液壓機(jī)安全控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)淺析

喬禮惠，徐 路

（江蘇國(guó)力鍛壓機(jī)床有限公司，江蘇 揚(yáng)州225009）

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，機(jī)械產(chǎn)品正向高速化、精密化、柔性化、多樣化方向飛速發(fā)展。這就要求現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械不僅能夠高精度、高效率、大負(fù)載地運(yùn)轉(zhuǎn)，還應(yīng)具有更高的“安全性”，才能滿足市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求。隨著國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB28241-2012《液壓機(jī)安全技術(shù)要求》的實(shí)施，對(duì)液壓機(jī)安全控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有了統(tǒng)一要求，液壓機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須符合標(biāo)準(zhǔn)里涉及到的一系列安全要求?？紤]到液壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)的安全性，我們認(rèn)為最主要的還是怎樣讓液壓機(jī)滑塊下行動(dòng)作和底缸頂出、退回動(dòng)作的停止功能更可靠、完善，也就是停止控制功能的優(yōu)先級(jí)必須要高于起動(dòng)控制功能。針對(duì)此種現(xiàn)象，我們研究開(kāi)發(fā)了此套安全控制系統(tǒng)，主要采用PILZ 公司的模塊化安全繼電器PNOZ m2p 結(jié)合歐姆龍公司的CP1E PLC，兩者之間通過(guò)自由口進(jìn)行通訊，輔以外圍各安全元器件的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)公司生產(chǎn)液壓機(jī)的安全控制。

1 安全控制系統(tǒng)構(gòu)成

圖1 安全控制系統(tǒng)配置圖

該安全控制系統(tǒng)主要由PILZ 公司的模塊化安全繼電器PNOZ m2p、歐姆龍公司的CP1E PLC、泰豐液壓公司帶有安全閥監(jiān)控的插裝閥液壓系統(tǒng)以及外圍一系列安全元器件組成（圖1），其中關(guān)于液壓機(jī)動(dòng)作狀態(tài)或工作模式的選擇開(kāi)關(guān)信號(hào)以及急停、雙手、安全控制光幕、安全閥監(jiān)控等安全信號(hào)全部輸入到PILZ 模塊化安全繼電器PNOZ m2p 的輸入端（圖2），其他一些控制信號(hào)如回程、復(fù)位、壓力發(fā)訊、保壓延時(shí)等信號(hào)則輸入到CP1E PLC的輸入端，兩者之間通過(guò)自由口進(jìn)行通訊，其中CP1E PLC 只是實(shí)現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的控制功能，主要的停止功能完全由PNOZ m2p 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.1 PNOZmulti模塊化的安全繼電器：PNOZ m2p

PNOZmulti 是一個(gè)多功能、可自由配置的模塊化安全系統(tǒng)。與其他PNOZ 安全繼電器不同，PNOZmulti 的安全電路可以在PC 機(jī)上使用圖形配置工具輕松生成。多達(dá)14 個(gè)不同的安全功能可以在基本單元內(nèi)使用，可擴(kuò)展通訊模塊及輸出、輸入模塊，擴(kuò)展能力出色，方便今后的升級(jí)。PNOZ m2p 模塊本體帶有20 個(gè)輸入點(diǎn)，4 個(gè)晶體管輸出。

圖2 模塊化安全繼電器PNOZ m2p 接線示意圖

1.2 安全閥閥芯位置監(jiān)控

標(biāo)準(zhǔn)GB28241-2012 中明確要求：控制滑塊下落的油缸中所有支撐滑塊的液壓油應(yīng)經(jīng)由主控閥或帶冗余和監(jiān)控系統(tǒng)的支路流出。因此在此套液壓系統(tǒng)中我們將控制油缸下腔油液流動(dòng)的電磁球閥作為安全閥，同時(shí)設(shè)置有閥芯位置檢測(cè)裝置，將位置檢測(cè)信號(hào)輸入到PNOZ m2p 中進(jìn)行控制。在程序編制時(shí)首先讓安全閥電磁鐵得電吸合，在所設(shè)置的時(shí)間內(nèi)如檢測(cè)到閥芯已開(kāi)啟到位信號(hào)則其余電磁閥方可得電工作，實(shí)現(xiàn)所需要的動(dòng)作，如在設(shè)置時(shí)間內(nèi)未能檢測(cè)到閥芯開(kāi)啟到位信號(hào)則控制系統(tǒng)便會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)也控制其他電磁閥不得電，已得電工作的安全閥電磁鐵也會(huì)隨之失電不工作。同時(shí)機(jī)床處于靜止?fàn)顟B(tài)即滑塊未動(dòng)作的情況下也對(duì)閥芯位置進(jìn)行檢測(cè)，如閥芯未能關(guān)閉到位會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)進(jìn)行提醒。

2 自由口通訊協(xié)議設(shè)置

首先我們需要對(duì)CP1E PLC 部分進(jìn)行串口的設(shè)置，主要涉及的參數(shù)有：波特率、格式、模式232、接受字節(jié)數(shù)等，其對(duì)應(yīng)的PNOZ m2p 安全繼電器部分也需要設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)，完成此部分操作方才完成硬件部分的通訊設(shè)置。而對(duì)于軟件部分的通訊設(shè)置，首先需要根據(jù)PILZ 提供的串口通訊協(xié)議內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置，然后再通過(guò)歐姆龍CP1E PLC 通訊串口來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)包。其編碼格式如圖3 所示。

由于歐姆龍CP1 系列PLC 是以字為最小單位存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，而PILZ 則是以字節(jié)的形式進(jìn)行通訊設(shè)置，因此我們?cè)趥魉蛿?shù)據(jù)和校驗(yàn)的時(shí)候，要注意字與字節(jié)的相應(yīng)轉(zhuǎn)變。在處理完這些地址變量后，我們才可通過(guò)歐姆龍的TXD 指令發(fā)送數(shù)據(jù)、RXD 指令接受數(shù)據(jù)來(lái)完成歐姆龍CP1E PLC 與PNOZ m2p 之間的通訊。

3 通過(guò)自由編程實(shí)現(xiàn)安全控制

圖3 通訊協(xié)議設(shè)置編碼格式

本系統(tǒng)采用PNOZ m2p模塊化安全繼電器對(duì)安全閥等進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)檢測(cè)安全閥的位置反饋信號(hào)，確保閥的開(kāi)啟或關(guān)閉進(jìn)而實(shí)現(xiàn)安全控制；光電保護(hù)裝置采用雙通道的安全信號(hào)輸入方式，對(duì)光幕信號(hào)被遮擋或光電保護(hù)裝置自身出現(xiàn)故障均能通過(guò)自由編程進(jìn)行控制；急?？刂埔餐ㄟ^(guò)安全模塊進(jìn)行控制，除將按鈕旋轉(zhuǎn)復(fù)位外還增加專門(mén)的復(fù)位按鈕和指示燈；雙手操作按鈕采用安全繼電器中的雙手專用功能模塊來(lái)控制，對(duì)兩只按鈕的同步動(dòng)作時(shí)間差有明確要求（≤0.5s）。該部分自由編程程序邏輯圖見(jiàn)圖4。

圖4 安全繼電器內(nèi)部程序邏輯圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究、開(kāi)發(fā)的此套液壓機(jī)安全控制系統(tǒng)采用的是常規(guī)CP1E PLC 與PNOZ m2p 模塊化安全繼電器相結(jié)合控制的方式，具有性價(jià)比高、配置簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。其中與安全相關(guān)的元件均由PNOZ m2p 進(jìn)行控制，急停、雙手、光幕等安全元器件通過(guò)自定義的邏輯進(jìn)行編程，出現(xiàn)危險(xiǎn)狀況時(shí)可及時(shí)實(shí)現(xiàn)停止功能，同時(shí)此套安全控制系統(tǒng)通過(guò)反饋回路的使用，達(dá)到安全等級(jí)4 級(jí)要求，嚴(yán)格符合GB28241-2012安全標(biāo)準(zhǔn)，并具有強(qiáng)大的診斷功能，可方便快捷地進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)。鑒于以上眾多優(yōu)點(diǎn)，相信在不久的將來(lái)此種安全控制系統(tǒng)必為更多的機(jī)床廠家應(yīng)用，從而更好地保障操作人員的人身安全，推動(dòng)機(jī)床產(chǎn)業(yè)的安全發(fā)展。

[1]全國(guó)鍛壓機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB28241-2012 液壓機(jī) 安全技術(shù)要求[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[2]Pilz PNOZmulti Modular Safty System,Safty Solutions For Press.

[3]張 金.中國(guó)鍛壓行業(yè)未來(lái)發(fā)展方略[J].鍛壓技術(shù)，2013，（1）.

[4]仝 超，喬禮惠.液壓伺服油壓機(jī)高精控制的實(shí)現(xiàn)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2010，45（1）：59-60.

[5]嚴(yán)建文，劉家旭，等.智能液壓機(jī)研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2013，48（2）：15-17.