安全繼電器在電氣工程自動化控制中的應用

董世捷

隨著電氣工程自動化控制水平的不斷提高，各行各業對電氣安全控制的要求越來越高，為能夠滿足安全等級的要求，就離不開對安全元件的選擇以及對安全線路的設計，其中安全元件包含急停按鈕、安全光柵、限位開關、安全繼電器等。本文對安全繼電器在電氣自動化控制中的應用進行研究，首先總結電氣安全控制的必要性，然后分析關于安全繼電器的工作原理以及安全繼電器與普通繼電器的區別，最后討論安全繼電器在風電行業中以及其他行業的應用措施。

電氣工程自動化;安全控制;安全繼電器;應用

我們在設計電氣工程自動化控制系統之初就需要保證系統的安全性和穩定性，提供高度可靠的安全保護手段，同時必須為安全事故準備一套快速有效的緊急停車方案。在出現故障的情況下，系統立即做出反應并輸出信號，使設備安全停機，最大限度地避免不安全狀態。

電氣安全事故會導致什么樣的額外成本或者損失呢？通常電氣安全事故造成的損失遠遠超過我們的想象，它會造成材料損壞、機器故障、工具損壞、延誤生產進度、增加設備維修費用，嚴重的會造成人身傷害。出現電氣安全事故還會影響在行業中聲譽和信用，影響企業社會形象。

同樣，安全性能可靠的系統就會帶來更多的益處與回報，它會保證設備穩定生產，減少維修時間，延長設備使用壽命，保障人身安全以及帶來良好社會聲譽。

因此，電氣安全控制的必要性是顯而易見的。

2.1普通繼電器控制方式

普通繼電器由四部分構成，分別是線圈、磁路、反力彈簧和觸點。當線圈通電后，它能產生電磁吸力，帶動磁路的銜鐵吸合，并使得觸點產生變位動作。普通繼電器可用于一般過度、電壓轉換、速度、配合等的協調。早期采用普通繼電器進行安全保護控制方式采用的緊急停止控制，一般是由幾個普通繼電器組合來完成斷電或延時斷電控制、故障記憶及復位連鎖等。用它們搭建有自鎖和互鎖功能的雙回路線路，這樣形成的安全保護控制的優點是成本低廉，缺點是安全等級較低、維護和改造十分復雜，無法進行監控。

2.2安全繼電器控制方式

安全繼電器是由數個繼電器與電路組合而成，目的是要能夠互補彼此的異常缺陷，達到正確且低誤動作的繼電器完整功能，降低失誤和失效值，提高安全因素。它最重要的是具有強制導向接點結構，萬一發生內部接點熔結時能保證多個接點不會同時處于導通狀態，確保系統安全，保證機器停止在安全狀態下，并且在故障未被確認之前或設備重新上電后不能夠重新啟動，這一點同普通繼電器完全不同。安全繼電器輸出通常有繼電器觸點輸出或晶體管輸出。無論何種形式的輸出結構，都能夠保證至少 2 個通道進行輸出的控制，在一個輸出通道出現故障的情況下，另外一個冗余的通道依然能夠保證安全繼電器的安全功能，并且及時檢測出故障通道。

安全繼電器與普通繼電器并不相同。首先，普通繼電器與安全繼電器內部原理不同。其次，安全繼電器涉及安全認證和級別，安全繼電器可擴展功能性的安全保障，繼電器擴展時是普通應用。最后，安全繼電器多用于選通的組合，普通繼電器是多用于觸點的聯動。

如圖2所示，是采用安全繼電器的控制電路，這樣出現緊急故障時，會通過安全繼電器的輸出控制相應的控制電路以及給PLC信號，保障了系統回路的安全性，避免了采用普通繼電器時，當觸點經過時間推移發生氧化或被灰塵覆蓋后出現結構損傷影響正常閉合的缺陷。

3.1安全繼電器在風電行業中的應用

在風電行業中，安全鏈電路是由直流24V電源供電，串聯一些常閉觸點的安全繼電器自鎖回路，以及安全鏈控制電路。風機正常運行時，安全鏈繼電器得電自鎖閉合，遇到緊急狀況時，對應故障的常閉開關接點斷開，使安全鏈斷開，安全鏈繼電器斷開，風機執行相應的剎車程序，系統處于緊急剎車狀態，葉片通過后備電源快速收槳，主軸剎車立即抱死。

一部分包含急停按鈕的安全鏈控制電路，一部分開關接點安全鏈控制電路。

如圖3所示，為急停安全鏈控制電路，由帶自鎖功能的3個緊急停止按鈕（常閉觸點）、中間繼電器和安全繼電器構成。3個急停按鈕分別布置在變流器柜、塔基柜、機艙柜的控制柜面板上，3個急停按鈕的常閉觸點和中繼繼電器常開觸點串聯在一起連接到安全繼電器傳感器通道中。正常情況下，中間繼電器得電吸合，其常開觸點閉合，3個緊急停止按鈕開關閉合，安全繼電器線圈帶電動作。當3個緊急停止按鈕中任意一個被按下后，安全鏈繼電器線圈斷電，其常開觸點斷開。

如圖4所示，為包含控制接點安全鏈控制電路，這些接點影響風機安全狀態，當風機系統正常運行，沒有出現任何故障時，扭纜超限開關、風機超速開關、振動傳感器開關、網側故障開關、看門口開關5個接點全部閉合，它們和變流器急停按鈕、塔基急停按鈕、機艙急停按鈕共同組成安全鏈閉合回路，當它們全部閉合時安全鏈正常工作。同樣，當5個接點開關中的任何一個因故障斷開后都會導致安全繼電器線圈斷電，中斷安全鏈供電，導致安全鏈斷開，同時輸出EFC緊急變槳信號、制動抱閘信號以及安全鏈斷開信號，并執行相應的安全程序。

安全鏈需要復位時，可在塔基柜和機艙柜執行手動復位，也可進行PLC自動復位，復位后安全繼電器得電，整個安全鏈閉合。

3.2安全繼電器在其他行業中的應用

在我國生產制造行業，將閥、安全光柵、急停按鈕等安全信號接入安全繼電器和PLC結合，在生產流水線中不僅提高了工作效率，而且使安全系統變得簡單、清晰。

在機場行李輸送安全系統中也有應用，旅客值機時， 譬如身份證等重要私人物品卡進值機帶間隙， 旅客托運的行李在輸送過程中卡進輸送帶間隙、 行李過多堵包等，一旦上述情況發生，整個行李輸送系統就能立即停止。

本文對安全繼電器和普通繼電器進行了比較，并簡述了安全繼電器在風電行業及其他行業中的應用措施。隨著我國電氣自動化控制的快速發展，需要各行各業在提高系統工作效率的情況下，更加注重對于安全系統控制的先進技術，更加完善對電氣自動化控制的應用，使我國電氣自動化控制系統更加安全可靠。

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