何时使用多功能安全继电器

许多机器和机器人需要安全电路来在紧急事件发生时停止全部或部分操作。安全电路还用于防止机器或机器人的全部或部分运行，当人类活动在附近时，无论是正常操作还是维护。

这些安全电路通常使用安全继电器或安全级可编程逻辑控制器(PLC)或其他安全级控制器进行配置。但在很多情况下，多功能安全继电器是更好的选择(图1)。多功能安全继电器是一种具有多个输入和输出的可配置设备。它比单一功能的安全继电器更强大，比安全等级的PLC更简单、更便宜。

通常可以使用一个或多个多功能安全继电器来取代许多基本的单功能安全继电器，简化安装并节省资金。在其他情况下，可以使用多功能安全继电器代替安全等级PLC，从而大大节省成本，同时简化实施和维护。

继电器限制选项

机器和机器人制造商、原始设备制造商(OEMs)以及具有类似应用的最终用户通常必须监控和控制许多输入和输出(I/O)点，其中包括执行安全相关功能的相对较少的I/O点。

对于简单机器和最多三个安全输入(如紧急停止[E-stop]和两个门开关)最常见的安全电路是一个基本的单功能安全继电器，具有冗余触点和自我监控。由于机器或机器人的安全系统需要更多的安全输入，一种选择是继续增加基本的单功能安全继电器，或者可能使用更昂贵的安全等级PLC。

添加基本的单功能安全继电器来监测和控制安全I/O通常会导致涉及相对大量继电器的过于复杂的安装。如果需要区域控制，这需要机器或机器人的某些部分继续操作特定类型的事件，那么所需的安全继电器的数量可以迅速增加，复杂性可以呈指数级增长。

当使用许多继电器时，故障排除可能非常困难，因为需要检查每个连接点和组件以确定故障点。修改是很难实现的，因为他们需要重新布线，往往增加更多的继电器。

plc可能会出现问题

对于区域控制和其他复杂的安全电路，另一种解决方案是使用安全级PLC来控制和监控安全I/O，甚至所有I/O，但这可能会增加昂贵和不必要的复杂性。

除了主控制器之外，添加单独的安全等级PLC需要OEM购买、编程和维护除主控制器之外的第二个可编程系统。这种安全等级的PLC需要自己的编程软件，随之而来的是续订费用。安全等级PLC的学习曲线可能非常陡峭，成本也相对较高。

或者，一个安全等级的PLC可用于执行所有所需的控制和安全功能。这消除了两个独立系统的问题，但它显著增加了成本，通常只有当机器或机器人的I/O有很大比例与安全直接相关时才有意义。

在有四个或更多安全I/O点的安装中，通常可以使用一个或两个多功能继电器来取代四个或更多的基本单功能安全继电器，简化安装并节省资金。

下面的表1显示了这种方法的好处。

因为需要更少的继电器，更少的面板空间和更少的布线。这减少了面板的占地面积，节省了前期的人工成本。

如果需要更改以适应对机器或机器人的修改，或添加功能，则重新配置多功能安全继电器要容易得多，而不是添加更多基本的单功能安全继电器。

多功能安全继电器有多种风格和配置可供选择，包括但不限于有或没有延时的双通道监测，双手控制，光幕监测，速度监测，电机静止监测，继电器扩展以增加输出触点的数量。

这样的继电器提供了许多I/O配置。一个简单的基本单元可以处理各种输入，并且可以根据需要添加可扩展的输入和输出模块。多功能继电器不需要软件进行配置或操作，因此设置和维护通常非常直接和简单。

一种特殊类型的多功能安全继电器允许通过继电器前面的旋转开关来设置所需的功能。它设计用于处理各种输入，如e-stop，门开关，光幕，和/或双手按钮-具有适当的输出，以触发警报和特定的机器或机器人操作。

另一种类型的多功能继电器通过用于初始配置的旋转和DIP(双列直插式封装)开关的组合提供更大的功率。通过使用单独的输入和输出模块，这种中继类型通常可以容纳更高数量的I/O，最多可达24个输入和24个输出。

带有E-stop和两个安全光幕的系统需要三个单一功能的安全继电器。图2显示了相同的系统，其安全电路仅由一个多功能继电器组成，极大地简化了电路，同时降低了成本并增加了灵活性。

具有24个输入，24个输出和多个配置选项的多功能安全继电器通常可用于代替安全级PLC，在性能方面提供类似的解决方案，以及许多其他优点。

多功能继电器比安全等级的PLC使用起来更简单。一个或多个多功能继电器通常可用于执行机器或机器人的所有安全相关功能，与安全级PLC相比，可大大节省成本，同时简化实施和维护。下面的表2显示了好处。

配置一个多功能安全继电器通常比编程一个安全等级的PLC容易得多。不需要购买、更新和维护编程软件，也不需要编程PC。

通过在继电器和控制器之间硬布线几个I/O点，多功能安全继电器很容易集成到主控制系统中。

由于多功能安全继电器比安全级PLC更便宜，它通常可以用于经济有效地处理所有安全相关的I/O，无需将主控制器升级为安全级控制器。

继电器异常、限制

非常简单的应用通常最好使用一个或两个单功能安全继电器，不需要多功能继电器的额外费用。一台机器、机器人或其他系统可能只有一个E-stop以及一组光幕或门开关，其中单功能安全继电器将是最佳选择。

多功能继电器具有局限性，只能在I/O点总数和功能复杂性上扩展到一定的实用极限。成本，特别是复杂性可能会增加到使用安全级PLC有意义的程度。与安全等级PLC相比，多功能继电器的编程能力是有限的，因此需要在输入和输出之间进行高度复杂交互的应用通常最适合PLC。类似地，具有超过50个左右I/O的应用程序通常由PLC提供更好的服务，即使所需的编程很简单。最后，随着时间的推移，预计会有重大变化的应用程序更适合plc。

具有许多安全I/O点和多个区域控制的非常复杂的应用程序，或要求在机器与机器之间或随着时间的推移发生重大变化的应用程序，可以更好地使用安全级PLC，无论是用于安全I/O还是用于所有I/O。

多功能继电器节电

某限位开关制造商将其生产单元升级为多功能安全继电器系统，以适应产品制造过程中使用的自动化程度的提高(图3)。最初的安全电路设计主要是手动的，因此需要大量的操作人员交互。电路有一个E-stop，一套安全光幕和门开关。

新的自动化生产系统需要在生产过程中的不同位置增加窗帘、门开关和安全垫。还需要不同的联锁要求，例如某些设备的速度监测。

通过自动化生产过程，制造商能够将8名员工重新安置到公司的不同职能部门，并将产量提高了40%。

通过改用多功能安全继电器，而不是增加更多的单一功能安全继电器，该公司节省了30%的初始成本，并获得了更灵活的安全系统。

制造商确实考虑过增加一个安全等级的PLC，但成本将比多功能继电器系统高出60%以上，而且支持这样一个系统的复杂性是不合理的。

只有几个基本安全输入的机器和机器人，如E-stop和一个或两个门开关或其他与安全相关的输入，通常最好由一个或两个单功能安全继电器的安全系统提供服务。

当一台机器有很多I/O点，与安全相关的比例很高时，安全等级的PLC通常是最合适的。

但对于介于这两个极端之间的机器或机器人，使用多功能继电器的易于配置且价格低廉的安全系统可能是首选。

- Lenny Filipkowski是AutomationDirect工业组件的产品经理。由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程、mhoske@cfemedia.com．

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关键概念

• 在发生紧急事件时，机器和机器人可以要求安全电路停止全部或部分操作。
• 在单功能继电器、多功能安全继电器和安全等级PLC之间选择正确的控制选项。
• 在一个例子中，使用多功能安全继电器代替单一功能安全继电器为公司节省了30%的初始成本，并提供了更灵活的安全系统。

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