Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về khái niệm và ứng dụng của relay dẫn hướng bằng lực (hay còn được gọi là force guided (FG) relay).

Relay dẫn hướng bằng lực FG giúp duy trì toàn vẹn mạch bảo vệ máy

Mạch an toàn được sử dụng kết hợp với các thiết bị như cảm biến và relay trong các ứng dụng bảo vệ máy. Tác dụng là để ngắt điện cho thiết bị nếu phát hiện bất kỳ tình trạng nguy hiểm nào. Những điều kiện này thường liên quan đến việc khung lồng bảo vệ máy không được đóng cẩn thận, cảm biến hiện diện phát hiện nhân viên trong khu vực không an toàn. Hoặc việc kích hoạt chức năng dừng khẩn cấp.

Cũng có trường hợp các thiết bị an toàn được sử dụng thực sự. Chẳng hạn như relay gặp phải lỗi bên trong. Khi đó có thể sử dụng relay dẫn hướng bằng lực (force guided – FG) để phát hiện tình trạng này.

Tim hiểu thêm:

• Relay bảo vệ
• Relay trung gian

Relay dẫn hướng bằng lực là gì?

Relay FG là một loại relay điều khiển đặc biệt để sử dụng trong các mạch an toàn. Cấu hình của chúng cho phép chúng được giám sát bởi mạch an toàn. Vì vậy nếu phát hiện ra lỗi relay, mạch có thể cố gắng tắt và ngăn khởi động lại. Từ đó thiết bị được bảo vệ.

Đối với các hệ thống có nhiều động cơ hoặc thiết bị được cấp nguồn bị mất điện bởi mạch an toàn, relay FG là cách an toàn nhất để mở rộng số lượng đầu ra. Bài viết này sẽ thảo luận về cách thức hoạt động của relay FG. Bên cạnh đó là các tính năng người dùng nên xem qua. Đồng thời tìm hiểu cách tốt nhất để kết hợp chúng vào các ứng dụng.

Relay dẫn hướng bằng lực sử dụng lực điện từ được tạo ra bởi cuộn coil. Cuộn này được cấp năng lượng để di chuyển các tiếp điểm đã chuyển một cách vật lý. Điều này cho phép relay giám sát một mạch đầu vào duy nhất. Đồng thời duy trì tình trạng của nó tới một hoặc nhiều mạch đầu ra.

Cận cảnh các hoạt động bên trong của 1 relay dẫn hướng bằng lực

Một số tính năng về thiết kế giúp phân biệt relay FG với relay đa năng 

• Tiếp điểm đơn
• Tiếp điểm cách ly điện
• Cơ cấu dẫn hướng cơ học liên kết lực giữa các tiếp điểm
• Tiếp điểm giám sát cụ thể

Những tính năng này cho biết rằng liệu có sự cố nào đang xảy ra hay không. Chế độ sự cố (failure mode) nghĩa là nếu bất kỳ 1 bộ tiếp điểm được hàn điện nào, xảy ra khi dòng điện cao tạo ra nhiệt, nung chảy các tiếp điểm và làm chúng kết dính lại với nhau và ngăn không cho nó mở ra. Chế độ sự cố thường gặp khác xảy ra khi một lá tiếp điểm bị gãy. Các tính năng này cùng nhau gây ra các hoạt động vận hành thiếu an toàn cho các mạch an toàn.

Ba xu hướng sắp xếp của các tiếp điểm bằng điện 

• Tiếp điểm thường mở (N.O): Còn được gọi là Hình thức A. Chi tiết này đóng lại khi relay được cấp điện. Ngược lại, nó sẽ mở ra khi relay bị ngắt điện.
• Tiếp điểm thường đóng (N.C.): Còn được gọi là Hình thức B. Tiếp điểm này mở khi relay được cấp điện và đóng khi relay bị ngắt điện
• O./N.C: Còn được gọi là Mẫu C. Cả hai tiếp điểm (một N.O. và một N.C.) chia sẻ chung 1 khối tiếp điểm đơn thông thường.

Relay đa năng có thể có nhiều cách sắp xếp tiếp điểm khác nhau. Nhưng relay FG chỉ sử dụng riêng lẻ 1 loại tiếp điểm, hoặc N.O. hoặc  N.C. Mỗi tiếp điểm sẽ thực hiện một chức năng – kiểm soát hoặc giám sát nguồn. Relay FG thường sẽ có một hoặc nhiều tiếp điểm N.O để điều khiển các mạch khác. Cùng với đó là một tiếp điểm N.C. dùng cho mạch giám sát. Khi mạch đang an toàn, relay FG sẽ được cấp điện. Các tiếp điểm N.O. sẽ truyền nguồn điện đó cho những bộ phận đang được bảo vệ. Trong khi đó tiếp điểm N.C. sẽ ngắt nguồn cho mạch giám sát.

Cách ly điện trong relay FG

Việc cách ly điện trong relay FG xảy ra được vì mỗi tiếp điểm nằm trong ngăn riêng của nó, tách biệt về mặt vật lý với các vật thể khác. Relay FG có được tên gọi đó từ một liên kết khóa liên động cơ học đặc biệt kết nối phần chuyển động của mỗi tiếp điểm. Trong quá trình truyền động, tất cả các tiếp điểm phải di chuyển song song. Nếu bất kỳ mối tiếp điểm nào bị hàn dính và không thể di chuyển, thanh liên kết sẽ ngăn các tiếp điểm khác dịch chuyển như mong đợi. Mạch an toàn sử dụng tiếp điểm giám sát để phát hiện loại sự cố hàn này.

Chi tiết chức năng của relay dẫn hướng bằng lực

Bốn trạng thái có thể xảy ra 

• Ngắt điện (trong điều kiện bình thường)
• Cấp điện (trong điều kiện bình thường)
• Ngắt điện (trong điều kiện không bình thường)
• Cấp điện (trong điều kiện không bình thường)

Một tính năng cuối cùng của relay FG là tiếp điểm giám sát N.C. Bộ điều khiển an toàn vận hành relay FG cũng được kết nối với tiếp điểm giám sát này. Bộ điều khiển so sánh trạng thái của nó với vị trí được chỉ thị để xác định bất kỳ sự không phù hợp nào và sẽ vận hành theo tình trạng bất thường này. Ngay cả khi một bộ điều khiển vận hành nhiều relay FG, tất cả các tiếp điểm giám sát sẽ được nối dây để phát hiện xem có bất kỳ lỗi nào phát sinh hay không.

Các tính năng chính

Khi chọn relay FG, các nhà chế tạo máy OEM và người dùng cuối (enduser) nên tìm đến các tính năng chính sau:

• Tuân thủ EN50205
• Thời gian phản hồi nhanh
• Ức chế tăng cuộn
• Chỉ dẫn
• Khả năng chống sốc hoạt động cao

Do tính chất quan trọng của mình, relay FG phải tuân thủ tiêu chuẩn công nghiệp cụ thể, EN50205, xác định các đặc tính và thử nghiệm của các thiết bị này.

Nên chọn loại có thời gian phản hồi nhanh (thường nhanh hơn 10ms). Ngoài ra, do relay FG thường được điều khiển bởi các bộ điều khiển trạng thái rắn (solid-state controllers), việc luyện tập tốt sẽ dẫn đến việc các cuộn dây relay FG được cung cấp với các nguyên tắc của lực điện động lực để nếu có bất kỳ sự tăng điện nào từ cuộn dây cũng không làm hỏng bộ điều khiển.

Mở rộng đầu ra

Các tiêu chuẩn công nghiệp khác nhau từ IEC và ISO xác định các yêu cầu an toàn cho một loạt các ứng dụng tự động hóa. Tiêu chuẩn ISO13849-1 chỉ ra cách xác định mức hiệu suất (PL) bằng cách sử dụng các thông số như DANH MỤC từ B đến 4. Dựa trên điều này, các ứng dụng khác nhau có thể yêu cầu các tính năng càng lúc càng nghiêm ngặt hơn để theo dõi tiếp điểm, dự phòng đầu vào và dự phòng đầu ra.

Hầu hết các mạch an toàn được thiết kế ít nhất là DANH MỤC 2, với các quy định để kiểm tra việc thiếu hụt các chức năng an toàn cần thiết. Relay FG, với các tiếp điểm kết nối và tiếp điểm  giám sát của chúng, là một cách tuyệt vời để cung cấp chức năng này.

Kết luận

Relay FG là thành phần chính được sử dụng trong các mạch an toàn. Chúng đặc biệt hữu ích cho trường hợp điển hình khi các nhà thiết kế cần mở rộng đầu ra từ một bộ điều khiển an toàn hoặc relay để lồng vào nhau nhiều động cơ và các loại thiết bị khác trong một kiểu ứng dụng bảo vệ máy. Hiểu về cách thức hoạt động của relay FG và các tính năng chính cho phép các nhà thiết kế chọn các tùy chọn tốt nhất cho các ứng dụng bảo vệ máy của họ.

Nguồn: