: Diagrama de um módulo de relé de segurança da Weidmüller. (Fonte: Weidmüller)

Os relés de segurança permitem a implementação confiável de funções de segurança em máquinas e sistemas para monitorar sinais de botões de parada de emergência, cortinas de luz, interruptores de portas de segurança e muito mais. Uma resposta rápida é necessária no caso de uma emergência em uma fábrica. O protocolo "energizado para segurança" (ETS) deve ser usado para ligar sirenes, luzes de advertência ou sistemas de resfriamento, enquanto o procedimento "desenergizado para segurança" (DTS) deve ser seguido para desligar motores ou válvulas de parada de emergência. A ativação e a desativação de aplicações relacionadas à segurança em conformidade com a IEC62061 e SIL 3 são garantidas pelo uso de relés com contatos redundantes.

Após o uso repetido, os contatos metálicos de um relé de comutação que não esteja em conformidade com os padrões de segurança podem se soldar. Mesmo que o operador clique no botão de parada de emergência, a máquina continuará operando em um modo inseguro. Há um risco tanto para o operador quanto para a máquina. Os relés que não são certificados como seguros não podem ser usados em máquinas ou instalações potencialmente perigosas, conforme exigido pelos requisitos de segurança nacionais e internacionais.

Devido à sua maior segurança e confiabilidade, os relés com contatos acionados positivamente estão ganhando popularidade. Os módulos de relé com contatos acionados positivamente empregam circuitos e mecanismos redundantes como sua principal tecnologia. Esses recursos redundantes são projetados para garantir que o relé permaneça em uma condição segura, mesmo que o circuito de controle ou o próprio relé falhe. Essa redundância é essencial para aplicações em que a segurança e a confiabilidade são importantes.

Os recursos de confiabilidade e segurança desses módulos de relé os tornam adequados para uma variedade de aplicações, como:

• Automação industrial
• Dispositivos médicos
• Geração e distribuição de energia
• Telecomunicações
• Transporte

Nesses tipos de relés, com os contatos principais e auxiliares conectados mecanicamente, a posição dos auxiliares pode ser usada para determinar a posição dos contatos principais no circuito de alimentação. Portanto, é possível determinar se o contator permaneceu fechado (devido à aderência do contato) mesmo que sua bobina tenha sido desenergizada. Se um contato do polo de potência for soldado, a conexão mecânica impedirá que o contato auxiliar aberto se feche quando a bobina for desenergizada.

Módulos de relé SAFESERIES da Weidmüller

No campo da engenharia elétrica, a segurança e a confiabilidade são de extrema importância. Essa dedicação à precisão e à confiabilidade resultou na criação de componentes avançados, como os módulos de relés plugáveis da Weidmüller, que apresentam contatos acionados positivamente. Esses módulos de relé inovadores representam um avanço significativo na tecnologia, oferecendo maior segurança, eficiência e flexibilidade em uma ampla variedade de aplicações.

No centro desses módulos de relé está uma tecnologia que garante que os contatos sejam acionados positivamente, o que significa que eles transitam entre os estados aberto e fechado de forma controlada e confiável. Esse mecanismo exclui a possibilidade de operação não intencional do contato, independentemente de falhas no relé ou no circuito de controle. Consequentemente, o relé resultante prioriza a segurança sem sacrificar o desempenho.

A extensão de contatos SAFESERIES da Weidmüller está em conformidade com a norma EN 61810-3 Tipo A, que consiste em relés com contatos guiados à força. Por esse motivo, eles são particularmente adequados para o monitoramento de sinais em aplicações que se preocupam com a segurança de pessoas e máquinas.

A SAFESERIES é composta por quatro relés plugáveis separados com soquetes de parafuso correspondentes nas seguintes versões de contato:

• 2 NA + 2 NF
• 3 NA + 1 NF
• 4 NA + 2 NF
• 3 NA + 3 NF

É possível atingir o mais alto nível de desempenho de PL 'e' para uma aplicação, se ela tiver sido projetada de acordo com a norma EN/ISO 13849-1. O componente fundamental também pode ser usado para aplicações de segurança de acordo com a norma IEC/EN 62061, que permite atingir os níveis SIL 3 de integridade de segurança.

A Figura 2 mostra o módulo de relé de segurança Weidmüller 2759070000 em um conjunto adequado para aplicações em trilho DIN. É um relé de uso geral de 4 posições com 3 contatos NA e 1 contato NF e uma bobina de 24 V_CC ±10%. O dispositivo pode ser energizado com a aplicação de uma corrente CC de 20 mA na bobina e com uma tensão de comutação nominal de 250 V_CA e contatos AgSnO banhados a ouro, dimensionados para uma corrente contínua de 6 A. No lado da carga, a tensão máxima de comutação é de 400 V_CA e 250 V_CC. Conforme mostrado no diagrama da Figura 1, o relé integra um indicador de status (LED verde) e um diodo de supressão para proteção. O atraso de ativação e desativação é inferior a 20 ms, e a vida útil do dispositivo é de 10 x 10⁶ ciclos de comutação.

Figura 2: Módulo de relé 2759070000 SAFESERIES da Weidmüller. (Fonte: DigiKey)

Outro produto da SAFESERIES, o relé industrial miniatura 2759030000, é mostrado na Figura 3. Com 3 contatos NA e 1 contato NF, esse relé com contatos guiados à força é adequado para aplicações de uso geral e tem montagem de furo passante.

Figura 3: Módulo de relé 2759030000 SAFESERIES da Weidmüller. (Fonte: DigiKey)

Conclusão

Os módulos de relé são componentes essenciais nos sistemas de segurança funcional, pois garantem um controle confiável e executam funções essenciais. Devido à sua robustez, ao design à prova de falhas e à compatibilidade com redundância, eles são frequentemente selecionados para uso em aplicações que exigem o mais alto nível de segurança. Os módulos de relé contribuem substancialmente para a segurança e a confiabilidade gerais dos sistemas industriais e automotivos quando são utilizados adequadamente e em conformidade com as normas aplicáveis. Os módulos de relé continuam a se desenvolver e crescer junto com os avanços tecnológicos, acrescentando recursos cada vez mais complexos para atender aos requisitos cada vez maiores de segurança funcional.