安全繼電器（Safety Relay）原理
4月 2, 2025 西門子(SIEMENS)

安全繼電器（Safety Relay）原理

 安全繼電器（Safety Relay）
安全繼電器（Safety Relay）是一種專門設計來監控安全相關功能並確保機械設備安全運行的電氣元件。它的工作原理基於冗餘（Redundancy）和故障檢測（Fault Detection），以降低機械故障或人為錯誤帶來的風險。
安全繼電器的基本原理
安全繼電器的核心原理是透過內部的冗餘電路和自我診斷機制來確保安全輸出只在無故障狀態下才會激活。它主要透過以下方式運作：
1.冗餘設計（Redundancy）
內部通常包含兩個或多個並行的繼電器觸點，這些觸點彼此獨立但必須同時動作，確保當其中一個元件故障時，系統仍可檢測到異常並進行保護。
2.自我監測（Self-Monitoring）
透過交叉監測（Cross Monitoring）和回授電路，安全繼電器能夠檢測內部故障（如觸點熔接、線路開路等），確保繼電器始終處於可用狀態。
3.強制導向觸點（Force-Guided Contacts）
這些特殊設計的觸點確保開閉狀態的同步性，使得當一個觸點卡住時，另一個觸點的異常狀態能夠被檢測到，防止系統誤動作。
4.故障檢測與鎖定（Fail-Safe Mechanism）
如果檢測到異常，安全繼電器會立即斷開輸出，並保持在「安全關閉」狀態，直到故障被清除且系統重新啟動。
 
強制導向觸點 Force-Guided Contacts
EN 61810-3 標準中的 "Forcibly Guided Contacts" (強制導引接點) 是指繼電器內的常開 (NO) 和常閉 (NC) 接點之間以機械方式連結，確保這些接點在繼電器內部的操作過程中同步行動。若其中一個接點被卡住（如熔焊），其他接點無法達到預期狀態，由此可檢測出現故障。
Force-Guided Symbol
安全繼電器與普通繼電器的區別
特性 普通繼電器 安全繼電器
主要用途 一般電路開關 安全功能保護
故障檢測 無 內建自我監測
冗餘設計 單一線路 多通道冗餘
強制導向觸點 無 有
故障模式 可能無法檢測 失效時自動關閉
安全繼電器 典型迴路
上圖為早期安全繼電器的基礎架構，由3個繼電器組成，其中K1及K2為強制導向(Force-Guided)繼電器。
無故障時
狀況：急停按鈕 Release 狀態、接觸器未激磁

START按鈕按下

--> K3繼電器線圈激磁
--> K3常開接點閉合
--> K1、K2繼電器線圈激磁
--> K1、K2繼電器常開接點閉合
--> K1、K2進入自保持狀態
--> 安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)的 K1、K2常開接點閉合
--> Q1、Q2繼電器線圈激磁
--> 馬達運轉

START按鈕放開

--> K3繼電器線圈中斷激磁
--> K3常開接點開路
--> K1、K2因自保持狀態，線圈持續激磁
--> 安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)的K1、K2常開接點持續閉合
--> Q1、Q2繼電器線圈持續激磁
--> 馬達持續運轉

急停按鈕按下

--> K1、K2繼電器自保持狀態中止
--> 安全輸出接點(13-14、23-24、33-34) K1、K2常開斷開
--> Q1、Q2繼電器線圈中斷激磁
--> 馬達停止運轉
故障發生時
狀況：馬達運轉中，安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)中的K1常開接點因電弧高溫熔著，接點無法斷開
急停按鈕按下
--> K1因接點熔著無法斷開、仍然維持自保持狀態
--> 安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)中的K1常開接點無法順利斷開
--> K2自保持狀態中止，K2線圈中斷激路磁
--> 安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)中的K2常開接點斷開
--> Q1、Q2繼電器線圈中斷激磁
--> 馬達停止運轉
START按鈕按下
--> 因為K1是強制導向(Force-Guided)繼電器，當K1常開接點因電弧高溫熔著，K1常閉接點處於斷開狀態
--> K3繼電器線迴路中斷，無法激磁
--> K2繼電器線迴路中斷，無法激磁
--> 安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)中的K2常開接點斷開
--> 馬達無法啟動
結論
1.安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)是由K1、K2常開接點串聯而成，當其中1個繼電器故障無法斷開時仍有另一個繼電器接點能斷開安全輸出接點(13-14、23-24、33-34)，順利關閉馬達。
2.K1、K2是強制導向(Force-Guided)繼電器，常開接點閉合時，常閉接點一定是斷開，所以當K1、K2有接點熔著時，K3線圈就無法激磁、馬達無法啟動。達到自檢的作用。

 

下一則