Was ist ein Sicherheitsrelais? Eine Einführung in Maschinensicherheitsschaltungen

Ein Sicherheitsrelais verhindert Gefahren durch die kontinuierliche Überwachung der Sicherheitskreise der Maschine. Bei Erkennung einer Anomalie unterbricht es die Stromzufuhr, um eine sichere Abschaltung zu erzwingen. Mithilfe von kraftgeführten mechanischen Kontakten und redundanter Zweikanaltechnik hält es die Maschine so lange abgeschaltet, bis die Gefahr beseitigt ist – selbst wenn der Fehler durch eine Feldleitung oder einen internen Komponentenausfall verursacht wird. 

Wozu dient ein Sicherheitsrelais?

Die in Maschinen verbauten Standard-Elektroschalter verschleißen mit der Zeit. Geschieht dies jedoch durch einen Hochspannungsfunken, können die internen Metallkontakte des Schalters verschmelzen oder miteinander verschweißen. Wird ein solcher verschmolzener Schalter in einem Not-Aus-Stromkreis verwendet, führt das Drücken des Knopfes nicht mehr zur Stromabschaltung, wodurch die Maschine außer Kontrolle gerät.

Dort befindet sich ein Sicherheitsrelais Das System verfügt über spezielle, kraftgeführte Kontakte, die so miteinander verbunden sind, dass bei einem Verschweißen eines Kontakts der andere offen gehalten wird. Dadurch wird eine Stromübertragung oder ein Neustart gefährlicher Aktoren verhindert. 

Ein Sicherheitsrelais fungiert quasi als zentrales Diagnosegerät für Maschinensicherheitsnetzwerke. Ob Lichtvorhang oder Sicherheitsschalter – es überwacht kontinuierlich die Eingangssignale und erkennt den Fehler sofort, sobald eine Feldleitung unterbrochen wird. In diesem Fall erfolgt eine sichere Abschaltung, da die Stromzufuhr zu den Motorschützen durch das Relais unterbrochen wird.

Worin besteht der Unterschied zwischen einem Sicherheitsrelais und einem Standardrelais?

Standardmäßige industrielle Steuerrelais sind nicht für kritische Anwendungen ausgelegt. Ihnen fehlt der für Notstromkreise erforderliche Diagnoseumfang. Im Folgenden werden einige Unterschiede zu Sicherheitsrelais erläutert:

• Kraftgeführte Kontakte. Bei einem herkömmlichen Relais bewegen sich die Kontakte unabhängig voneinander, sodass ein Kontakt verschweißen kann, während die anderen weiter schalten. Sicherheitsrelais hingegen verbinden die Kontakte mechanisch, sodass ein verschweißter Kontakt die Bewegung des anderen Kontakts blockiert.
• Eingebaute Redundanz. Während ein Standardrelais auf einen einzigen Kanal angewiesen ist, verwendet ein Sicherheitsmodul zwei Schaltkreise oder zwei Mikroprozessoren, um die Eingangsdaten gegenzuprüfen.
• Aktive Selbstüberwachung. Ein Standardrelais schaltet auf Befehl und wartet. Eine Sicherheitseinheit testet sich in jedem Zyklus selbst und sucht nach Fehlern, bevor diese gefährlich werden.

Zweikanalüberwachung und Ausfallsicherheitsmechanismen

Um hohe Sicherheitsbewertungen wie Performance Level d (PLd) gemäß ISO 13849-1 zu erreichen, ist ein zuverlässiges Design erforderlich. Genau das bietet die Zweikanalarchitektur, indem sie für jedes Signal zwei unabhängige Signalwege bereitstellt.

Die Kurzschlusssicherung sendet abwechselnde Spannungsimpulse auf beiden Pfaden. Sollte ein eingeklemmtes Kabel dazu führen, dass ein Kanal in den anderen überspringt, erkennt das Gerät die Fehlanpassung und schaltet die Stromzufuhr ab.

Die Zeitabweichungsprüfung greift immer dann, wenn ein Not-Aus-Schalter betätigt wird oder ein Lichtvorhang ausfällt. Beide Kanäle müssen innerhalb von Millisekunden reagieren; bei einer Verzögerung wird eine Störung gemeldet und die Maschine bis zur Behebung gesperrt.

Welche Arten von Sicherheitsrelais gibt es?

Die Wahl der richtigen Hardware hängt von Ihrem Maschinenlayout, der Anzahl der Sensoren und der Komplexität Ihres Arbeitsablaufs ab. In der Praxis lassen sich drei Kategorien unterscheiden.

Einzelfunktionsrelais sind festverdrahtete Einheiten, die für eine einzige Aufgabe vorgesehen sind, beispielsweise die Überwachung eines einzelnen Not-Aus-Schalters. Das Schneider Electric Harmony XPS Sicherheitsmodul ist ein gutes Beispiel dafür: Es zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise mit Federklemmen und ein IP40-Gehäuse aus und eignet sich daher für einfache Maschinenlinien.

Konfigurierbare Module ermöglichen die Überwachung mehrerer Zonen ohne vollständige SPS. Die Einstellungen werden über Drehregler hinter einer manipulationssicheren Abdeckung vorgenommen, was Flexibilität ohne zusätzliche Programmierung ermöglicht.

Programmierbare Sicherheitssteuerungen werden notwendig, sobald ein System auf Dutzende von Not-Aus-Schaltern und Verriegelungen anwächst, da die Verdrahtung einzelner Relais sonst zu einem unübersichtlichen Durcheinander wird. Omron G9SP Serie Sicherheitsregler zentralisiert bis zu 20 Sicherheitseingänge und mehrere Ausgänge auf einer Plattform.

Wichtigste industrielle Anwendungen

Diese Geräte verrichten unauffällig ihre Arbeit in vielen automatisierten Systemen.

• Not-Aus-Schalter Stromzufuhr unterbrechen Motorschütze in dem Moment, in dem ein Knopf gedrückt wird.
• Ineinandergreifende Schutztüren Die Servoantriebe frieren ein, sobald sich ein Zugangstor öffnet.
• Lichtvorhänge Die Schweißroboter werden abgeschaltet, wenn ein Arbeiter über einen aktiven Schweißstrahl hinausgreift.
• Zweihand-Bänke Beide Hände müssen auf separaten Knöpfen bedient werden, damit sie nicht mit den Stanzpressen in Berührung kommen.

Maschinenbauer kombinieren diese Schaltungen häufig auch mit anderen Schaltschrankkomponenten. Falls Ihre Produktionslinie ebenfalls eine präzise Temperaturregelung benötigt, sehen Sie sich die folgenden Produkte an: Digitales Thermostat der Omron E5CC-Serie. Es erfüllt eine völlig andere Funktion, wird aber häufig in denselben Bedienfeldern verwendet.

Beschaffung und Systemlayout: Wie Simply Buy Sie dabei unterstützt

Die Auswahl des richtigen Moduls für eine Nachrüstung oder OEM-Produktion hängt von der Übereinstimmung der Eingänge, der Auswahl der korrekten Ausgänge, der Überprüfung der Versorgungsspannung und der Wahl des Reset-Verhaltens ab. Sie müssen diese Aufgabe nicht alleine bewältigen.

Bei Simply Buy Global agieren wir als Ihr Partner bei der Entwicklung von Sicherheitssystemen und der Beschaffung von Komponenten. Unser Ingenieurteam analysiert Ihre Anforderungen an die Schalttafel, unterstützt Sie bei der Planung Ihrer Zweikanal-Sicherheitskreise und berät Sie bei der Auswahl der passenden Hardware.

Bei Sicherheitsausrüstung zu sparen, ist das Risiko nicht wert. Gefälschte oder minderwertige Teile versagen oft genau dann, wenn man sie am dringendsten braucht. Das kann zu Bränden in Schaltschränken und schweren Maschinenschäden führen – ein reales und anhaltendes Problem in Industriemärkten in Afrika und darüber hinaus.

Alle von uns gelieferten Komponenten unterliegen einer strengen Echtheitsgarantie gemäß 100%. Wir verfügen über ein umfangreiches Lager an Produkten führender globaler Marken wie ABB, Schneider Electric, Siemens und Omron, abgesichert durch weltweite Garantieleistungen. Dank unseres schnellen weltweiten Versands stellen wir sicher, dass Ihre Komponenten sicher und pünktlich eintreffen.

Sind Sie bereit, Ihren nächsten Sicherheitskreislauf zu spezifizieren? Nehmen Sie Kontakt mit unserem Team auf. und wir helfen Ihnen, das richtige Modul zu finden.

Harmony XPS

Hersteller: Schneider Electric
Produktpalette: Harmony Sicherheitsautomatisierung
Produkt- oder Komponententyp: Sicherheitsmodul
Name des Sicherheitsmoduls: XPS

Produkt ansehen

Häufig gestellte Fragen

Kann eine Sicherheits-SPS eigenständige Sicherheitsmodule vollständig ersetzen? 

Das ist möglich, erfordert aber die richtige Konfiguration. Beispielsweise spart eine programmierbare Sicherheitssteuerung Platz im Schaltschrank und bei großen Produktionslinien mit Dutzenden von Sensoren. Bei einfachen Maschinen mit wenigen Not-Aus-Schaltern ist ein Standardmodul hingegen oft günstiger.

Was passiert bei einem internen Fehler? 

Der Fehler wird sofort vom Selbstprüfungssystem erkannt. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um einen defekten Transistor oder einen verschweißten Kontakt handelt. Die Sicherheitsausgänge öffnen sich umgehend, während das Gerät gesperrt bleibt, bis der Bediener den defekten Transistor austauscht.

Warum sind die Gehäuse fast immer rot oder gelb?

Das liegt daran, dass diese Farben das Erkennen sicherheitsrelevanter Bauteile erheblich erleichtern. Außerdem helfen sie Gewerbebetrieben, internationale visuelle Normen wie EN/IEC 60204-1 einzuhalten.