淺談機(jī)械制造中的安全控制

崔 璐 單丹陽(yáng)

（1.沈陽(yáng)市日天工業(yè)裝備工程有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110032；2.沈陽(yáng)東大興科冶金技術(shù)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110004）

1 安全控制系統(tǒng)的基本概念與組成

當(dāng)在操作機(jī)械設(shè)備進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生因操作失誤或工廠裝置本身出現(xiàn)故障時(shí)，安全控制系統(tǒng)中的輸入設(shè)備就會(huì)檢測(cè)到諸如電壓、液壓之類信息的變化，這些信息會(huì)反饋給邏輯控制設(shè)備，邏輯控制設(shè)備會(huì)將這些信息與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)判斷然后作用于諸如繼電器之類的可以根據(jù)不同信號(hào)進(jìn)行不同動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。從而采取切斷電源等安全措施保護(hù)工人的安全。說到這大家也許還一頭霧水，說了這么多到底什么叫自動(dòng)控制系統(tǒng)呢？所謂安全控制系統(tǒng)是在開車、停車、出現(xiàn)工藝擾動(dòng)以及正常維護(hù)、操作期間對(duì)生產(chǎn)裝置提供安全保護(hù)。從上文大家不難看出安全控制系統(tǒng)主要包括輸入設(shè)備、邏輯控制設(shè)備和輸出設(shè)備組成。

2 安全控制系統(tǒng)的輸入與輸出環(huán)節(jié)

安全控制系統(tǒng)的輸入設(shè)備包括緊急停止設(shè)備、安全進(jìn)入裝置（安全門快關(guān)或連鎖裝置）、安全光電設(shè)備（安全光幕、安全光柵、安全掃描儀）等這些設(shè)備的功能大多是依靠各種傳感器實(shí)現(xiàn)的所以也可以說安全控制系統(tǒng)的輸入環(huán)節(jié)信息的采集是依靠傳感器實(shí)現(xiàn)的。相比與輸入環(huán)節(jié)，輸出環(huán)節(jié)則采用普通繼電器、普通PLC、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)總線或DCS等邏輯控制元器件從表面上達(dá)到我們所需要的輸出信號(hào)。但是由于制作工藝、使用時(shí)間較長(zhǎng)等原因在輸出環(huán)節(jié)所采用的裝置都會(huì)存在一定的安全隱患諸如處理器不規(guī)則、輸入/輸出卡件硬件故障、輸入回路故障（比如短路、觸點(diǎn)融焊）、輸出元器件故障（如觸點(diǎn)融焊）、輸出回路故障（如短路、斷路）、通訊錯(cuò)誤等。這些隱患的存在將會(huì)對(duì)整個(gè)安全控制系統(tǒng)產(chǎn)生致命的影響從而影響整個(gè)機(jī)械設(shè)備的安全性。那么我們?cè)趺幢ＷC在安全控制系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中的硬件的安全要求呢？在工業(yè)生產(chǎn)中多采用以下兩種措施來保證硬件的安全性：（1）采用冗余性控制；（2）采用多樣性控制。作為機(jī)械設(shè)備的安全控制系統(tǒng)必須保證能夠可靠地控制安全輸入信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤或信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，立即做出反應(yīng)并輸出正確的信號(hào)使機(jī)器及時(shí)切斷電源安全停車，防患于未然或在危險(xiǎn)發(fā)生后能防止事故的擴(kuò)散避免其產(chǎn)生更大的影響。

輸入和輸出環(huán)節(jié)在安全控制系統(tǒng)中扮演者十分重要的角色，能否及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題并報(bào)告給邏輯控制環(huán)節(jié)，而當(dāng)邏輯控制環(huán)節(jié)發(fā)出指令后輸出設(shè)備能否迅速響應(yīng)也影響著安全控制的可靠性。當(dāng)輸入與輸出都能快速的做出響應(yīng)時(shí)，整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞即邏輯控制設(shè)備就顯示出了其舉足輕重的作用，下面我們來討論安全控制系統(tǒng)中的安全邏輯控制設(shè)備。

3 安全控制系統(tǒng)的中樞——邏輯控制設(shè)備

安全可編程控制器即安全PLC，安全PLC相比于普通PLC的優(yōu)點(diǎn)在于安全PLC采用了多套來自不同生產(chǎn)商的中央處理器，這樣在處理信息時(shí)如果有處理器出現(xiàn)故障那么就會(huì)有其他的處理器代替故障處理器進(jìn)行工作，由于不同的的處理器來自不同的廠家這就保證了相同的環(huán)境下不同的處理器出現(xiàn)故障的概率不同。而當(dāng)出現(xiàn)故障的處理器達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，會(huì)切斷所有安全輸出時(shí)系統(tǒng)停機(jī)。在不同的系統(tǒng)下導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)的故障處理器的個(gè)數(shù)是不同的，正是由于這些不同的存在也為不同機(jī)械設(shè)備處理不同的故障情況提供了選擇。對(duì)于安全PLC的冗余控制我們可以用三個(gè)“多”字來概括。首先，在信號(hào)采集時(shí)信號(hào)被送到多個(gè)輸入寄存器，輸入回路通過2條物理線接入安全PLC即通常所說的雙通道方式。借助于安全PLC內(nèi)部所提供的安全測(cè)試脈沖，系統(tǒng)可以檢測(cè)輸入通道中的故障。其次在信號(hào)處理時(shí)這些信號(hào)又被送入多個(gè)中央處理器，最后這些信號(hào)又被送入多個(gè)輸出寄存器，安全PLC的輸出內(nèi)部電路采用了冗余多樣性的方式，對(duì)一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全可靠的控制，提供了多重保障。同時(shí)安全PLC通過2種不同的手段，即切斷基極信號(hào)和切斷集電極電源兩種不同的方式，將輸出信號(hào)由1轉(zhuǎn)變?yōu)?。無論那種方式出現(xiàn)故障，另外一種方式依然完好的執(zhí)行安全功能。同樣在輸出電路內(nèi)部檢測(cè)脈沖也在不斷進(jìn)行自檢。這樣，PLC不斷的自檢同時(shí)依托于多個(gè)冗余通道，保證了整個(gè)系統(tǒng)的安全性和可靠性。不僅如此安全PLC的掃描時(shí)間非常短，通常為每千條指令在1ms的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生。非?？斓倪\(yùn)算速度達(dá)到了緊急停車的要求，同時(shí)又能以及其短的時(shí)間完成自我檢測(cè)和各種信息的比對(duì)。這對(duì)安全系統(tǒng)的可靠性有很大的意義。整個(gè)過程中，信號(hào)狀態(tài)、處理結(jié)果等可以通過安全PLC內(nèi)部的暫存裝置進(jìn)行相互比較，如果出現(xiàn)不一致，則可以根據(jù)不同的系統(tǒng)特性進(jìn)入故障安全狀態(tài)或?qū)⒐收蠙z測(cè)出來，這就充分顯示了冗余系統(tǒng)的好處，可以說是寧濫勿缺。所以，整個(gè)冗余控制看似麻煩實(shí)際上卻有著十分重要的意義。

上述我們從理論層面對(duì)安全PLC的控制原理進(jìn)行了闡述，那么在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中我們是如何通過一個(gè)個(gè)的電子元件來實(shí)現(xiàn)如此復(fù)雜的功能的呢？要實(shí)現(xiàn)上述復(fù)雜的功能必須要通過編程來實(shí)現(xiàn)，而編程必須要可靠地編程環(huán)境同時(shí)也要求適當(dāng)?shù)臋z驗(yàn)手段來保證安全?，F(xiàn)階段的PLC編程大多是通過模塊化的打包的。這些功能模塊只能運(yùn)用不能修改，我們只需要在需要修改的參數(shù)上輸入合適的輸入輸出變量就能完成對(duì)安全功能的編程，這樣的措施充分規(guī)范了安全功能編程。

最簡(jiǎn)單的安全邏輯元器件——安全繼電器，相比于安全PLC安全繼電器只采用了冗余的控制輸出和自我檢測(cè)的功能，雖然不如安全PLC可靠但也能充分保證對(duì)輸出斧子的可靠控制。安全繼電器的冗余輸出控制是通過其存在的兩個(gè)安全輸出觸點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的，這兩個(gè)安全輸出觸點(diǎn)在內(nèi)部是由來自2個(gè)不同的特殊繼電器K1和K2的常開觸點(diǎn)串連而組成。當(dāng)K1出現(xiàn)故障的時(shí)候，K2依然可以實(shí)現(xiàn)安全觸點(diǎn)斷開的功能。

結(jié)語(yǔ)

安全控制系統(tǒng)在機(jī)器正常運(yùn)行時(shí)保持緘默，而當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)些許異常時(shí)它就能最快感知，依托于各種冗余控制和自檢裝置能夠準(zhǔn)確的做出的判斷。三個(gè)模塊間密切配合對(duì)機(jī)械設(shè)備的操作者的安全性提供可靠地保障。在整個(gè)控制系統(tǒng)中邏輯控制元件是最重要的一環(huán)它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)能否正常運(yùn)作，而輸入輸出部分也必須通過冗余的檢測(cè)來保證其可靠性?？偠灾鳛楸ＷC機(jī)械安全性的安全控制系統(tǒng)其自身必須要有高度的可靠性。

[1]李大鑫，張秀棉.模具技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)綜述[J].模具制造，2005（2）.

[2]趙昌盛，朱邦全.我國(guó)模具材料的應(yīng)用發(fā)展[J].模具制造，2004（11）.