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      新聞詳情

      皮爾磁:這些元器件真的會(huì)失效

      http://www.kblhh.cn 2022-12-01 16:16 來(lái)源:皮爾磁

        有的用戶在設(shè)計(jì)安全回路時(shí),在安全鏈中混用安全和普通元件,覺(jué)得不會(huì)有什么大問(wèn)題,但其實(shí)卻埋下了“事故的隱患”,比如:將安全繼電器的輸出接到普通PLC的輸入端,由普通PLC切斷安全相關(guān)輸出;亦或是在高性能等級(jí)(PLr)要求的前提下,選用了不恰當(dāng)?shù)脑鹊?.....

        讓人不禁要問(wèn):“普通元器件就真的容易失效嗎?安全元器件就能確保不會(huì)失效嗎?”今天來(lái)聊聊關(guān)于元器件失效的話題。

        普通PLC的失效模式

        以普通PLC為例,普通PLC的輸出端口通常分為晶體管型和繼電器型,當(dāng)輸出端發(fā)生過(guò)載或浪涌沖擊時(shí),就可能會(huì)導(dǎo)致晶體管故障或繼電器觸點(diǎn)粘連的情況。由此導(dǎo)致的具體故障現(xiàn)象可能是輸出導(dǎo)通為ON,指示燈點(diǎn)亮,但并無(wú)輸出;更為可怕的是輸出切斷至OFF,指示燈熄滅,但輸出實(shí)際仍然存在,也就是說(shuō),PLC對(duì)設(shè)備發(fā)出了停止指令,但設(shè)備卻“不聽(tīng)號(hào)令”,這將可能導(dǎo)致危險(xiǎn)事件的發(fā)生。

      過(guò)熱導(dǎo)致集成電路失效

        在安全有關(guān)部件(SRP/CS)鏈路中,將普通PLC作為其中一個(gè)環(huán)節(jié),會(huì)使安全功能存有較大的失效概率。因?yàn)槠胀≒LC缺失MTTFd數(shù)據(jù),根據(jù)ISO 13849-1,可以使用MTTFd=10年的默認(rèn)值,進(jìn)行計(jì)算后發(fā)現(xiàn),普通PLC作為SRP/CS中一個(gè)環(huán)節(jié),其性能等級(jí)只能達(dá)到PL=a(Cat.B)。

        接觸器與繼電器的失效模式

        接觸器和繼電器是控制柜中必不可少的元器件。在一些安全回路中,我們常用它們作為執(zhí)行元件來(lái)切斷危險(xiǎn)能量源。這類(lèi)元器件最常見(jiàn)的故障就是觸點(diǎn)粘連、熔焊。

      熔焊的觸點(diǎn)導(dǎo)致危險(xiǎn)動(dòng)作無(wú)法被有效切斷

        發(fā)生故障的原因常見(jiàn)于通過(guò)觸點(diǎn)的電流過(guò)大、觸點(diǎn)通斷切換過(guò)于頻繁導(dǎo)致觸點(diǎn)過(guò)熱。在觸點(diǎn)溫度過(guò)高時(shí),觸點(diǎn)表面金屬可能處于熔融狀態(tài),最終引起粘連無(wú)法斷開(kāi)。

        安全元器件就不會(huì)失效嗎?

        其實(shí)安全元器件也會(huì)有失效概率。我們講的性能等級(jí)PL,其本質(zhì)上就是在評(píng)判控制回路的危險(xiǎn)失效概率。安全元件的手冊(cè)中通常會(huì)標(biāo)注它的每小時(shí)危險(xiǎn)失效概率(PFHd)及其滿足的性能等級(jí)要求。

        相較于單個(gè)普通元件而言,安全元件的失效概率要遠(yuǎn)低于普通原件,通常要低幾個(gè)數(shù)量級(jí),并且在架構(gòu)上,安全元件往往采用冗余設(shè)計(jì),“雙保險(xiǎn)”的理念進(jìn)一步確保了非常低的失效概率。

      PILZ可編程安全模塊的失效概率數(shù)據(jù)(包含單/雙通道應(yīng)用)

        普通元件就用不得嗎?

        其實(shí)也不然。經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì),選用適當(dāng)?shù)钠胀ㄔ⒔M成冗余架構(gòu),也可將失效概率控制在極低的區(qū)間。比如選用強(qiáng)制導(dǎo)向觸點(diǎn)的繼電器,在MTTFd值較高的前提下,輔以冗余設(shè)計(jì)和反饋檢測(cè)(需要通過(guò)安全控制器實(shí)現(xiàn)),甚至可以實(shí)現(xiàn)最高PL=e的結(jié)果。

        非安全元器件的選用要點(diǎn)

        單個(gè)普通元件有明確的失效模式,可能導(dǎo)致設(shè)備危險(xiǎn)源無(wú)法停止的可怕后果,因此選用合適的元件就顯得尤為重要。

        到底哪些普通元件適用于安全回路呢?

        在ISO 13849-1,《GB/T 16855.1 機(jī)械安全 控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件 第1部分:設(shè)計(jì)通則》中規(guī)定,自類(lèi)別1(category1)開(kāi)始,就應(yīng)當(dāng)選擇經(jīng)驗(yàn)證的安全元件(well-tried components)和/或經(jīng)驗(yàn)證的安全原則(well-tried safety principles)。

      不同類(lèi)別對(duì)于經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的元器件與經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的安全原則要求

        所以,當(dāng)我們所設(shè)計(jì)的回路架構(gòu)需滿足Cat1及以上要求時(shí),就需要考慮元器件是否“經(jīng)驗(yàn)證”了。

        根據(jù)性能等級(jí)(PL)與類(lèi)別(category)的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖表,cat.1滿足PLr≥c的最低架構(gòu),因此,當(dāng)回路性能等級(jí)要求PLr=c或更高時(shí),我們都應(yīng)選用符合經(jīng)驗(yàn)證安全原則的元器件。

        在ISO 13849-2,《GB/T 16855.2機(jī)械安全 控制系統(tǒng)安全相關(guān)部件 第2部分:確認(rèn)》中,對(duì)經(jīng)驗(yàn)證的安全原則和經(jīng)驗(yàn)證的元器件作了明確定義,感興趣的朋友可以閱讀標(biāo)準(zhǔn)原文。

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