在惡劣環境中實現安全的緊急停車

文/ Joachim Janik

特別策劃/安全生產 Feature

在惡劣環境中實現安全的緊急停車

文/ Joachim Janik

在腐蝕性氣體環境中使用的安全繼電器能夠可靠地切斷設備間的電力供應，符合安全完整性SIL3等級——不論是酸性、腐蝕性的氣體或者是潮濕環境，在流程工業領域中讓敏感的電氣安全保護系統可靠工作并不是一件容易的事情，以下這篇文章將給您保證系統安全帶來一些啟發。

在化工生產領域中不可避免地會遇到腐蝕性的損害，但不要在安全保護系統中出現這種損害

化工生產企業過程中的痕量氯氣、硫化氫等氣體對金屬材料是有害的，會腐蝕流程設備零部件，使其過早磨損失效。這種情況不僅僅出現在室外設備上，室內設備諸如電器柜中的元器件也并未得到最好的保護。若沒有采取進一步的防護措施，例如電器柜中的強制通風，含有有害成分的空氣就會進入到電器柜內部，對安全保護系統將構成嚴重的威脅。Weidmüller公司對其SCS 24V DC SIL 3安全系列的安全繼電器進行了重新設計，從繼電器產品方面提高了它的安全保護功能，并在投入實際應用前進行了一系列性能測試，其表現已超過了相關規定的要求。

通過了強腐蝕性環境測試

為保護敏感的電氣元器件，每個安全繼電器都用特殊的噴漆工藝技術噴涂了一層質地均勻的、有著規定厚度的特殊防護漆，從而具有很好的抵抗酸性、鹽性或潮濕環境的能力。Weidmüller公司的實驗室還對這些安全繼電器在各種有害氣體環境中進行了不間斷的性能測試，例如根據EN 60068標準的規定進行了4次鹽霧噴灑試驗。

試驗時的有害氣體濃度是按照美國儀器儀表協會ISA（ISA S71.04-1985）標準中Level G3級規定的濃度，明顯高于歐盟標準4次鹽霧噴灑試驗規定的濃度，從而更加逼真地模擬了真實的使用環境。另外，在測試過程中，被測試件一直在不停地工作。不同的功能測試保證了元器件電路板上的保護漆能夠可靠地防止有害氣體的侵蝕。

最后的顯微檢測證明：安全繼電器處于完美的狀態，盡管試驗環境非常惡劣，但有害氣體并沒有對金屬材料造成損害。換句話說，用戶可以毫無顧慮地在Level G3所描述的腐蝕性環境中使用安全繼電器了。由生產廠家出具的質量一致性聲明證實了SCS 24V DC SIL 3安全繼電器滿足了有害氣體檢驗的規定和要求。

通過了嚴格的測試：在一個月的時間里，Weidmüller公司的實驗室對安全繼電器在腐蝕性氣體環境中進行著不間斷工作狀態下的性能測試。

滿足特定應用場合

TüV Nord質量檢驗監督局按照EN 61508標準對SCS 24V DC SIL 3安全繼電器進行了安全完整性等級SIL 3的檢驗認證，從而使之歸為安全可靠性類別儀的器設備之列了。按照有關的安全設計原則，在設計時已把功能失效的風險降低到最小程度，例如，安全繼電器模塊中包含了安全保護電路和輔助的監控電路。在安全保護電路中，3個繼電器串聯在一起，從而保證了輸出電路可靠的斷開。典型的斷開時間為14 ns，接通時間為7 ns。SIL繼電器中的5A保險器承擔著防短路保護的任務。安全繼電器輸入端的特殊電路保護了繼電器不受這類繼電器經常遇到的測試脈沖的干擾。

輔助的監控電路是作為寬電壓輸入端設計的。監控電路典型的斷開時間為21 ns。在一個電器設備中，除了具有SIL 3的斷電保護功能外，還可以在直流/交流24 V～230 V的范圍內對現場信號進行電氣隔離，向上一級主控系統反饋信息。這樣，這一繼電器就可以在一些特殊場合中應用了，例如高直流電壓的備份系統中以及罐設備的防溢流系統中。

安全繼電器正面有2個黃色的LED指示燈，它們分別表示安全繼電器的安全保護電路和監控電路的工作情況，從而方便了安全繼電器的功能/故障檢查分析。外部可以更換的保險器方便了用戶在現場快捷更換保險器。其長、寬、高尺寸為113.6 mm x 22.5 mm x 117.2 mm，是安全繼電器類型中比較緊湊的結構，因此在電器柜DIN標準的TS 35安裝卡槽中占用的空間也非常小。所用導線的橫截面積為0.14～2.5 mm2，用緊定螺釘實現了可靠的防松連接。在環境溫度-25～+50℃的條件下，這一安全繼電器可以不受限制的連續工作。

您應該知道的功能性安全

EN/IEC 61508標準對功能性安全是這樣規定的：通過安全保護系統和相應的技術措施把風險降低到能夠接受的程度。在這樣的背景條件下，滿足安全完整性等級SIL 3的安全繼電器承擔中緊急停斷電的任務。這樣的斷電過程不是一個持續性的過程，而是只有在遇到緊急情況下才出現的安全控制，最多一年一次。因此，流程設備運營商只需要較低的請求速率（低需求模式）就足夠了。但高請求速率（高需求模式）在功能性安全保護中也有著非常重要的作用和意義，一個典型例子就是油罐灌裝時的溢出保護，這是一個要求非常精確的過程控制。

本文作者系Weidmüller公司安全繼電器產品經理。