机器的安全和保护——浅析自动化安全控制系统

ｆ　Ｅ＾Ｔ　Ｕ　Ｒ　Ｅ　

随自动化技术的不断发展，　ｌ－ｔ一集成化程度不断增加．现　代机器设备的功能越来越复杂。　与此同时．机器的安全性能也被　人们越来越重视。机器的安全性　就是指　在机器安全使用说明书　规定的预订使用条件下执行其功　能和在运输、安装、调整、拆卸　安佥控制与标灌他　机器的安全和保护　浅析自动化安全控制系统　全保护。～旦当机器　设备本身出现危险．　或由于人为原因而导　致危险时．系统立即　做出反应并输出正确　信号，使机器安全停　车，以阻止危险发生　或事故扩散。　黄之炯先生．德国皮尔磁工业自动化　（上海）有限公司产品经理。　保护了人和机器的安全。　二机器的安全控制系统的　要求　和处理时不产生伤害或危害健康　本文作者黄之ｌｌ婀先ｌ牛　一套安全控制系　一台机器．应采用什么样的安全控　的能力。机器的安全和保护．主要是对　统．由安全输入信号《即安全功能　如紧　制系统７使用较低级别的安全控制系统，　人（如操作、调试和维修人员）的安全和　急停止信号、安全门信号等）、安全控制　则达不到安全要求　而采用过高级别的　设备财产安全的保护。一台合格的机　模块（如安全继电器、安全ＰＬＣ）和被控　安全控制系统．则会导致机器设备成本　器，既要能按照用户工艺要求执行其功　输出元件（如主接触器、阀等）３部分组　的增加。因此，在设计一台机器之前，　能，又必须避免在复杂的运行和维修调　成。　必须要对机器进行风险评估和风险评　试过程中引发的伤害事故和系统失控而　在国内的不少具有安全要求的机器　价　然后根据风险评估和风险评价的结　导致的设备损坏事故。因此，对于一台　中，普通的继电器或者ＰＬＣ被广泛地作　果．采取一系列的描施来降低风险，把　带有一定风险和危险的机器，我们既需　为控制模块对安全功能进行监控。从表　风险降低到可以接受的水平甚至是最低　要一套动态地实现工艺要求的非安全控　面看来，这样的机器在一定条件下也能　的水平，从而达到安全要求。所有的这　制系统，同时也需要一套静态的安全控　够保证安全性。但是，一旦当普通的继　些措施均可参照相关安全标准和安全规　制系统来保护人和机器的安全。　电器和ＰＬＣ由于自身缺陷或外界原因导　范来实现。　致功能失效（如触电熔焊、电气短路、处　近些年来，随着机器的安全越来越　一使用特殊的安全控制模块　理器紊乱等故障），就会丢失安全保护　被重视，－￣，９　Ｉ－的有关组织或国家都制　的必要性　功能，引起事故的发生。　定了相关的安全标准和安全规范。欧盟　而对于安全控制模块，由于其采用　作为目前世界上最大的经济自由区，已　安全控制系统必须提供一种高度可　的冗余、多样的结构，加之以自我检测　把对机器的安全要求上升到法律的高度　靠的安全保护手段，最大限度地避免机　和监控、可靠电气元件　反馈回路等安——机械指令９８／３７／ＥＣ。任何进入欧　器的不安全状态、保护生产装置和人身　全措施。保证在本身缺陷或外部故障的　盟的机器　无论是新的或是二手的，都　安全，防止恶性事故的发生、减少损失。　情况下，依然能够保证安全功能，并且　必须符合机械指令及其他相关指令的基　该系统在开车、停车、出现工艺扰动以　可及时将故障检测出来。从而最大程度　本要求。　及正常维护操作期间对机器设备提供安　地保证了整个安全控制系统的正常运行，　机械指令规定了基本安全与卫生要　Ａ　Ｖｏ１．１０　Ｎｏ．１１　

１　１・２０Ｏ６　维普资讯 http://www.cqvip.com 机器的安全和保护——浅析自动化安全控制系统　求，同时，又进～步规定了制造商可依　据标准来达到指令所规定基本安全与卫　生要求　标准为指令实施提供技术支　撑，规定了实现指令基本要求的方法和　措施。制造商要使其产品符合新方法指　令所规定的基本要求，获得ｃＥ认证，最　好的方法就是按照标准来制造产品。常　用的一些国家、欧洲和国际标准有：　ＥＮ　１０５０—１　９９６机械安全风险评　价　ＥＮ　２９２—１：１　９９１机器安全基本　概念与设计通则　ＥＮ　９５４—１　机械安全控制系统有　关安全部件第１部分设计通则　ＥＮ／ＩＥＣ　６０２０４机械安全机械电　气设备　ＥＮ／ＩＳＯ　１　３８９４机械的安全控制　系统有关的安全部件　ＥＮ／ＩＥＣ　６１　５０８主要涵盖了电气／　电子／可编程电子系统的功能安全　ＥＮ　４１　８紧急制动设备　ＥＮ　１　０８８　与保护装置有关的连锁　装置设计和选择原则　ＥＮ　１　２４１　５机床安全小型数控　车床和车削中心　ＥＮ　１　２４１　７机床安全加工中心　ＥＮ　１　２４７８机床安全大型数控　车床和车削中心　ＧＢ　５２２６．１—２００２机械安全机床　电气设备第１部分：通用技术条件　三安全控制模块　在整个安全控制系统中，安全控制　模块最为复杂。因为安全控制模块，既　要采集安全输入信号，又要根据逻辑要　求．进行安全输出控制。安全控制模块　不但在自身出现缺陷的情况下依然要能　保持高安全可靠性，同时也要能检测安　全输入信号和被控输出元件的故障，并　及时做出合理的反应。在安全控制领　域，常用的安全控制模块有安全继电　器、安全可编程控制器、安全总线系统　（见囤Ｉ）。　紧凑型安全继电器可用于控制单一　安全功能，适用于小型的安全控制系　统。其安全输出通常有继电器触点输出　或晶体管输出。无论采用何种形式的输　出结构，安全继电器都能保证至少２个　通道进行输出的控制。在一个输出通道　出现故障的情况下，另外一个冗余的通　道依然能保证安全继电器的安全功能，　并且及时检测出故障通道。　安全可编程控制器适用于中、大型　的安全控制系统。安全可编程控制器的　ＣＰＵ采用冗余的多处理器结构。各个处　理器之间相互监控，一旦出现不一致，　立刻使控制器处于安全状态，并且发出　报警信息：同时，安全可编程控制器对　内部的ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ、输入输出寄存器　等元件进行实时监控，并且采用特殊的　安全控制与标准化　

图２安全控裁系统示意图　测试脉冲对输入信号和输出被控元件进　行检测，一旦出现任何不安全隐患，控　制器立刻切换至安全保护状态。　安全总线系统则适用于大型、离散　式的安全控制系统。其原理是在现有工　业现场总线的基础上　采用了一系列的　时间检测、地址检测、连接检测和ＣＲＣ　冗余校验等措施，达到高的安全等级。　四安全控制系统的应用　以一台中型冲压机器为例，其安全　功能通常有紧急停止按钮、安全门、操　作模式选择、安全光栅、双手按钮、安　全阀、断轴检测、安全速度监控等。这　些安全功能之间有着复杂的、相互联锁　的逻辑关系。如果采用紧凑型安全继电　器，则会有接线繁琐、成本较高、诊断　困难的缺点。而采用安全可编程控制　

图１　安全系统中的各安全控制模块　ＪＩＡ　Ｖｏ１．１Ｏ　ＮＯ．１　１　————＿　了　面　一　器，成本较高。对于这种应用，　ＰｉＩｚ推出了ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ模块化的　安全继电器。　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ是一个多功能、　可自由配置的模块化安全系　统。与其他ＰＮＯＺ安全继电器　不同，ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ的安全电路　可在个人电脑上使用图形配置　工具轻松生成。ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ由　一个ＰＮＯＺ　ｍ０（１／２）Ｐ基础模　

块和若干个扩展模块组成。基　维普资讯 http://www.cqvip.com 机器的安全和保护——浅析自动化安全控制系统　

圈３　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ模块　’罴　吾　。一：　‘；　三虿…一　一～　：　．．！．　：　｝：　－‘　＊　｛　。　硷　……………　“。　！　竺！　圈４　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ镐程界面　础模块可单独使用．包括２０个可连接急　停按钮、安全门、双手控制器等所有安　全功能的输入点　４个２Ａ容量的半导体　安全输出　２个继电器安全输出：一个辅　助非安全输出以及４个测试脉冲输出。可　以使用扩展模块来达到增加输入输出点、　速度监视、现场总线连接的功能。通过　基础模块上的ＲＳ一２３２接口可以直接向　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ写入程序　或使用读卡器向　ＳｌＭ智能卡写入程序后插入ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ运　行（见母２、图３）。　ＰＮＯＺｍｕｈｉ有以下特点：　（１）模块化的结构．使用灵活　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ已经有了３个版本的基　础模块．ＰＮＯＺｍＯｐ、ＰＮＯＺｍｌ　ｐ￣ｌ：］ＰＮＯＺｍ２ｐ。　ＰＮＯＺｍＯｐ不可扩展输入输出模块．但可　扩展通信模块：ＰＮＯＺｍｌ　Ｐ可扩展输入输　出模块和通信模块：ＰＮＯＺｍ２ｐ是专为压　机开发的基础模块。　（２）可编程．操作简单易懂，无需　一　一　安全控制与标准化　断故障：　（ｄ）可通过诊断字．判断　ＣＡＮｏｐｅｎ　一￡　，ｌ　￣｛ｅｔｙ．ｓｕ＿ｓ＃　国５　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ　连接的各种总线　特殊的编程知识　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ采用图形配　置工具ＰＮＯＺｍｕ『ｔｉ　Ｃｏｎｆｉ—　ｇｕｒａｔｏｒ进行编程．从而达到　多配置而少配线。（见图　）　ＰＮＯＺｍｕ『ｔｉ　Ｃｏｎｆｉ　ｇｕ　ｒａｔｏ　ｒ　有多种语言版本．包括有中文、德语、　英语、西班牙语　法语、意大利语、日　语。通过ＰＮＯＺｍｕｔｌｉ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｏｒ，只需　要使用鼠标拖拉．就可迅速完成一个安　全电路．缩短了设计和开发周期。每一　个基础模块需要使用一块ＳＩＭ卡．用于　存放程序。可通过两种方式将程序下载　至基础模块。可通过读卡器．将程序下　载至ＳＩＭ卡：可以通过串行电缆和基础　模块上的Ｒｓ一２３　２串口　将程序下载至　基础模块。此配置工具的最新版本为　５．０．０。　（３）强大的诊断功能　可以通过以下方式进行故障诊断：　（ａ）每一输入输出点都带有ＬＥＤ指　示灯：　（ｂ）可通过串行电缆和基础模块上　的ＲＳ２３２串口　执行动态程序显示功　能　用于故障诊断和设备调试：　（Ｃ）可通过故障堆栈信息，迅速判　各个功能块的状态　（ｅ）可与ＰＭＩｍｉｃ　ｒｏ　Ｄｉａｇ　配合使用．通过人机界面，获　得可视化的诊断信息。　（４）可进行安全速度监控　ＰＮＯＺｍｕｌｔｉ可以扩展ＰＮＯＺ—　ｍｓ１　Ｐ或ＰＮＯＺｍｓ２ｐ．通过增量　型编码器或接近开关．进行　安全速度监控．根据欧洲标　准可达到安全等级３级。可通　过ＰＮＯＺｍｓｉ　１　Ｐ～ＰＮＯＺｍｓｉ４ｐ　适配器，用于连接Ｓｉｅｍｅｎｓ或　Ｈａｉｄｅｎｈａｉｎ的驱动．以获得增　量型编码器的信号。　ｆ５）可控制普通标准功能　ＰＮＯＺｍｕＩｔｉ通过ＰＮＯＺｍｉ　２ｐ和ＰＮＯＺ—　ｍｃ１　Ｐ．可控制普通标准功能．诸如起动　按钮、复位按钮，或进行状态信号输出：　可通过普通标准总线．如Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、　ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＣＡＮｏｐｅｎ、ＣＣ—Ｌｉｎｋ进行非安　全状态信息的通信（见图５）。　五总结　对于机器的安全和保护不仅有利于　生产者的人身安全．也有利于企业的持　续发展．提高机器设备的整体竞争力．　它是每个企业家和设计者必须考虑的具　有较大社会效益的行为　虽然目前安全　控制技术在国内还处于起步阶段　但是　我们相信　通过国家标准的相继出台和　认真贯彻实施、安全理念和安全技术越　来越被人们广为重视和接受　对于我国　制造业的可持续发展，提升国产产品在　国际上的竞争能力　将起到举足轻重的　作用。嘲　墨！兰望皇旦　些　１　１・２０Ｏ６　

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