Veiligheidsrelais

Wat is een veiligheidsrelais?

Een veiligheidsrelais is een gecertificeerde schakeleenheid die de signalen van veiligheidscomponenten zoals een noodstop, deurschakelaar of lichtscherm tweekanaals bewaakt, zichzelf en de bedrading op fouten controleert, en bij gevaar of bij een gedetecteerde fout de energie naar gevaarlijke bewegingen betrouwbaar afschakelt. Waar een gewoon relais alleen schakelt, is een veiligheidsrelais zo gebouwd dat één interne of externe fout de veiligheidsfunctie niet kan uitschakelen. Het is daarmee een kerncomponent van de functionele veiligheid van machines en wordt ontworpen en beoordeeld volgens NEN-EN-ISO 13849 (Performance Level) en IEC 62061 (SIL), binnen het kader van de Machinerichtlijn.

Het eerste veiligheidsrelais, de PNOZ van het Duitse Pilz, kwam in 1987 op de markt. Daarvoor bouwden machinebouwers in de industriële automatisering dezelfde bewaking op met losse relais en een combinatie van drie contactoren. Het principe is sindsdien gelijk gebleven, al bestaan er nu ook elektronische en vrij configureerbare varianten.

🧠 Hoe werkt een veiligheidsrelais?

Een klassiek veiligheidsrelais bestaat uit twee redundante uitgangsrelais (vaak K1 en K2 genoemd) met gedwongen geleide contacten, een ingangscircuit met twee kanalen en een start- of resetcircuit. Een veiligheidsfunctie doorloopt vier stappen:

1. Ingangen bewaken - de noodstop, een interlock op een hekdeur of de OSSD-uitgangen van een lichtscherm zijn tweekanaals aangesloten. Wordt een kanaal onderbroken, dan vallen beide uitgangsrelais af.
2. Fouten in de bedrading ontdekken - het relais vergelijkt beide kanalen. Veel typen sturen testpulsen over de ingangen, zodat ook een sluiting tussen de kanalen (dwarssluiting), een sluiting naar 24 V of een draadbreuk wordt herkend.
3. Veilig afschakelen - de normaal-open veiligheidscontacten openen en schakelen de spoelen van twee contactoren af, of geven een STO-signaal aan de aandrijving. Het veiligheidsrelais schakelt de motorstroom dus meestal niet zelf, maar stuurt de actuatoren aan die dat doen.
4. Terugkoppeling en reset - de normaal-gesloten hulpcontacten van de contactoren zitten in serie in de terugkoppelkring (bij Pilz Y1/Y2 genoemd). Een gelaste contactor houdt die kring open, waardoor het relais een nieuwe start weigert. Herstarten kan pas na een bewuste resethandeling.

🔩 Wat zijn gedwongen geleide contacten?

Gedwongen geleide contacten (ook mechanisch gekoppelde contacten) zijn relaiscontacten die via een star mechanisme met elkaar verbonden zijn, zodat een normaal-open en een normaal-gesloten contact nooit tegelijk gesloten kunnen zijn. Als een normaal-open contact vastlast, blijven de normaal-gesloten contacten open met een contactafstand van minimaal 0,5 mm. De eisen stonden vroeger in EN 50205 en zijn opgenomen in IEC 61810-3.

Het voordeel is dat de toestand van een veiligheidscontact controleerbaar wordt: het relais kijkt naar het normaal-gesloten contact en weet daardoor of het normaal-open contact echt open is. Gedwongen geleide contacten maken een contact dus niet onfeilbaar, maar maken een gelast contact wel zichtbaar. Contactoren gebruiken hetzelfde idee met spiegelcontacten volgens IEC 60947-4-1.

🔄 Wat is het verschil met een standaardrelais en een safety PLC?

Een vuistregel uit de praktijk: tot ongeveer drie à vier veiligheidsfuncties is een set veiligheidsrelais overzichtelijk en goedkoop. Daarboven worden de bedrading en de onderlinge koppelingen onoverzichtelijk en is een configureerbaar relais of een safety PLC de betere keuze.

🧩 Welke soorten veiligheidsrelais zijn er?

Configureerbare veiligheidsrelais vormen de brug naar de safety PLC. Pilz bracht in 2002 het vrij configureerbare PNOZmulti uit; andere fabrikanten, waaronder Phoenix Contact, Siemens en Sick, volgden met vergelijkbare producten.

📏 Welke normen en wetten gelden voor veiligheidsrelais?

• ISO 13849-1 - bepaalt het vereiste PLr via de risicobeoordeling en het behaalde PL via categorie, MTTFd, diagnosedekking en CCF; deel 2 regelt de validatie
• IEC 62061 - dezelfde vraag in SIL-termen, gebaseerd op IEC 61508
• IEC 60204-1 - elektrische uitrusting van machines, met stopcategorie 0 (direct energie weg), 1 (gecontroleerd stoppen, daarna energie weg) en 2 (stoppen met energie behouden)
• NEN-EN-ISO 13850 - de noodstop moet in stopcategorie 0 of 1 werken en mag na ontgrendelen niet zelf herstarten
• ISO 14119 - eisen aan deurvergrendelingen en het voorkomen van overbruggen
• Machinerichtlijn 2006/42/EG - noemt in bijlage IV logische eenheden voor veiligheidsfuncties als product waarvoor bijzondere conformiteitsprocedures gelden; vanaf 20 januari 2027 neemt de Machineverordening (EU) 2023/1230 dat over, waarin logische eenheden voor veiligheidsfuncties eveneens als hoogrisicoproduct zijn opgenomen

In Nederland is de Machinerichtlijn omgezet in het Warenwetbesluit machines. De gebruiker valt daarnaast onder de Arbowet: artikel 7.4a van het Arbobesluit verplicht tot periodieke keuring van arbeidsmiddelen die blootstaan aan invloeden waardoor ze kunnen verslechteren tot een gevaarlijke toestand.

🔧 Hoe ontwerpt en test u een circuit met een veiligheidsrelais?

1. Bepaal het PLr per veiligheidsfunctie in de risicobeoordeling. Voor een noodstop op een machine met kans op ernstig letsel komt dat vaak uit op PL d of PL e.
2. Kies de architectuur. PL d vraagt meestal categorie 3 (tweekanaals: een enkele fout leidt niet tot verlies van de veiligheidsfunctie en wordt waar mogelijk ontdekt). PL e vraagt categorie 4, of categorie 3 met een hoge MTTFd en een gemiddelde diagnostische dekking. Kies een veiligheidsrelais dat minimaal dat niveau haalt.
3. Reken de elektromechanische delen door. Voor contactoren en schakelaars geldt MTTFd = B10d / (0,1 × n_op). Voorbeeld: een hekdeur die 50 keer per dag op 300 werkdagen opengaat, geeft n_op = 15.000. Bij een B10d van 1.000.000 is de MTTFd circa 667 jaar (klasse hoog) en de T10d = B10d / n_op ruim 66 jaar, dus langer dan de gebruiksduur van 20 jaar.
4. Reken met het geheel. Gebruik de PFHd-waarde van het relais uit de documentatie van de fabrikant en voer sensor, logica en actuator in, bijvoorbeeld in SISTEMA, de gratis software van het Duitse IFA.
5. Bedraad volgens de handleiding. Gescheiden kanalen, terugkoppelkring via de hulpcontacten, de resetknop buiten de gevarenzone met zicht op die zone.
6. Valideer met foutsimulatie. Onderbreek elk kanaal, maak bewust een dwarssluiting, simuleer een gelaste contactor en meet de stoptijd.
7. Documenteer en inspecteer. Leg het ontwerp vast in het technisch dossier, test de functie periodiek en neem wijzigingen op in de audit of RI&E.

Typische waarden van een standaard veiligheidsrelais: voeding 24 V DC, een behuizing van circa 22,5 mm breed op DIN-rail in de besturingskast of het MCC, twee tot drie normaal-open veiligheidscontacten plus een signaalcontact, en een afvaltijd in de orde van tientallen milliseconden. Die reactietijd telt mee in de veiligheidsafstand van een lichtscherm volgens ISO 13855.

🔐 Wat betekent IT/OT-convergentie voor een veiligheidsrelais?

Een bedraad veiligheidsrelais heeft geen firmware-updates, geen netwerkpoort en geen wachtwoord, en is daarmee nauwelijks op afstand aan te vallen. Dat is een reden waarom het in een tijd van genetwerkte machines nog steeds wordt gebruikt. Configureerbare relais veranderen dat beeld: hun logica wordt met software op een pc gemaakt en via USB of Ethernet geladen, en veel typen leveren diagnose aan een PLC of een gateway.

• Configuratie beschermen - wachtwoord op het project, checksum vastleggen en wijzigingen via change management laten lopen
• Diagnose alleen lezen - de standaardbesturing mag de status uitlezen, maar nooit de veiligheidslogica beïnvloeden
• Fysiek manipuleren voorkomen - verzegel de kast en controleer op overbrugde ingangen; overbruggen is in de praktijk een groter risico dan hacken
• Wetgeving - de Machineverordening eist vanaf 2027 bescherming tegen corruptie van veiligheidsrelevante hard- en software (bijlage III, punt 1.1.9)

Een veiligheidsrelais is geen scheidingsinrichting. Voor onderhoud blijft Lock-out Tag-out met een vergrendelbare werkschakelaar nodig, en een werkvergunning waar het werk dat vraagt.

❓ Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen een veiligheidsrelais en een gewoon relais?

Een veiligheidsrelais bewaakt zijn ingangen tweekanaals, ontdekt fouten zoals draadbreuk, dwarssluiting en gelaste contacten, en weigert dan een herstart. Een gewoon relais schakelt alleen en merkt niet dat een contact is vastgelast. Daarom mag een gewoon relais niet zonder extra maatregelen in een veiligheidsfunctie met een hoog Performance Level worden gebruikt.

Welk Performance Level haalt een veiligheidsrelais?

Veel veiligheidsrelais zijn gecertificeerd tot PL e, categorie 4 volgens ISO 13849-1 en SIL 3 volgens IEC 62061. Het niveau van de hele veiligheidsfunctie hangt echter ook af van de sensoren, contactoren en bedrading. Een PL e-relais met één enkele contactor haalt dus geen PL e.

Wanneer kiest u een safety PLC in plaats van een veiligheidsrelais?

Een safety PLC is zinvol bij meer dan een paar veiligheidsfuncties, bij zones die van elkaar afhangen, of als veiligheidssignalen over een netwerk zoals PROFIsafe moeten lopen. Een veiligheidsrelais is goedkoper en eenvoudiger bij één noodstopkring of hekbewaking. Configureerbare veiligheidsrelais vullen het gebied daartussen.

Mag een veiligheidsrelais automatisch resetten?

Een automatische reset is alleen toegestaan als niemand zich in de gevarenzone kan bevinden zonder dat een veiligheidsvoorziening dat detecteert. Na een noodstop is altijd een bewuste handmatige reset nodig, en de machine mag daarna nog niet vanzelf starten. Moderne veiligheidsrelais bewaken de reset en accepteren het signaal pas bij het loslaten van de knop.

Hoe vaak moet een veiligheidsrelais worden getest?

Test elke veiligheidsfunctie met een veiligheidsrelais bij ingebruikname, na elke wijziging en periodiek volgens de handleiding van de fabrikant en uw risicobeoordeling. Bij elektromechanische contacten worden sommige fouten pas ontdekt als de functie wordt aangesproken, daarom moet een veiligheidsfunctie met PL e regelmatig worden aangesproken. In Nederland verplicht het Arbobesluit bovendien tot periodieke inspectie van arbeidsmiddelen.

Is een veiligheidsrelais gevoelig voor cyberaanvallen?

Een klassiek, bedraad veiligheidsrelais heeft geen netwerkverbinding of firmware die op afstand kan worden aangepast, en is daarom nauwelijks aan te vallen. Configureerbare veiligheidsrelais met software en een Ethernet-poort vragen wel om bescherming van de configuratie en de toegang. De Machineverordening maakt die bescherming vanaf 20 januari 2027 een wettelijke eis.

📌 Samengevat

Een veiligheidsrelais bewaakt noodstoppen, hekdeuren en lichtschermen tweekanaals, ontdekt fouten in zichzelf en in de bedrading, en schakelt via contactoren of STO betrouwbaar af. Gedwongen geleide contacten en een terugkoppelkring maken gelaste contacten zichtbaar. Het ontwerp volgt ISO 13849-1 of IEC 62061, de validatie gebeurt met foutsimulatie, en vanaf 2027 geldt de Machineverordening.

Een veiligheidsrelais is de eenvoudigste gecertificeerde manier om een veiligheidsfunctie tot PL e of SIL 3 te bouwen, mits sensoren, contactoren en bedrading hetzelfde niveau halen.