Ci sono svariate tipologie di relè disponibili sul mercato sin da quando, il primo relè elettrolitico, componente fondamentale del telegrafo elettro-meccanico è stato inventato agli inizi del diciottesimo secolo.
Non è passato molto tempo prima che nuovi studi e ricerche ingegneristiche hanno portato alla realizzazione di un meccanismo che, operando come un amplificatore digitale, rende possibile la ripetizione di un segnale proveniente da un telegrafo. Il successo di tale scoperta ha aperto nuove frontiere, non solo nel settore delle telecomunicazioni ma anche in molti altri campi. Anno dopo anno, il relè è diventato parte integrante della nostra vita di tutti i giorni. Possiamo pensare, ad esempio, ad uno dei suoi primi utilizzi di massa, in cui ha giocato un ruolo fondamentale nello sviluppo di uno dei primi computer elettro-meccanici. In questo caso, i relè venivano utilizzati per gestire i registri e le operazioni logiche.
Successivamente i componenti elettronici sono risultati maggiormente facili da utilizzare e molto più efficienti, ma tolto ciò, il relè ha avuto un ruolo fondamentale. Alcuni dei relè che abbiamo appena nominato sono diventati obsoleti lasciando spazio a tecnologie più nuove e sostenibili. Potremmo citare l’esempio dei relè al mercurio, apparecchiature ormai cadute in disuso che utilizzano, come il nome indica, il mercurio come principio di commutazione. Questo elemento chimico è in grado di ridurre la resistenza di contatto diminuendo drasticamente cadute di tensione e bouncing. Il risultato di queste reazioni chimica porta, in linea teorica, ad una chiusura immediata del contatto. Ad oggi, questa tipologia di apparecchiature sono solamente utilizzate in quelle applicazioni in cui l’erosione del contatto potrebbe essere un problema estremamente grave per l’installazione. Dal momento in cui nuove tecnologie sono entrate a far parte dello scenario industriale, è stato possibile evitare l’uso di questo elemento tossico e preservare, per quanto possibile, l’ambiente.
In questo articolo esploreremo in particolare i relè di sicurezza. Farsi strada nel mondo dei relè di sicurezza potrebbe essere un compito complesso perché ci sono molte tecnologie differenti e svariati usi che possono essere associati a questa tipologia di dispositivo. Ogni relè di sicurezza, con le sue peculiarità, dovrebbe essere adeguatamente analizzato a seconda dell’uso specifico che se ne sta facendo. È inoltre possibile identificare diverse famiglie e un ancora maggiore numero di modi di utilizzarli. Potremmo spaziare dai relè coassiali, quelli passo-passo o quelli polarizzati, utilizzati nell’industria delle telecomunicazioni, fino ai più specializzati relay di latching, oppure di potenza. Qui esamineremo cosa rende un relè un relè di sicurezza.
Cos’è un relè di sicurezza
Un relè di sicurezza può essere definito come una apparecchiatura utilizzata in applicazioni a rischio, ossia responsabile di assicurare la sicurezza delle operazioni di macchinari e strumentazioni. Questo significa che un relè di sicurezza gioca un ruolo attivo quando è implementato in una funzione di sicurezza strumentata (Safety Instrumented Function) all’interno di un sistema di sicurezza strumentata (Safety Instrumented System). Queste apparecchiature, quando introdotte adeguatamente in una installazione, sono capaci di garantire la sicurezza del personale così come quella di beni e infrastrutture. Quindi, nel caso in cui si palesi un evento pericoloso, il relè di sicurezza deve portare a termine tutte le adeguate procedure necessarie a ridurre il rischio e mitigare le conseguenze correlate all’evento pericoloso, per ridurre l’impatto ad un livello accettabile.
Differenze tra un relè di sicurezza e standard
Un “relè standard” è fondamentalmente un contatto elettromagnetico che consiste in un coil avvolto su un nucleo di materiale ferromagnetico ed una armatura. Il movimento dell’armatura, quando stimolato dalla forza elettromagnetica, spinge, a seconda del modello, una o più ancore che vengono movimentate verso il contatto fisso. Questo secondo lato di un relè è quello che viene solitamente definito come blocco dei contatti. Quindi, il relè è solitamente composto da due blocchi, il lato della bobina o “coil” e il lato dei contatti. Questo concetto di base può essere considerato in parte valido anche quando parliamo di “relè di sicurezza”. È sicuramente vero che un relè di sicurezza ha un lato “coil” che è dove il comando di eccitazione viene collegato, ma internamente un relè di sicurezza oltre ad avere dei contatti ha anche una serie di componenti elettronici che non sono altro ciò che lo rendono più complesso e allo stesso tempo anche affidabile e sicuro.
Sottolineiamo quindi il fatto che un relè di sicurezza non è un singolo dispositivo elettromeccanico, ma una combinazione di quest’ultimo spesso anche più di uno con circuiteria elettronica dedicata. La lista delle differenze tra un relè di sicurezza ed uno standard è piuttosto lunga a partire sua dalla funzione specifica, le sue caratteristiche e peculiarità, il modo in cui opera sia in condizioni normali che in condizione di guasto e molte altre.
Perché utilizzare un relè di sicurezza
I relè di sicurezza sono utilizzati per accrescere la sicurezza di applicazioni industriali, fornendo un livello aggiuntivo di protezione e controllo. Sono appositamente fabbricati per monitorare dispositivi correlati agli aspetti di prevenzione e protezione di un impianto e per implementare funzioni di sicurezza di macchinari, processi e sistemi. Come detto, implementare un relè di sicurezza in una qualsiasi installazione porta a grandi benefici trattandosi di dispositivi robusti e affidabili in grado sia di gestire che di monitorare gli aspetti più delicati di sistemi estremamente complessi e articolati.
Dove vengono utilizzati i relè di sicurezza
I relè di sicurezza sono principalmente utilizzati in luoghi in cui è necessario - e fondamentale - garantire la sicurezza di installazioni particolarmente delicate, dove il rischio di un evento pericoloso può portare a conseguenze catastrofiche. In termini pratici, questo significa garantire la salvaguardia di tutte le parti coinvolte in una installazione per evitare esiti fatali di situazioni rischiose. Questo include la protezione di esseri umani, beni materiali, infrastrutture e dell’ambiente. Per portare a termine questo compito sono stati inoltre appositamente redatti regolamenti e direttive. Il diretto coinvolgimento di un relè di sicurezza nella nostra vita di tutti i giorni lo si può notare, anche se in modo per molti impercettibile, in molti settori industriali. A ragione di ciò potremmo menzionare il settore dell’automotive, dei trasporti, della distribuzione dell’energia, dell’automazione in genere, dell’oil and gas e molti altri ancora.
I troppi disastri industriali hanno fatto da guida e sono stati la forza motrice che ha spinto esperti di settore ed addetti ai lavori, così come il legislatore, a trovare risposte pratiche e ottimali atte a prevenire tali avvenimenti. In ogni specifico settore in cui un relè di sicurezza viene utilizzato c’è una specifica funzione di sicurezza correlata che esso stesso è chiamato a performare. In poche parole, un relè di sicurezza è utilizzato in tutti quei casi in cui un controller (ad esempio una card a uscita digitale di un PLC) non è in grado di attivare il carico in campo a cause delle sue capacità limitate in merito di tensioni e correnti implicate.
Quando vengono utilizzati i relè di sicurezza
Essendo un relè di sicurezza una di quelle apparecchiature con la capacità di eseguire una funzione di sicurezza, deve essere per forza di cose implementato in tutte quelle circostanze in cui viene imposto l’utilizzo di metodi di protezione di emergenza. Questa sarebbe in maniera molto stringata, la definizione di sicurezza funzionale, dove vi è dunque l’obbligatorietà di assicurare la robustezza del progetto per ridurre, mitigare e possibilmente eleminare ogni rischio che situazioni critiche e potenzialmente pericolose si verifichino. Ogni sistema di sicurezza strumenta si prende carico di una ben definita parte di una installazione e, negli stessi termini, ogni sottosistema, meglio noto come funzione di sicurezza strumentata, contempla l’utilizzo di relè di sicurezza. Tutte le caratteristiche di base di un qualsivoglia relè di sicurezza sono la principale ragione per cui queste apparecchiature sono parte integrante e fondamentale delle strategie di riduzione del rischio, dove un semplice malfunzionamento può concludersi in un incidente.
Quando viene utilizzato un relè di sicurezza significa che il margine di errore, se non è nullo, è comunque estremamente limitato. Infatti, i relè di sicurezza assicurano l’ottemperanza degli standard di sicurezza e delle normative stabilite da enti come, ad esempio, ISO oppure IEC, ma stabilite anche da autorità regionali e nazionali. Utilizzare dei relè di sicurezza aiuta a soddisfare i requisiti legali atti ad assicurare che gli ambienti di lavoro siano sicuri. È allo stesso modo importante specificare che questi dispositivi certificati sono anche classificati secondo le performance di sicurezza. Tipicamente tale classificazione viene fatta utilizzando due metodologie che si definiscono come Safety Integrity Level (SIL) e Performance Level (PL).
Come scegliere un relè di sicurezza
Per assicurare che un relè di sicurezza sia in grado di portare a termine la funzione di sicurezza che gli è stata assegnata, senza incorrere in alcun incidente di percorso durante il tempo di installazione, è necessario che operi in un ambiente che soddisfa determinati criteri e che sia allo stesso modo adatto alle sue caratteristiche. Questo è un processo che va, per forza di cose, portato a compimento durante il design dell’impianto o del macchinario, quando è ancora possibile, qualora fosse necessario, apportare le adeguate modifiche, senza incorrere in problematiche particolari. Naturalmente, in molte circostanze non tutto può essere chiaramente definito sin dal principio. Ricreare una situazione su carta che sia identica a quella che poi avremo nella realtà può essere molto complesso, ma è quantomeno necessario provare ad avere una lista ben definita dei punti chiave che riguardano la scelta di un relè di sicurezza. Non basta infatti considerare solamente il rating di contatto, o le condizioni di ingresso e uscita, o il tipo di carico. Per selezionare un relè di sicurezza, tutti i requisiti di sicurezza del sistema e le sue funzioni devono essere identificate. Questo include, tra le altre cose, la condizione del coil rispetto ai contatti, l’eventuale necessità di ridondanza o le condizioni ambientali (temperatura e umidità) in cui verrà installato. Tutto ciò deve essere quindi contemplato e prima di prendere la decisione finale, su quale relè di sicurezza utilizzare, potrebbe anche essere di aiuto contattare direttamente il produttore per ottenere un parere e confermare la scelta.
Come cablare un relè di sicurezza
I relè di sicurezza sono solitamente parte integrante di sistema di sicurezza molto vasto e la loro efficacia si affida al fatto che sono stati adeguatamente cablati e implementati all’interno di tale sistema. È dunque cruciale consultare gli standard rilevanti e lavorare con personale qualificato sia durante la progettazione che durante l’installazione e il mantenimento di tali sistemi per assicurare la salvaguardia di persone e apparecchiature. Per questo motivo, ma non solo limitato ad esso, un cablaggio consono è cruciale per assicurare l’affidabilità di un relè di sicurezza.
L’attenzione va inoltre focalizzata sul tracciamento, messa a terra e separazione da altri circuiti di controllo per prevenire interferenze e assicurare l’integrità del sistema. Un cablaggio scorretto può lastricare la strada di inconvenienti sgradevoli come, ad esempio, innescare allarmi o attivazioni/disattivazioni spurie che potrebbero anche compromettere il funzionamento dell’impianto, o parte del processo produttivo, causando notevoli perdite in termini anche economici. Potrebbe anche essere possibile che con un incorretto set-up dei collegamenti, l’aspettativa di vita dell’apparecchiature venga influenzata, magari portandone a un malfunzionamento permanente o addirittura irreparabile. Ci sono quindi degli espedienti e precauzioni che vanno tenute in considerazione per avere chiaro il concetto di come cablare un relè di sicurezza perché questo è decisamente un compito delicato e necessario. Avere una comprensione chiara dell’installazione è una grande vantaggio sotto questo aspetto, anche nel momento in cui si verifichi la necessità di effettuare una procedura di ricerca guasti impeccabile. Questo va tenuto in conto se si vogliono evitare dilungamenti nel ripristinare le normali operazioni di funzionamento di una qualsiasi applicazione.
Conclusioni
Un relè di sicurezza è l’anello di giunzione più critico all’interno della catena di funzionamento di un impianto di sicurezza, un macchinario o un processo. È in grado di valutare logiche di sicurezza, applicare azioni predefinite e rispondere in maniera adeguata a prevenire incidenti e assicurare ambienti di lavoro sicuri. La sua abilità di rilevare condizioni a rischio ed eseguire funzioni di sicurezza ha un ruolo vitale nella salvaguardia di lavoratori e cittadini, per proteggere impianti e infrastrutture e ottemperare normative e standard di sicurezza.