Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu

Hỗ trợ kỹ thuật
05/12/2025 04:07
Các công tắc được đánh giá an toàn cần thiết trong các ứng dụng công nghiệp để đảm bảo rằng máy móc và hệ thống có thể được chuyển sang trạng thái an toàn một cách đáng tin cậy và dự đoán được, thường trong trường hợp có lỗi vận hành hoặc yêu cầu chức năng an toàn.
aa
Mẹo hàng đầu để khắc phục sự cố hệ thống điện tử Lựa chọn vỏ bọc phù hợp cho dự án điện tử của bạn Triển khai hệ thống motor biến tần như thế nào để đảm bảo an toàn?

Điểm đầu khi thiết kế hệ thống an toàn công nghiệp là xác định xem ứng dụng có yêu cầu mức an toàn thống nhất (SIL) lên tới SIL 2 theo định nghĩa trong IEC 62061 và/hoặc mức hiệu suất (PL) theo ISO 13849 hay không. Một số ứng dụng yêu cầu mức độ an toàn cao hơn.

Bài viết này cho thấy cách kiến trúc các hệ thống an toàn bằng các công tắc an toàn 3RT2 của Siemens với chế độ hoạt động an toàn để thực hiện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu. Nó cũng rà soát cách đạt được mức SIL và PL cao hơn và các vấn đề tích hợp hệ thống như quản lý nhiệt của công tắc, kết thúc bằng một phần thảo luận về cách tùy chỉnh giải pháp an toàn bằng phụ kiện như liên kết dự phòng, bộ triệt xung điện áp, module chức năng và nhiều hơn nữa, để tối ưu hóa thêm ứng dụng an toàn.

Hướng dẫn trong IEC 60947-4-1 tập trung vào thiết kế và thử nghiệm các công tắc nguồn thấp, thiết bị điều khiển và ISO 13849-1 cung cấp các nguyên lý chung cho thiết kế và tích hợp các bộ phận liên quan đến an toàn của hệ thống điều khiển, bao gồm phần cứng và phần mềm.

Các công tắc 3RT2 có sẵn tùy chọn vận hành thông thường và bán dẫn, kích thước từ S00 đến S2 có thể xử lý lên tới 37 kW. Đối với các công tắc có cơ chế vận hành bán dẫn, hãy ghi rõ việc bao gồm một tín hiệu còn lại thời gian sử dụng (remaining lifetime signal) tùy chọn.

Những công tắc này đáp ứng yêu cầu của IEC 60947-4-1 danh mục AC-3e cho việc sử dụng với động cơ hiệu quả cao IE3 hoặc IE4. Chúng có nhiều cấu hình ngõ ra phụ trợ, bao gồm tiếp điểm Normally Open (NO) và Normally Closed (NC) có thể được dùng để cung cấp phản hồi về việc mạch chính đang bật hay tắt. Phản hồi để kích hoạt đèn báo, báo động hoặc các thiết bị điều khiển khác có thể được sử dụng. Ví dụ về các công tắc 3RT2 bao gồm:

3RT20152AP611AA0 - kích thước S00, công suất định mức 7 A, 3 kW/400 V, 3 cực, 220 VAC 50 Hz/240 VAC 60 Hz, tiếp điểm phụ trợ: 1 NO, vít ghép có nút giữ

3RT20231AK60 - kích thước S0, công suất định mức 9 A, 4 kW/400 V, 3 cực, 110 VAC 50 Hz/120 VAC 60 Hz, tiếp điểm phụ trợ: 1 NO + 1 NC, vít (Hình 1)

3RT20281AN20 - kích thước S0, công suất định mức 38 A, 18.5 kW/400 V, 3 cực, 220 VAC, 50/60 Hz, tiếp điểm phụ trợ: 1 NO + 1 NC, vít

3RT20371KB40 - kích thước S2, công suất định mức 65 A, 30 kW / 400 V, 3 cực, 24 VDC, có varistor tích hợp, tiếp điểm phụ trợ: 1 NO + 1 NC, vít

3RT20371SF30 - kích thước S2 với đầu vào F-PCL-IN, công suất định mức 65 A, 30 kW / 400 V, 3 cực, 83 VAC đến 150 VAC/VDC, 50/60 Hz, có varistor tích hợp, tiếp điểm phụ trợ: 1 NC, vít

Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu
Hình 1: Công tắc kích thước S0 này được xếp hạng 4 kW và có một NC và một NO đầu ra phụ. (Nguồn hình: Siemens)

Thời gian đáp ứng có vai trò then chốt trong an toàn

Khi thiết kế các giải pháp an toàn công nghiệp, điều quan trọng là hiểu tác động của thời gian đáp ứng tổng thể, nó bao gồm một số tham số. Khi thực hiện đánh giá rủi ro, thời gian đáp ứng được định nghĩa là tổng thời gian trong đó bất kỳ chuyển động nguy hiểm nào cũng phải bị dừng lại trong trường hợp yêu cầu an toàn. Một số yếu tố ảnh hưởng đến thời gian đáp ứng gồm:

- Thời gian phản ứng đầu vào của cảm biến trong đơn vị giám sát an toàn

- Thời gian chu trình của chương trình an toàn

- Thời gian trễ từ giao thức truyền thông

- Thời gian vượt quá do quán tính của động cơ hoặc cơ cấu truyền động

- Thời gian gián đoạn của công tắc

Thời gian gián đoạn của công tắc tiếp xúc điện và khởi động động cơ được đề cập trong IEC 60947-4-1. Chuẩn này nêu ra các yêu cầu để ngắt dòng an toàn ở các điều kiện vận hành khác nhau.

Nó cũng xác định các danh mục sử dụng phân loại loại tải và điều kiện vận hành của công tắc, như AC-3e cho động cơ hiệu quả cao. Chuẩn cũng bao gồm các quy trình thử nghiệm thời gian ngắt và các đặc tính hiệu suất khác của công tắc.

Thời gian gián đoạn của công tắc là tham số quan trọng trong hệ thống an toàn. Nó được định nghĩa là thời gian trôi qua từ khi ngắt nguồn cuộn đến khi mở tiếp xúc chính, bao gồm both OD và thời gian hồ quang tiếp xúc (AT).

Ví dụ, khi sử dụng một công tắc có hiệu suất chuyển đổi như minh họa ở Hình 2, thời gian gián đoạn, OD + AT, nằm giữa 50 và 75 ms. Khi tính tổng thời gian đáp ứng, các giá trị xấu nhất luôn phải được xem xét - trong trường hợp này là 75 ms (Hình 2).

Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu
Hình 2: Trong ví dụ này, tổng thời gian gián đoạn cho các tiếp xúc chính (OD + AT) sẽ được xác định là 75 ms, khả năng xấu nhất. (Nguồn hình: Siemens)

Mức an toàn cần thiết là gì?

Thiết kế SIL 2 và PL c tập trung vào các hệ thống mà lỗi có thể gây hại đáng kể, trong khi thiết kế SIL 3 và PL e dành cho các hệ thống mà lỗi có thể có hậu quả thảm khốc. Các hệ thống SIL 3 và PL e phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều thiết kế và bảo trì hơn. Các hệ thống SIL 2 và 3 và PL c và e đều có độ tin cậy cao. Tuy nhiên, hệ SIL 3 và PL e được thiết kế với độ tin cậy tối đa hơn nữa, có các cơ chế dự phòng và an toàn fail-safe để giảm thiểu các sự cố tiềm ẩn.

Việc sử dụng công tắc được đánh giá an toàn là yếu tố then chốt cho các giải pháp an toàn đơn giản và chi phí thấp hơn. Các công tắc này có đầu vào an toàn riêng (F-PLC-IN) để đảm bảo chúng chuyển sang trạng thái an toàn trong trường hợp xảy ra sự cố, như mất điện hoặc lỗi tín hiệu điều khiển.

Đầu vào F-PLC-IN cho phép kết nối trực tiếp với bộ điều khiển an toàn (F-DQ), cho phép triển khai các chức năng an toàn như dừng khẩn cấp hoặc khóa liên động. Sử dụng đầu vào F-PLC-IN giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng một số thành phần bên ngoài như rơ-le ghép nối và một bộ điều khiển riêng biệt (DQ) cho công tắc.

Với các công tắc an toàn 3RT2, hệ thống có thể được thiết kế để đáp ứng yêu cầu SIL 2 hoặc PL c chỉ với một công tắc và SIL 3 hoặc PL e với hai công tắc theo cấu hình chuỗi dự phòng. Sự giản lược hệ thống này có thể tăng độ tin cậy và giảm chi phí hệ thống an toàn (Hình 3).

Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu
Hình 3: Việc sử dụng các công tắc an toàn 3RT2 ở phía dưới hỗ trợ các cấp độ an toàn cao hơn với ít thành phần hơn so với các công tắc không an toàn (ở phía trên). (Nguồn hình: Siemens)

Công cụ đánh giá an toàn miễn phí của Siemens (SET) cho IEC 62061 và ISO 13849-1 đã được TÜV kiểm tra. SET bao gồm một môi trường đánh giá và phát triển hệ thống an toàn từng bước cho phép người dùng nhanh chóng và đơn giản đánh giá các chức năng an toàn của một máy. Với SET, có thể dễ dàng lập báo cáo tuân thủ tiêu chuẩn đã chọn, và có thể tích hợp vào tài liệu như bằng chứng về an toàn.

Các xem xét quản lý nhiệt

Giống như bất cứ thiết bị xử lý nguồn lực nào khác, người thiết kế phải cân nhắc lượng nhiệt sinh ra khi sử dụng công tắc 3RT2. Đây là các thiết bị có hiệu suất cao, do đó không sinh quá nhiều nhiệt, nhưng vẫn có. Ví dụ, mẫu 3RT20371KB40 có công suất định mức lên tới 30 kW và sinh ra tới 11 W tổn thất công suất.

Thiết kế cơ bản của công tắc 3RT2 phù hợp với lắp ghép cạnh nhau và vận hành ở nhiệt độ môi trường từ -25°C đến +60°C với làm mát bằng đối lưu tự nhiên. Một số công tắc này có thể được sử dụng ở nhiệt độ lên tới +80°C dưới một số hạn chế vận hành cụ thể

Giữa +60°C và +70°C, các công tắc này có thể được sử dụng liên tục với suy giảm dòng điện và tần số đóng/ngắt phù hợp (số lần đóng/ngắt trên giờ). Thêm vào đó, có thể cần khoảng trống 10 mm để đảm bảo tản nhiệt tốt hơn khi lắp đặt cạnh nhau.

Công tắc 3RT2 có thể được sử dụng lên tới một giờ ở nhiệt độ môi trường từ +70°C đến +80°C với suy giảm thêm. Tuy nhiên, nhiệt độ môi trường trung bình không được vượt quá +60°C cho bất kỳ khoảng thời gian 24 giờ nào.

Các khuyến cáo nhiệt độ mở rộng này chỉ áp dụng cho các công tắc không chứa thành phần điện tử. Khuyến nghị sử dụng công tắc với điện tử tích hợp chỉ ở mức tối đa +60°C để đảm bảo tuổi thọ hoạt động tối đa.

Nếu cần, có thể dùng các công tắc S00 và S0 không bao gồm điện tử ở nhiệt độ môi trường tối thiểu -50°C, nếu không có ngưng tụ, nhưng độ bền cơ học sẽ giảm lên tới 50%. Các thông số hiệu suất khác sẽ không đổi. Các công tắc có điện tử tích hợp hoặc được sử dụng với phụ kiện điện tử không được dùng ở nhiệt độ dưới -40°C.

Phụ kiện để tùy chỉnh giải pháp an toàn

Dù công tắc là trái tim của hệ thống, chúng thường yêu cầu bổ sung phụ kiện để thực hiện một giải pháp an toàn tối ưu. Ví dụ, công tắc 3RT2 ở kích thước S00 có nhiều lựa chọn như tiếp điểm phụ, công tắc phụ, module liên kết thông minh, bộ giảm quá áp, bộ giảm nhiễm EMC và nhiều hơn nữa (Hình 4).

Cách sử dụng công tắc an toàn để nhận diện các giải pháp an toàn công nghiệp tối ưu
Hình 4: Sự đa dạng phụ kiện có sẵn hỗ trợ tùy chỉnh các ứng dụng an toàn. (Nguồn hình: Siemens)

Bắt đầu với bộ dây nối 3RA29132AA1 (phần ⑯, ⑰ và ⑱ ở Hình 4). Nó cung cấp vít ghép có ren để kết nối dây và một hệ thống liên kết cơ học, đảm bảo hiệu suất điện và cơ học chắc chắn.

Nếu một ứng dụng yêu cầu nối nối chuỗi hai công tắc để đạt được an toàn SIL 3 hoặc PL e, hãy thêm 3RA29261A, bộ nối nối an toàn (⑮). Thêm một khối gắn khóa như 3RT29263AB31 (không hiển thị) cho phép công tắc hoạt động ở trạng thái đã cấp nguồn (on) ngay sau khi xung nguồn ban đầu bị loại bỏ và có thể tăng cường an toàn ở một số ứng dụng.

Các khối chức năng có thể được thêm để kết nối công tắc với hệ thống điều khiển. Chế độ 3RA27111AA00 (⑧) cho phép kết nối IO-Link. Module 3RA27122AA00 (⑦) bổ sung AS-Interface có thể kết nối với các hệ thống truyền thông trường cấp cao hơn như PROFINET. Các module chức năng như 3RA28132FW10 (⑥) có thể được sử dụng cho các nhiệm vụ điều khiển như khởi động trực tiếp, khởi động đảo chiều và khởi động star-delta (wye -delta).

Cũng có tùy chọn thêm các khối công tắc phụ nhỏ hơn để thực hiện các chức năng như khóa liên động, trình tự và giám sát trạng thái của công tắc chính. Các tiếp điểm phụ trợ có sẵn ở nhiều cấu hình, như lắp ở bên cạnh hoặc ở phía trước, với NO hoặc NC và nhiều số cực. Ví dụ, 3RH29111DA02 (②) là mô hình hai cực lắp bên cạnh, và 3RH29111NF02 (④) là cấu hình hai cực lắp ở phía trước.

Để cải thiện hiệu suất hệ thống, hãy thêm một module giảm EMC như 3RT29161PA2 (không hiển thị) sử dụng các thành phần RC để giảm dư điện áp, đặc biệt khi ngắt tải cảm kháng như động cơ, giúp ngăn hỏng cuộn và giảm nhiễu điện từ. Một bộ triệt xung điện áp như 3RT29261CD00 (⑨) có thể bảo vệ cuộn bằng cách hấp thụ các đỉnh áp cao xảy ra khi cuộn ngừng cấp năng lượng.

Kết luận

Dòng 3RT2 của Siemens có sẵn ở các kích thước từ S00 đến S2 có thể xử lý tới 37 kW. Những công tắc được đánh giá an toàn này cho phép phát triển các hệ thống an toàn với các mức SIL 2 và PL c, tới SIL 3 và PL e. Nhiều phụ kiện, như module liên kết thông minh, tiếp điểm phụ, công tắc phụ, bộ giảm surge, bộ giảm nhiễu EMC và nhiều thứ khác, có sẵn để tinh chỉnh thiết kế và hiệu suất thêm.

Minh Trí (theo Jeff Shepard, digikey.com)

Tudonghoangaynay.vn
vcca2026
Tin bài khác
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/5/2026: Tuổi Ngọ khẳng định bản lĩnh, tuổi Tuất túi tiền rủng rỉnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 16/5/2026: Tuổi Ngọ khẳng định bản lĩnh, tuổi Tuất túi tiền rủng rỉnh

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 16/5/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Qualcomm khai trương trung tâm R&D tại Hà Nội, tăng tốc đầu tư AI và bán dẫn ở Việt Nam

Qualcomm khai trương trung tâm R&D tại Hà Nội, tăng tốc đầu tư AI và bán dẫn ở Việt Nam

Việc đưa Trung tâm R&D tại Hà Nội vào hoạt động đánh dấu bước tiến mới trong chiến lược đầu tư dài hạn của Qualcomm Technologies, Inc. tại Việt Nam, với trọng tâm là AI, SoC và đào tạo đội ngũ kỹ sư đạt chuẩn toàn cầu.
Thị trường chứng khoán ngày 15/5: Rung lắc nhẹ quanh vùng đỉnh, dòng tiền luân chuyển sang nhóm dầu khí và cao su

Thị trường chứng khoán ngày 15/5: Rung lắc nhẹ quanh vùng đỉnh, dòng tiền luân chuyển sang nhóm dầu khí và cao su

Phiên giao dịch ghi nhận VN Index điều chỉnh nhẹ nhưng vẫn rút chân về cuối phiên, trong khi nhóm VN30 suy yếu rõ hơn. Dòng tiền tiếp tục phân hóa, rời dần các nhóm dẫn dắt cũ để tìm cơ hội ở dầu khí, cao su và một số cổ phiếu midcaps.
Việt Nam - Trung Quốc tăng cường liên kết công nghệ, phát triển hệ sinh thái kỳ lân

Việt Nam - Trung Quốc tăng cường liên kết công nghệ, phát triển hệ sinh thái kỳ lân

Chiều 14/5 tại Hà Nội đã diễn ra Diễn đàn Thượng đỉnh phát triển ngành Trí tuệ nhân tạo Trung Quốc - ASEAN (Việt Nam) lần thứ II. Diễn đàn do Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam cùng Liên hiệp các Hội Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam chỉ đạo thực hiện, Hội Tự động hóa Việt Nam chủ trì tổ chức.
AI trở thành “vũ khí” tấn công mạng: Thách thức lớn nhất với các CISO hiện nay

AI trở thành “vũ khí” tấn công mạng: Thách thức lớn nhất với các CISO hiện nay

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo đang mang lại những bước tiến lớn cho doanh nghiệp, nhưng đồng thời cũng mở ra một mặt trận mới trong an ninh mạng. Theo báo cáo Threat Pulse quý I/2026 của NCC Group, AI hiện được xem là mối đe dọa an ninh mạng lớn nhất đối với các Giám đốc An ninh Thông tin (CISO) trong những năm tới, khi các tác nhân tấn công ngày càng tận dụng công nghệ này để gia tăng quy mô và độ tinh vi của các chiến dịch tấn công.
Các đơn vị liên ngành phối hợp kiên quyết xử lý tình trạng in lậu, vi phạm bản quyền tác giả

Các đơn vị liên ngành phối hợp kiên quyết xử lý tình trạng in lậu, vi phạm bản quyền tác giả

Ngày 13/5, Cục Xuất bản, in và phát hành phòng, chống in lậu Trung ương vừa có công văn gửi Bộ Văn hóa, Thể thao và Du lịch; Sở Văn hóa và Thể thao các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương; Đội liên ngành phòng, chống in lậu các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương về việc thực hiện Công điện số 38CD-TTg của Thủ tướng Chính phủ.
Hội nghị giữa VAA và các đối tác Trung Quốc mở ra cơ hội hợp tác về AI

Hội nghị giữa VAA và các đối tác Trung Quốc mở ra cơ hội hợp tác về AI

Sáng ngày 14/5, trong khuôn khổ chuỗi hoạt động của Triển lãm Vinamac Expo 2026, Hội Tự động hóa Việt Nam (VAA) và đoàn đại biểu các đối tác đến từ Trung Quốc đã có hội nghị thảo luận về các cơ hội hợp tác hai bên.
Nhận định phiên giao dịch ngày 15/5: Ưu tiên tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi

Nhận định phiên giao dịch ngày 15/5: Ưu tiên tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi

Sau phiên tăng bùng nổ ngày 14/5 với hơn 27 điểm, VN-Index tiếp tục được đánh giá đang duy trì xu hướng tăng tích cực. Tuy nhiên, các chuyên gia khuyến nghị nhà đầu tư nên ưu tiên gia tăng tỷ trọng ở các nhịp điều chỉnh thay vì mua đuổi trong bối cảnh thị trường đang tiến gần vùng kháng cự mạnh.
Công bố Sáng kiến hợp tác trí tuệ nhân tạo và tự động hoá Trung Quốc - Việt Nam

Công bố Sáng kiến hợp tác trí tuệ nhân tạo và tự động hoá Trung Quốc - Việt Nam

Chiều 14/5, trong khuôn khổ Diễn đàn thượng đỉnh phát triển ngành Trí tuệ nhân tạo Trung Quốc -Asean (Việt Nam) lần thứ 2 đã diễn ra Lễ Công bố “Sáng kiến Hợp tác Trí tuệ nhân tạo và Tự động hoá Trung Quốc – Việt Nam”.
Chung kết cuộc thi thiết kế MCU - FPGA 2026 sẽ tìm ra tài năng trẻ ngành bán dẫn

Chung kết cuộc thi thiết kế MCU - FPGA 2026 sẽ tìm ra tài năng trẻ ngành bán dẫn

Cuộc thi “Thiết kế MCU - FPGA Hà Nội 2026” được kỳ vọng trở thành sân chơi học thuật chuyên nghiệp cho sinh viên yêu thích công nghệ vi mạch, FPGA và hệ thống nhúng. Sau hơn 4 tháng tranh tài, các đội xuất sắc sẽ bước vào vòng chung kết dự kiến tổ chức vào tháng 7/2026.
vn-web
song-gia-tri