I relè di sicurezza sono dispositivi che implementano funzioni di sicurezza e si comportano secondo una specifica routine per mitigare, ridurre, oppure eliminare una condizione pericolosa.
Il relè di sicurezza, infatti, inizia una procedura che porta l’applicazione ad uno stato che può essere considerato sicuro. Tale risposta deve essere puntuale e il relè di sicurezza deve essere affidabile. Un compito come attivare o disattivare un carico potrebbe essere svolto anche tramite l’uso di un relè standard, ma non è garantito che, in determinate condizioni, un relè standard possa svolgere un compito così importante. La risposta alla domanda “Perché usare un relè di sicurezza?” può essere riassunta in una semplice parola: affidabilità.
Prevenzione
La prevenzione identifica una o più azioni che puntano ad evitare o fermare un qualcosa dall’accadere. Questa terminologia riassume la ragione per cui un relè di sicurezza viene utilizzato in una vasta quantità di applicazioni in diversi settori industriali. In un processo industriale, la prevenzione è il fulcro della gestione di applicazioni critiche e il ruolo di un relè di sicurezza è cruciale perché deve evitare che condizioni pericolose possano accadere. Incidenti, lesioni, danni, o anche la discontinuità del processo produttivo sono deleteri e dannosi per un’azienda, non solo in termini economici, ma anche in termini sociali e ambientali.
Solitamente si individuano in maniera chiara attuatori, interruttori di emergenza, sirene, impianti antincendio, ecc., ma dietro le quinte, i relè di sicurezza sono i dispositivi che pilotano queste apparecchiature e ne monitorano le condizioni. In situazione di pericolo, il relè di sicurezza deve avviare una risposta adeguata ad arrestare o controllare la macchina, ma è anche responsabile di garantire che, in quel preciso momento, l’elemento finale sia in grado di funzionare secondo una logica di sicurezza.
Abbiamo quindi introdotto due concetti ben distinti. Uno è definito come “funzione di sicurezza” che interrompe un processo o ne inizia uno in maniera controllata. Per fare un esempio pratico, significa menzionare, tra gli altri, “safety interlocking systems” dove il relè assicura che determinate condizioni di sicurezza sono rispettate prima di permettere ad un macchinario di funzionare. Potremmo indicare, sempre a titolo di esempio, il monitoraggio di una porta di sicurezza, situazione in cui ci si deve assolutamente assicurare che tale porta è chiusa prima di iniziare le normali operazioni di lavoro. I relè di sicurezza sono anche comunemente utilizzati per i pulsanti di emergenza. Quando il pulsante viene premuto, il relè di sicurezza spegne immediatamente il macchinario, pilotando l’applicazione ad uno stato sicuro. Lo stesso vale per la funzione di sicurezza opposta, ovvero l’attivazione di un carico come ad esempio una sirena che andrà ad allertare il personale che un evento pericoloso è imminente o addirittura già in corso.
Il secondo concetto invece è correlato alla procedura di monitoraggio che un relè di sicurezza è in grado di fare e che serve per garantire l’integrità del loop e dell’elemento finale. Le funzioni di sicurezza definite dormienti sono presenti nell’industria di processo e, in caso di pericolo, attivano o disattivano un carico. Necessitano di essere costantemente monitorate nel tempo, per poter essere certi che, in caso di emergenza, saranno in grado di portare a termine il compito che gli è stato assegnato. I relè di sicurezza possono monitorare lo stato dei collegamenti, i loop, rilevare circuiti aperti o cortocircuiti, così come lo stato di salute dell’elemento finale ad essi collegato. In alcuni casi, i relè di sicurezza sono addirittura in grado di monitorare la loro integrità, autodiagnosticare le loro condizioni interne e notificare alla sala controlli se sono in grado di lavorare correttamente o meno.
Sorveglianza
Se prendiamo ad esempio un sistema Fire & Gas, possiamo affermare che in condizioni normali di funzionamento, la funzione di sicurezza si trova in modalità stand-by, in uno stato di pronto intervento. In questo caso, un relè di sicurezza è sicuramente in grado di monitorare l’integrità dell’applicazione. Una delle ragioni per cui i relè di sicurezza sono utilizzati in ambito industriale è infatti la loro capacità di sorvegliare. Tale capacità si riferisce al fatto che possono controllare costantemente tanto le loro funzioni vitali, quanto quelle del loop e del carico, come:
- Diagnostica dei contatti interni
- Integrità del coil del relè
- Mancanza o fluttuazione al di fuori di determinati range della tensione di alimentazione del carico.
- Cortocircuito in campo.
- Circuito aperto in campo.
Filtraggio
Quello a cui facciamo riferimento in questo paragrafo è l’abilità del relè di sicurezza di filtrare il pulse test, performato dalla maggior parte dei PLC utilizzati nell’industria di processo. Non tutti i relè di sicurezza disponibili sul mercato sono dotati di tale capacità, ma molti di essi sono compatibili al pulse test, il che è sicuramente un punto a loro vantaggio. Filtrando adeguatamente il segnale inviato dal PLC si può garantire un’aspettativa di vita del relè sicuramente maggiore. È oltretutto importante notare che il relè è anche in grado di estendere tale funzionalità al campo. In caso di un malfunzionamento, un problema nel loop o con il carico, l’impedenza interna di alcuni relè varia e tale variazione è riportata direttamente, attraverso i terminali del coil del relè, al PLC che dal canto suo deve essere in grado di acquisire tale informazione. Nel momento in cui viene rilevata una situazione di guasto, il PLC inizierà una serie di azioni congrue. In termini pratici, questa caratteristica consente di risparmiare risorse, sia in termini di cablaggio che evitando di dover avere una card digitale aggiuntiva dedicata.
Sicurezza
Il termine “Sicurezza Funzionale” è generalmente utilizzato nei casi in cui il risultato di una azione di protezione dipende esclusivamente e direttamente dal corretto funzionamento di un sistema di controllo indipendente. Quando si verifica questa circostanza, è necessario utilizzare un relè di sicurezza. Un dispositivo come il relè di sicurezza viene utilizzato ogni volta che una funzione strumentata di sicurezza e, di conseguenza, un sistema strumentato di sicurezza, sono il fulcro della prevenzione dei rischi di un impianto. Insieme a sensori, unità logiche e altri elementi finali, il relè di sicurezza deve garantire la sicurezza. Utilizzandoli, le aziende possono raggiungere un livello di sicurezza più elevato per i propri lavoratori, proteggere apparecchiature di valore e rispettare le normative di settore. Questi dispositivi sono componenti fondamentali dei sistemi critici per la sicurezza e aiutano a prevenire incidenti, lesioni e danni nelle diverse applicazioni.
Flessibilità
I relè di sicurezza sono disponibili in diverse tipologie e si possono facilmente adattare ad eventuali cambiamenti nei requisiti di sicurezza. Naturalmente questo dipende dalle specifiche tecniche del relè, ma come regola generale, i relè di sicurezza sono noti per la loro flessibilità e scalabilità. Il vantaggio di usare un relè di sicurezza è riconducibile a quanto facilmente possono essere integrati in sistemi di controllo preesistenti rendendoli, per così dire, convenienti e facili da utilizzare. I relè di sicurezza spesso offrono la possibilità di semplificare i cablaggi, specie comparandoli ai più complessi PLC; conseguentemente si ottiene una riduzione di costo nella ricerca guasti e nella manutenzione. Queste caratteristiche aiutano a identificare i punti critici e assicurare che il relè di sicurezza possa lavorare correttamente in maniera molto semplice. Tra i relè di sicurezza ritroviamo anche gli “smart relay” che possono essere programmati per diagnosticare specifiche circostanze in un range predefinito. Questo è il caso in cui un relè di sicurezza è capace di leggere e interpretare le metriche critiche dal campo. La tensione di alimentazione del carico può essere monitorata, per esempio, per essere sicuri che sia adeguata e compatibile con quanto richiesto dal carico per operare. Nel caso in cui la tensione misurata non fosse all’interno della finestra prestabilita, verrà notificata una segnalazione di guasto in modo tale che misure adeguate possano essere attivate. La stessa cosa, sempre tramite “smart relay”, può essere fatta con la resistenza del carico, o altri parametri vitali.
Affidabilità
La solidità di un relè di sicurezza è quello che lo rende affidabile e questa è l’ennesima ragione per cui viene implementato in circostanze critiche e strettamente legate alla sicurezza. È possibile suddividere questo concetto in diversi argomenti iniziando dalla ridondanza. Molti relè di sicurezza offrono ridondanza, ossia hanno internamente differenti circuiti indipendenti in grado di sopperire l’un l’altro ad eventuali mancanze. La ridondanza migliora l’affidabilità e di conseguenza la sicurezza, riducendo in maniera incisiva il rischio di un singolo punto di guasto. Un relè di sicurezza è un dispositivo complesso che incorpora circuiteria elettronica e include sempre più di un contatto interno; inoltre, il concetto di ridondanza deve essere sempre presente. Se, ad esempio, la funzione di un relè di sicurezza è quella di de-energizzare il carico in caso di emergenza, per portare l’applicazione ad uno stato sicuro, due o tre contatti interni sono coinvolti nel processo. Solo in questo modo si può garantire che in caso di guasto di due su tre di questi elementi ce ne sia ancora uno in grado di performare la funzione di sicurezza. Il medesimo concetto è valido nel caso opposto dove contatti in parallelo sono utilizzati per garantire che un carico possa essere attivato in caso di necessità. Un relè di sicurezza non è “fault free” ossia libero da guasti, ma la probabilità di guasto pericoloso diminuisce drasticamente e può essere considerata prossima allo zero. I due principali standard di riferimento per la classificazione dell’affidabilità di un dispositivo sono il “Safety Integrity Level” (SIL) o il Performance Level (PL). Entrambe le classificazioni assegnano un livello di affidabilità ad un’apparecchiatura, e ne certifica le sue abilità. Il rating del relè viene determinato da enti certificatori qualificati attraverso una serie di rigorose analisi e valutazioni. Più è alto il livello assegnato, più bassa sarà la probabilità di guasto in caso di richiesta di intervento (Probability of Failure on Demand o PFD). Sia i relè classificati SIL che PL richiedono prove periodiche per assicurare che nel tempo i dispositivi siano in grado di continuare a garantire il loro livello di affidabilità. La finestra di tempo e la frequenza in cui tali test devono essere effettuati sono solitamente stabilite dall’ente certificatore. Tale procedura viene chiamata t-proof oppure proof testing e può essere manuale oppure automatica, a discrezione del produttore dell’apparecchiatura, ma certamente deve essere eseguita e portata a termine seguendo le procedure su ogni dispositivo installato e correlato alla funzione di sicurezza.
