Công tắc tơ cấp độ an toàn được yêu cầu trong các ứng dụng công nghiệp để đảm bảo rằng máy móc và hệ thống có thể chuyển sang trạng thái an toàn một cách đáng tin cậy và không thể đoán trước, thường là trong trường hợp có lỗi vận hành hoặc yêu cầu chức năng an toàn. Bước đầu tiên trong việc thiết kế hệ thống an toàn công nghiệp là xác định xem ứng dụng có yêu cầu Mức độ toàn vẹn về an toàn (SIL) (như được định nghĩa trong IEC 62061, tối đa SIL 2) hay Mức hiệu suất cấp C (PL) như được chỉ định trong ISO 13849. Một số ứng dụng yêu cầu mức độ bảo mật cao hơn.
Hãy xem xét các nguyên tắc hướng dẫn trong IEC 60947-4-1 và ISO 13849-1, trong đó ISO 13849-1 tập trung vào thiết kế và thử nghiệm các thiết bị chuyển mạch và thiết bị điều khiển điện áp thấp, trong khi ISO 13849-1 cung cấp các nguyên tắc chung để thiết kế và tích hợp các bộ phận liên quan đến an toàn của hệ thống điều khiển, bao gồm cả phần cứng và phần mềm.
Bài viết giới thiệu cách sử dụng contactor cấp độ an toàn 3RT2 có chức năng vận hành sự cố an toàn của Siemens để xây dựng hệ thống an toàn nhằm đạt được giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu. Bài viết cũng xem xét cách đạt được mức SIL và PL cao hơn, cũng như các vấn đề tích hợp hệ thống như quản lý nhiệt của công tắc tơ. Cuối cùng, nó đi sâu vào cách tùy chỉnh các giải pháp an toàn bằng cách sử dụng các kết nối dự phòng, bộ triệt xung, mô-đun chức năng và các phụ kiện khác để đạt được tối ưu hóa ứng dụng và an toàn hơn nữa.
Công tắc tơ 3RT2 cung cấp sự lựa chọn giữa chế độ hoạt động truyền thống và trạng thái rắn, với các thông số kỹ thuật từ S00 đến S2 và công suất tối đa lên tới 37 kW. Đối với các công tắc tơ sử dụng cơ chế hoạt động ở trạng thái rắn, phải chỉ định tín hiệu tuổi thọ còn lại tùy chọn.
Các công tắc tơ này tuân thủ các yêu cầu của loại IEC 60947-4-1 AC-3e và có thể được sử dụng cùng với động cơ IE3 hoặc IE4 hiệu suất cao. Chúng có nhiều cấu hình đầu ra phụ trợ, bao gồm các tiếp điểm thường mở (NO) và thường đóng (NC), có thể được sử dụng để cung cấp phản hồi về việc mạch chính bật hay tắt. Ngoài ra, phản hồi có thể được sử dụng để kích hoạt đèn báo, báo động hoặc các thiết bị điều khiển khác. Ví dụ về công tắc tơ 3RT2 như sau:
Thông số kỹ thuật 3RT20152AP611AA0-S00, dòng điện định mức 7 A, 3 kW/400 V, 3 cực, 220 VAC 50 Hz/240 VAC 60 Hz, tiếp điểm phụ: 1 NO, có cực lò xo
Thông số kỹ thuật 3RT20231AK60- S0, dòng điện định mức 9 A, 4 kW/400 V, 3 cực, 110 VAC 50 Hz/120 VAC 60 Hz, tiếp điểm phụ: 1 NO+1 NC, đầu cực có ren (Hình 1)
Thông số kỹ thuật 3RT20281AN20- S0, dòng điện định mức 38 A, 18,5 kW/400 V, 3 cực, 220 VAC, 50/60 Hz, tiếp điểm phụ: 1 NO+1 NC, đầu cực có ren
Thông số kỹ thuật 3RT20371_S2, dòng điện định mức 65 A, 30 kW/400 V, 3 cực, 24 VDC, có tích hợp biến trở, tiếp điểm phụ: 1 NO+1 NC, đầu cực có ren
Thông số kỹ thuật 3RT20371SF30-S2, với đầu vào F-PCL-IN, dòng điện định mức 65 A, 30 kW/400 V, 3 cực, 83 VAC đến 150 VAC/VDC, 50/60 Hz, có biến trở tích hợp, tiếp điểm phụ: 1 NC, đầu nối có ren
Thông số kỹ thuật S0 Công suất định mức của contactor 4 kW
Hình 1: Công suất định mức của công tắc tơ S0 này là 4 kW, với một đầu ra phụ NC và một đầu ra phụ NO. (Nguồn ảnh: Siemens)
Thời gian đáp ứng là rất quan trọng cho sự an toàn
Hiểu được tác động của thời gian phản hồi tổng thể là rất quan trọng khi thiết kế các giải pháp an toàn công nghiệp. Nó bao gồm nhiều tham số. Khi tiến hành đánh giá rủi ro, thời gian phản hồi được xác định là tổng thời gian cần thiết để dừng bất kỳ chuyển động nguy hiểm nào khi có yêu cầu về an toàn. Các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian phản hồi bao gồm:
Thời gian phản hồi đầu vào của cảm biến trong thiết bị giám sát an toàn
Thời gian chu kỳ của kế hoạch bảo mật
Thời gian trễ của giao thức truyền thông
Thời gian di chuyển quá mức do quán tính của động cơ hoặc bộ truyền động
Thời gian ngắt của contactor
IEC 60947-4-1 quy định thời gian ngắt đối với công tắc tơ cơ điện và bộ khởi động động cơ. Tiêu chuẩn này quy định các yêu cầu để ngắt dòng điện an toàn trong các điều kiện làm việc khác nhau.
Nó cũng xác định các danh mục sử dụng để phân loại loại tải và điều kiện vận hành của công tắc tơ, chẳng hạn như AC-3e dành cho động cơ hiệu suất cao. Tiêu chuẩn này bao gồm các quy trình để kiểm tra thời gian cắt và các đặc tính hoạt động khác của công tắc tơ.
Thời gian ngắt của công tắc tơ là một thông số quan trọng trong hệ thống an toàn. Định nghĩa của nó là thời gian từ khi loại bỏ điện áp cuộn dây đến khi ngắt kết nối tiếp điểm chính, bao gồm thời gian trễ ngắt kết nối (OD) và thời gian phóng điện tiếp điểm (AT).
Ví dụ: khi sử dụng một công tắc tơ có chức năng chuyển mạch như trong Hình 2, thời gian ngắt OD+AT nằm trong khoảng từ 50 đến 75 ms. Khi tính toán tổng thời gian phản hồi, cần phải luôn xem xét giá trị trong trường hợp xấu nhất, trong ví dụ này là 75 ms (Hình 2).