機械壓力機電氣安全控制回路的實現(xiàn)研究

金 超，劉志兵

（1.浙江鍛機床有限公司，浙江 嵊州 312451；2.浙江高精鍛壓機床股份有限公司，浙江 嵊州 312000）

國際標準ISO16092《機床安全——壓力機》系列標準的推出，將給國內(nèi)機械壓力機制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)進步帶來很大影響。2012年，根據(jù)國標GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》進行的國抽檢測，不合格率達到75%，為此國內(nèi)媒體發(fā)表相關(guān)報道，指出機械壓力機制造業(yè)在安全控制及安全保護上存在嚴重問題。若干年過去了，目前國內(nèi)機械壓力機制造業(yè)除相當規(guī)模地應(yīng)用機械手進行自動取，送工件外，仍有相當部分機械壓力機的電氣安全控制沒有根本改善，安全事故仍層出不窮。為確保機械壓力機操作者的安全，提高機械壓力機制造業(yè)的安全技術(shù)水平，實現(xiàn)機械壓力機電氣安全控制顯得更為重要（本文所述的機械壓力機不包括伺服壓力機）。

1 標準依據(jù)

實現(xiàn)機械壓力機電氣安全控制的主要標準依據(jù)為：GB/T16856.1-2008《機械安全風(fēng)險評價第一部分原則》；GB/T 16855.1-2008《機械安全控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件第1部分：設(shè)計通則》；GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》。

根據(jù)標準GB/T16856.1-2008《機械安全風(fēng)險評價第一部分原則》，對機械壓力機滑塊（即模具）運動區(qū)域的風(fēng)險水平評估得到，機械壓力機滑塊（即模具）運動區(qū)域無論對機床維修人員還是對操作者造成傷害均為不可恢復(fù)，暴露在滑塊（即模具）運動區(qū)域的時間是連續(xù)，頻繁的，對于造成的傷害經(jīng)市場驗證不可避免的，因此對應(yīng)的危險運動電路控制的安全水平應(yīng)該達到GB/T16855.1-2008《機械安全控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件第1部分：設(shè)計通則》附錄A中PLe的規(guī)定以及相關(guān)Cat4控制的規(guī)定。

在國標GB/T16855.1-2008《機械安全控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件第1部分：設(shè)計通則》中規(guī)定要求滿足PLe，Cat4的控制要求，必須滿足如下條件：①診斷覆蓋率DCavg==高 大于99%（危險故障監(jiān)控率）；②每個冗余通道MTTFd==高 大于30年（平均無危險故障時間間隔）；③共因失效CCF 大于60分（從分離/隔離，差異性，設(shè)計/應(yīng)用/經(jīng)驗，評價/分析，能力/培訓(xùn)，環(huán)境等六個方面進行評估）；④考慮4類可實現(xiàn)的最大值PL==e（應(yīng)達到的安全水平）；⑤結(jié)構(gòu)要求，與3類相同，注意冗余，交叉監(jiān)控；⑥任何零部件的的單一故障都不會導(dǎo)致安全功能的喪失；⑦在下一個安全指令發(fā)出或發(fā)出前應(yīng)檢測單一故障（注意安全清單）；⑧檢測不到的故障，發(fā)生故障累積不應(yīng)導(dǎo)至安全功能損失（預(yù)防故障累積而損失安全功能）；⑨符合其他相關(guān)的安全標準GB/T 16855.1-2008《機械安全控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件第1部分：設(shè)計通則》4.1條（考慮所有預(yù)定使用和可預(yù)見的誤用），4.2條（風(fēng)險減少策略），4.4條（控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件SRP/CS的設(shè)計），4.6條（軟件的安全要求），4.7條（檢驗設(shè)計所能達到的安全水平PL能否滿足克服預(yù)定風(fēng)險安全水平PLr）和5條（安全功能）規(guī)定等規(guī)定。

另外，國標GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》5.4條“控制和監(jiān)控系統(tǒng)”分別對機械壓力機涉及有危險運動（滑塊運動）控制，監(jiān)控，相關(guān)的指令，安全控制裝置及安全功能部件等要求作出相應(yīng)的規(guī)定。其中涉及到安全控制的有離合器/制動器的動作，超程（防連沖，二度落），單次行程停止，抑制（光幕控制）等。涉及到執(zhí)行安全（監(jiān)控）控制的裝置，元器件有離合器/制動器，安全雙聯(lián)閥，光電保護裝置，超前開啟連鎖防護裝置，機械凸輪，控制裝置（雙手操作，腳踏操作，急停），選擇開關(guān)，位置開關(guān)，隔離切斷開關(guān)，可編程電子系統(tǒng)（PES），可編程氣動系統(tǒng)等。

2 壓力機電氣控制回路的現(xiàn)狀

機械壓力機（分轉(zhuǎn)式離合器）主要由電動機帶動儲能用飛輪運行，通過控制分轉(zhuǎn)式離合器的接合，將動力通過曲軸連桿傳遞給滑塊做上，下作功運動，并結(jié)合安裝在滑塊上的模具，達到?jīng)_壓工件的目的。分轉(zhuǎn)式離合器機械壓力機的滑塊工作時主要有“寸動”，“單次行程”，“連續(xù)運行”，“停止”等運動方式構(gòu)成，因此相關(guān)控制（包括監(jiān)控）的要求均應(yīng)在符合上述安全標準的基礎(chǔ)進行展開，其中包括安全指令的確定，安全功能部件和元器件的選用和安全監(jiān)控回路的構(gòu)建。

圖1 JZ系列機械壓力機電氣控制圖

以本公司生產(chǎn)的 JZ21-25B，45B，63B，80B機械壓力機（分轉(zhuǎn)式離合器）為例，其原相關(guān)的電氣控制如圖1所示。由圖可知，上述系列機械壓力機（分轉(zhuǎn)式離合器）的電氣控制主要有“主電路”，“PLC控制電路”，PAC電子凸輪控制器和“凸輪開關(guān)箱”構(gòu)成。而其中的主電路分別實現(xiàn)對機床提供的動力主電機M1，調(diào)整滑塊用的制動電機M3和潤滑用電機M2(有用戶選配)，安全雙聯(lián)閥動作，吹料和光電的直接控制。PLC控制電路PAC電子凸輪控制器分別通過各類人機對話系統(tǒng)（如各類按扭，選擇開關(guān)）實現(xiàn)對上述主電機M1，調(diào)整滑塊用的制動電機M3和潤滑用電機M2(有用戶選配)，安全雙聯(lián)閥動作，吹料和光電的實現(xiàn)各種模式的先導(dǎo)控制。而凸輪控制箱分別由機械凸輪（如圖3中的SQ7）和由電子凸輪（如圖3中的 CA01，CA01，CA03）兩部分構(gòu)成，其中是與機械壓力機曲轉(zhuǎn)在各個位置根據(jù)各種不同的功能（如“二度落”即“防連沖”，“上死點”，“單次區(qū)域”即“抑制”等）并由凸輪開關(guān)箱內(nèi)的位置開關(guān)同步發(fā)出所需“通”或“斷”電信號，給PLC控制電路（包括PLC擴展模塊）輸入信號,使上述機械壓力機按預(yù)設(shè)的要求完成各種功能指令的控制。

另外，從圖1所涉及到控制指令可分為主電機M1的系列控制，壓力機滑塊模高調(diào)節(jié)制動電機M3控制，潤滑電機M2的控制（由用戶選配），壓力機滑塊上下運動（其中包括離合器通斷）系列控制和其它送料，吹料的控制。而主電機的起動，停止分別通過主電機起動按扭SB2，停止按扭SB1，變頻調(diào)整器中UL的常閉觸點經(jīng)PLC通過變頻調(diào)整器實現(xiàn)主電機的，主電機的速度調(diào)整通過調(diào)節(jié)電位器W1實現(xiàn)。壓力機滑塊模高調(diào)節(jié)制動電機M3分別實現(xiàn)“下降”、“停止”、“上升”三個指令，并用空氣開關(guān)QF2，選擇按扭開關(guān)SA4，SB5通過PLC控制交流接觸器KM3，KM4實現(xiàn)。另外根據(jù)用用戶要求選配的潤滑電機M2經(jīng)PLC通過繼電器KA9實現(xiàn)控制。

圖1中涉及壓力機滑塊上下運動（其中包括離合器通斷）系列控制是通過控制壓力機安全雙聯(lián)閥的“通”，“斷”實現(xiàn)壓力機滑塊的“連續(xù)”、“單次”、“寸動”、“停止”、“急?！边\行指令。

“連續(xù)”運行指令有“連續(xù)起動”和“連續(xù)停止”兩部分構(gòu)成，而“連續(xù)起動”時有選擇開關(guān)SB2（設(shè)置在“連續(xù)”運行位置），雙手按扭SB6，SB7，電子凸輪中“上死點”CA03并結(jié)合光幕中2KJ和安全雙聯(lián)閥（故障）檢測開關(guān)SQ5分別給PLC發(fā)出可運行指令，經(jīng)PLC和PAC電子凸輪控制器運算處理后給安全雙聯(lián)閥的控制繼電器KA2發(fā)出接通信號，安全雙聯(lián)的得電換向后使壓縮空氣進入離合器，此時離合器合上（制動器脫開）帶動滑塊連續(xù)“上”、“下”運動。按動“連續(xù)停止”按扭SB9或者“無料檢測”繼電器KA5接通后給PLC發(fā)出“連續(xù)停止”指令，經(jīng)PLC和PAC電子凸輪控制器運算處理后給安全雙聯(lián)閥的控制繼電器KA2發(fā)出斷開信號，安全雙聯(lián)的失電換向后使離合器中的壓縮空氣經(jīng)安全雙聯(lián)閥排氣口中排出，此時離合器脫開（制動器合上）。

“單次”運行指令是有選擇開關(guān)SB2（設(shè)置在“單次”運行位置），雙手按扭 SB6、SB7，電子凸輪中“上死點”CA03并結(jié)合光幕中2KJ和安全雙聯(lián)閥（故障）檢測開關(guān)SQ5分別給PLC和PAC電子凸輪控制器發(fā)出可運行指令，經(jīng)PLC和PAC電子凸輪控制器運算處理后給安全雙聯(lián)閥的控制繼電器KA2發(fā)出接通信號，安全雙聯(lián)閥的得電換向后使壓縮空氣進入離合器，此時離合器合上（制動器脫開）帶動滑塊運行，在此運行過程中電子凸輪中的“單次區(qū)域”（光幕安全功能抑制）CA01對滑塊處在可能產(chǎn)生危險工作狀態(tài)進行檢測監(jiān)控并將相關(guān)的信號發(fā)給PLC和PAC電子凸輪控制器進行運算處理。當滑塊“單次”運行到回程的某個特定的時由電子凸輪通過“頂點定位”給安全雙聯(lián)閥的控制繼電器KA2發(fā)出斷開信號，使安全雙聯(lián)閥失電后復(fù)位使離合器中的壓縮空氣經(jīng)安全雙聯(lián)閥排氣口中排出，此時離合器脫開（制動器合上），在此同時機械壓力機的滑塊應(yīng)停在上死點的位置，同時電子凸輪中的“上死點”CA03給PLC發(fā)出導(dǎo)通信號后確認壓力機的滑塊處在準確的停車位———“上死點”區(qū)域，同時為下個“單次”提供允許。另外應(yīng)控制系統(tǒng)的原因，在電子凸輪的“頂點定位”給PLC發(fā)出斷開信號，而KA2沒有收到斷開信號而使安全雙聯(lián)閥沒有復(fù)位，壓力機滑塊（由曲軸，連桿帶動）滑過“上死點”區(qū)域后繼續(xù)運動到“二度落”（也稱“超程”或稱“防連沖”）區(qū)域，凸輪開關(guān)SQ7給PLC發(fā)出保護性控制信號使KA2復(fù)位，安全雙聯(lián)閥失電后復(fù)位使離合器脫開（制動器合上）壓力機滑塊停止運動。

“寸動”運行指令是有選擇開關(guān)SB2（設(shè)置在“寸動”運行位置），雙手按扭SB6、SB7，結(jié)合光幕中2KJ和安全雙聯(lián)閥（故障）檢測開關(guān)SQ5分別給PLC和PAC電子凸輪控制器發(fā)出可運行指令，經(jīng)PLC和PAC電子凸輪控制器運算處理后給安全雙聯(lián)閥的控制繼電器KA2發(fā)出一個脈沖信號，安全雙聯(lián)閥將按對應(yīng)脈沖信號得電，失電動作一次，離合器也對應(yīng)結(jié)合，脫開一次帶動滑塊運行一段很小的距離。

當壓力機在執(zhí)行上述指令過程中遇到緊急情況時需要停止，系統(tǒng)設(shè)置急停按扭SB3，SB4和“誤送檢測”信號KA4,當按下急停按扭SB3，SB4，或者發(fā)出KA4誤送信號給PLC后，PLC和PAC電子凸輪控制器經(jīng)運算處理后立刻給安全雙聯(lián)閥的控制繼電器KA2發(fā)出斷電信號使安全雙聯(lián)閥復(fù)位，離合器脫開，滑塊停止運動。

另外圖1中PLC還對進離合器的氣壓力，滑塊內(nèi)所承受的載荷和潤滑等進行監(jiān)測，如果出現(xiàn)故障PLC和PAC電子凸輪控制器將給KA2發(fā)出相應(yīng)的斷電指令，安全雙聯(lián)閥復(fù)位，壓力機滑塊停止運動。

3 分析

由圖1及上述分析可得到如下特性：①所有控制信號均由PLC和PAC10電子凸輪控制器發(fā)出；②所有檢測和輸入信號均發(fā)給PLC和PAC10電子凸輪控制器；③控制安全雙聯(lián)閥兩個信號均來自有一個PAC10電子凸輪控制器控制的小形繼電器KA2的兩個觸點；④控制系統(tǒng)的PLC為歐姆隆生產(chǎn)的CP1E-40及南京埃斯頓生產(chǎn)的PAC10電子凸輪控制器。

根據(jù)國標GB27607-2011《機械壓力機 安全技術(shù)條件》中5.4.1.4中規(guī)定“采用光電保護裝置，超前開啟的聯(lián)鎖防護裝置和可控防護裝置，操作用雙手操縱裝置的壓力機(不包括自動循環(huán)時自動上，下料的壓力機，帶防護鎖定的聯(lián)鎖防護裝置的壓力機）,其控制系統(tǒng)的相關(guān)安全部件應(yīng)符合GB/T168551-2008中的4類要求,壓力機控制系統(tǒng)相關(guān)安全部件的啟動和停止功能應(yīng)采用冗余和監(jiān)控與硬件連接”結(jié)合GB/T 16855.1-2008《機械安全 控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件 第1部分：設(shè)計通則》，圖1中的電氣安全控制回路存在的缺陷說明如下。

3.1 控制系統(tǒng)安全部件不符要求

（1）雙手啟動裝置不符合GB/T168551-2008中的4類要求，也不符合GB27607-2011中5.3.12“雙手操作裝置”和其它相關(guān)的技術(shù)要求。即，雙手按扭SB6、SB7沒有用硬連接的方法實現(xiàn)冗余，輸出監(jiān)控，交叉監(jiān)控，或沒有將SB6、SB7的信號輸入安全水平符合要求（達到PLe，Cat4）的安全PLC，或者進入符合要求的安全繼電器（也可以是相關(guān)的組合）。

（2）光電保護裝置沒有達到GB/T168551-2008中的4類要求，所用的光光電保護裝置安全水平等級為PLc。

（3）可編程電子系統(tǒng)PES(圖1中的可編程電子系統(tǒng)CP1E-40和PAC10電子凸輪控制器)不符合GB27607-2011中5.4.4條要求，相關(guān)的控制沒有安全PLC和安全模塊參與，無法滿足PLe4的控制結(jié)構(gòu)，更無法規(guī)避共因故障（CCF）條件下（如因電磁干擾產(chǎn)生壓力機失控）產(chǎn)生危險性故障。

（4）圖1中的選擇開關(guān)SA3不符合GB27607-2011中5.4.4條要求，沒有選用帶鎖，強制觸點的選擇開關(guān)，也沒有用冗余監(jiān)控的硬件切斷其控制電路（在圖3的主電路中的沒有出現(xiàn)）。

（5）急?？刂蒲b置不符合GB27607-2011中5.4.8.2條5.4.8.3要求，沒有直接切斷安全雙聯(lián)閥控制的動力源。

（6）用于安全指令控制的“二度落（超程，防連沖）”，“上死點”，“單次區(qū)域（抑制）”的位置開關(guān)不符合GB27607-2011中5.4.7條要求，即不符合GB5226-2016中10.1.4條規(guī)定“強制（或直接斷開）”要求，也沒有用符合GB5226-2016中9.4.2條要求采用的“冗余技術(shù)”和“相異技術(shù)”。

3.2 啟停功能未采用冗余和監(jiān)控

（1）光電保護裝置沒有按要求冗余和監(jiān)控與硬件連接,而直接接入安全水平不滿足PLe，Cat4的可編程控制器CP1E-40,不滿足GB27607-2011中5.4.1.4 條要求。

（2）壓力機沒有設(shè)置重啟裝置，無法滿足GB27607-2011中5.4.1.2，5.4.1.3條要求。

（3）壓力機使用的安全雙聯(lián)閥及其相關(guān)控制不能滿足GB27607-2011中5.4.2.3條要求。即安全雙聯(lián)閥沒有實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測，控制安全雙聯(lián)閥的電器回路沒有規(guī)定使用“冗余、監(jiān)控”技術(shù)，只用PLC通過電子凸輪控制繼電器KA2的兩個觸點來控制安全雙聯(lián)閥，在相關(guān)的控制回路（特別對安全雙聯(lián)閥的兩個線圈）沒有短路保護、檢測、報警措施。

（4）“二度落”即“超程檢測”、“上死點”和“單次區(qū)域（抑制）”檢測不能滿足GB27607-2011中5.4.2.6，5.4.2.8，5.4.2.9 條要求。

4 機械壓力機電氣安全控制回路實現(xiàn)（圖 4）

機械壓力機電氣安全控制回路主要是對壓力機參與工作（不光是滑塊的運動控制）時其安全指令的控制，機械壓力機工作時的安全指令如下：急停；雙手控制；操作模式選擇（連續(xù)，單次，寸動，調(diào)整）；抑制；光柵（光幕）保護；上死點（或上死點停），和超程（二度落，防連沖）；安全栓；安全雙聯(lián)閥檢測（對安全水平達到PLe，Cat4的不需要）；對抑制，超程等發(fā)信的凸輪（的）運動監(jiān)測；故障復(fù)位……

滿足上述機械壓力安全功能的方法有如下三種。

4.1 采用安全型分裂元件

根據(jù)GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》等安全標準搭建而成的機械壓力機電氣安全控制回路，主要使用的安全元件有若干個G7SA（OMRONG）系列小型纖細型安全繼電器，若干個阻容延時單元和若干電流載保護元件（如小型空氣開關(guān)，短路保險絲，電流傳感器）和PLC可編程,但根據(jù)GB27607-2011表2“手動上下料，單次行程操作模式時工作危險區(qū)安全保護要求匯總表”中對用手動送料的機械壓力機主要電氣控制要求相關(guān)規(guī)定如表1所示。

表1 電氣控制相關(guān)要求

結(jié)合安全指令采用若干個G7SA（OMRONG）系列小型纖細型安全繼電器、若干個阻容延時單元和若干電流載保護元件，實現(xiàn)上述要求，其結(jié)果是安全性能水平能滿足要求，但元器件多，故障多，可靠性差，因此一般不用此方法。

4.2 采用安全模塊+PLC

Pilz的PNOZ系列和 OMRONG的 G9S、R88M系列等用于保護人和機器的安全繼電器監(jiān)控急停按鈕、安全門、光電保護、雙手控制裝置、壓敏地毯、速度和靜止等許多其他安全功能。而PNOZcompact安全繼電器用于急停按鈕、安全門、光障、光柵的控制，使其相關(guān)的功能控制水平達到PLe。而PNOZ X產(chǎn)品系列中的雙手監(jiān)控器（安全繼電器）可保證雙手按鈕的安全監(jiān)控，實現(xiàn)雙手操作同步時間監(jiān)控，觸點動作時間監(jiān)控從而確保雙手操作控制達到PLe。但實現(xiàn)上述功能的所需要安全模塊（集成式安全繼電器）總價比用安全控制PLC的價格要高。而各部件用外部連線的方式所產(chǎn)生非安全型故障的概率要遠大于安全控制PLC要高，使機械壓力機的可靠性降低。另外Pilz公司的壓力機專用基礎(chǔ)安全控制單元（安全PLC）PNOZ m2p并提供相對應(yīng)的壓力機專用控制軟件，很大程度地減少了因壓力機用安全模塊+PLC電子可編程控制器由于編程缺陷而產(chǎn)生安全事故的風(fēng)險。

4.3 采用安全PLC

Pilz公司的壓力機專用基礎(chǔ)安全控制單元（安全PLC）PNOZ m2p和OMRONG公司的安全控制單元（安全PLC）G9SP-N20S能滿足壓力機機的急停、雙手控制、操作模式選擇（連續(xù)、單次、寸動、調(diào)整）、抑制、光柵（光幕）保護、上死點（或上死點停）和超程（二度落，防連沖）保護，安全栓保護，安全雙聯(lián)閥檢測（對安全水平達到PLe，Cat4的不需要）對抑制，超程等發(fā)信的凸輪（的）運動監(jiān)測，故障復(fù)位等。

圖2為本公司JZ21-63B開式固定臺壓力機電氣控制圖，圖中分別有主電機、模高電機、吹料電磁閥、光電保護等強電控制部分和有OMRONG公司的安全PLC（型號G9SP-N20S）構(gòu)成的邏輯控制安全模塊以及與G9SP-N20S控制相配的擴展模塊CP1W-20ED1，電子凸輪PAC15普通邏輯控制模塊構(gòu)成。在圖2的安全PLC（G9SP-N20S）有安全輸入通道（觸點）20個，分別為Si0～Si19；安全輸出通道8個，分別為So0～So7，而且每個通道均能進行短路保護和短路檢測。測試輸出通道6個，分別T0～T5，分對各安全輸入觸點Si0～Si19安全輸入的工作狀態(tài)進行邏輯檢測。

由圖2可得，對安全PLC（G9SP-N20S）有安全輸入通道根據(jù)下列安全指令；“急停”（冗余+T0，T1檢測），“光柵（保護）”（冗余 +T0，T1檢測），“超程監(jiān)控”（單通道 +T1 檢測），“故障復(fù)位”（冗余 +T0，T1 檢測），“雙手控制”（冗余 +T0，T1檢測），安全栓（冗余+T0，T1 檢測），工作模式選定其中包括“調(diào)整”，“寸動”，“單次”，“連續(xù)”（單通道 +T1 或 T0 檢測），“抑制”（單通道+T0檢測），“模高電機”其中包括“上升，下降”（單通道+T0檢測），“雙聯(lián)閥故障”（單通道+T1檢測）輸入對應(yīng)的控制信號，并按GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》中5.4條要求編程,實現(xiàn)了安全雙聯(lián)閥，電機等按要求安全輸出。

4.3.1 急停操作

由圖2可得，急停操作指令是兩個急停按扭SB1和SB2串連后發(fā)出的，而且每個急停按扭均具有強止斷開功能，它們的兩對，四組常閉觸點通過串連后冗余輸入實現(xiàn)，滿足了GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》中5.4.8.2條要求。實現(xiàn)切斷安全PLc“G9SP-N20S”內(nèi)部離合器控制電路的供電電源，使安全雙聯(lián)閥失電后復(fù)位，離合器排氣后脫開，制動器合上，壓力機的滑塊立刻停止運動，滿足了GB16754-2008中4.1.4條“0”類停機要求。由于由于急停按扭的兩個中觸點分別接入安全PLc“G9SP-N20S”的T0和T1的檢測回路則在急停操作過程中發(fā)生如下四類故障：

（1）若其中的一路常閉觸點輸入出現(xiàn)故障，則PLc“G9SP-N20S”接到故障信號后將切斷安全PLc“G9SP-N20S”內(nèi)部離合器控制電路的電源，使壓力機的滑塊運動處在停止（安全）狀態(tài)。

（2）如果兩路同時出現(xiàn)不能復(fù)位的故障，則PLc“G9SP-N20S”同時接到仍是兩個“急?！毙盘柊踩玃Lc“G9SP-N20S”內(nèi)部離合器控制電路的電源仍被切斷，壓力機的滑塊運動仍處在停止（安全）狀態(tài)。

（3）如果兩路同時出現(xiàn)常閉觸點被粘連的故障，因急停按扭用的是常閉觸點強止斷開功能的按扭，因此當發(fā)出“急?！敝噶詈笕绻|點粘連將被強止斷開，而切斷安全PLc“G9SP-N20S”內(nèi)部離合器控制電路的電源，使壓力機的滑塊運動處在停止（安全）狀態(tài)。

（4）如果連接SB1和SB2導(dǎo)線發(fā)生斷路，或短路，則因急停按扭的導(dǎo)線分別與安全PLc“G9SP-N20S”的T0和T1的檢測回路相連，安全PLc“G9SP-N20S”能夠自動檢測SB1和SB2導(dǎo)線連接是否發(fā)生斷路，或短路并在內(nèi)部發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使切斷安全雙聯(lián)閥的控制電源使用壓力機滑運動塊處在停止（安全）狀態(tài)。

4.3.2 光柵（光電保護）和安全栓

上述電氣保護回路中所選的光電保護裝置為山東“萊恩”生產(chǎn)“SNC1620”雙電保護裝置，其安全水平已經(jīng)達到GB T 16855.1-2008《 機械安全 控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件 第1部分：設(shè)計通則》規(guī)定的PLe,Cat4的要求，其輸出為兩路常開觸點2KJ，而安全栓通過位置開關(guān)SQ2進行位置冗余監(jiān)控并與安全PLc“G9SP-N20S”相連。根據(jù)GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》5.4.1.6“冗余和監(jiān)控的壓力機控制系統(tǒng)應(yīng)由兩套分離的功能系統(tǒng)組成,每套系統(tǒng)都具有獨立的停止危 險運動的能力.如果通過監(jiān)控檢測到任一系統(tǒng)的失效,就應(yīng)阻止下一次的閉合行程。如果一套系統(tǒng)屬于自保護型的,即本身功能喪失能防止下一工作行程的啟動,則該系統(tǒng)不需要監(jiān)控”的規(guī)定，可以對光電保護裝置的輸出2KJ不進行監(jiān)控，但為防止連接光電保護裝置2KJ和位置開關(guān)SQ2與安全PLc“G9SP-N20S”連接導(dǎo)線因發(fā)生斷路，或短路的故障，因此將光電保護裝置2KJ接入安全PLc“G9SP-N20S”的T0和T1的檢測回路。如果連接光電保護裝置2KJ和位置開關(guān)SQ2與安全PLc“G9SP-N20S”連接導(dǎo)線因發(fā)生斷路，或短路，則安全PLc“G9SP-N20S”能夠自動檢測故障結(jié)果并在內(nèi)部發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使切斷安全雙聯(lián)閥的控制電源使用壓力機滑運動塊處在停止（安全）狀態(tài)。

4.3.3 超程與抑制監(jiān)控

圖2 JZ21- 63B開式固定臺壓力機電氣控制圖

本壓力機電氣回路“超程”與“抑制”監(jiān)控是通過裝在由無錫市拓發(fā)自控設(shè)備有限公司研發(fā)的AQ-TSK.XB-3-0安全型凸輪控制器中常閉觸點強制斷開的位置開關(guān)SQ1與SQ3（符合GB27606-2011中5.4.7位置開關(guān)要求）發(fā)出的。AQ-TSK.XB-3-0安全型凸輪控制器是由三組凸輪驅(qū)動的常閉觸點強制斷開位置開關(guān)（分別為“抑制”，“超程”，“備用”）和旋變式編碼器構(gòu)成的，當凸輪運動與曲軸運動同步，凸輪旋轉(zhuǎn)至15°～60°壓住超程監(jiān)控開關(guān)，凸輪旋轉(zhuǎn)至0°～180°壓住抑制監(jiān)控開關(guān)后，其常觸點斷開并給安全PLc“G9SP-N20S”分別發(fā)出的信號。另外AQ-TSK.XB-3-0安全型凸輪控制器中的凸輪軸與旋變式編碼器同軸硬連接，即旋變式編碼器隨凸輪軸凸輪軸旋轉(zhuǎn)的同時旋變式編碼器不斷將檢測凸輪軸的運動狀態(tài)和凸輪所處的位置信號發(fā)送給電子凸輪PAC15（內(nèi)部專用接口輸入），再有電子凸輪PAC15經(jīng)過處理后，通過圖 4 中的連線（線號為 130，131，132，135）輸送給安全 PLC“G9SP-N20S”的擴展模塊CP1W-20EDT1進行監(jiān)控,從而使“超程”和“抑制”凸輪控制開關(guān)與旋變式編碼器構(gòu)成方法的冗余。零外位置開關(guān)SQ1和SQ3也接入安全PLc“G9SP-N20S”的T0和T1的檢測回路，因此當“超程”和“抑制”凸輪控制開關(guān)發(fā)生故障（包括斷路，和短路）則安全PLc“G9SP-N20S”能夠自動檢測故障結(jié)果并在內(nèi)部發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使切斷安全雙聯(lián)閥的控制電源使用壓力機滑運動塊處在停止（安全）狀態(tài)。

4.3.4 雙手開動

在圖4中的雙手開動是由二個能符合GB/T19671-2005表1中類型Ⅱ的要求的按扭 SB3、SB4實現(xiàn)的，另外每個按扭各有兩對常開觸點冗余在輸入安全PL“G9SP-N20S”的同時分別與T0和T1的檢測回路相連，當雙手按扭出現(xiàn)故障或因連接雙手按扭的導(dǎo)線因發(fā)生斷路，或短路后，安全PLc“G9SP-N20S”的T0和T1檢測通道能夠自動檢測故障結(jié)果并在內(nèi)部發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使切斷安全雙聯(lián)閥的控制電源使用壓力機滑運動塊處在停止（安全）狀態(tài)。

4.3.5 壓力機工作模式選擇，模高調(diào)整選擇控制

機械壓力機的工作模式有“調(diào)整”、“連續(xù)”、“單次”、“停止”四種模式，模高調(diào)整模式有“上升”和“下降”，即使滑塊“上升”模高電機正轉(zhuǎn)，滑塊“下降”模高電機反轉(zhuǎn)。機械壓力機的工作模式的切換和模高調(diào)整選擇均通過滿足GB27607-2011“機械壓力機安全技術(shù)要求”5.4.5條“選擇開關(guān)”要求的選擇開關(guān)，即所用的選擇開關(guān)應(yīng)滿足如下條件：

（1）選擇開關(guān)確保在任何非工作位置，其觸點應(yīng)強制斷開或用冗余監(jiān)控的硬電路切斷控制電路；

（2）選擇開關(guān)在中間位置時不能進行任何操作，同時其控制系統(tǒng)（安全PLc"G9SP-N20S"）不能啟動壓力機

（3）選擇開關(guān)在位置轉(zhuǎn)換過程中其相關(guān)的觸點應(yīng)先斷徹底后才能接通另一對觸點；

（4）選擇開關(guān)應(yīng)用鑰匙操作；

（5）選擇開關(guān)擋位位置標識應(yīng)明確。

因此由圖2可得，選擇開關(guān)及其相關(guān)的控制通過使用符合上述要求的元件外還應(yīng)將其輸出點輸入安全PLC“G9SP-N20S”的同時分別與T0和T1的檢測回路相連，當選擇開關(guān)出現(xiàn)故障或因連接選擇開關(guān)的導(dǎo)線因發(fā)生斷路或短路后，安全PLc“G9SP-N20S”的T0和T1檢測通道能夠自動檢測故障結(jié)果并在內(nèi)部發(fā)出相應(yīng)的控制信號，使切斷安全雙聯(lián)閥的控制電源使用壓力機滑運動塊處在停止（安全）狀態(tài)。

5 機械壓力機電氣安全控制回路實現(xiàn)注意事項

實現(xiàn)上述用安全型分裂元件，安全模塊+PLC電子可編程控制器和安全PLC三種方法來實現(xiàn)機械壓力機的安全指令的控制并滿足機械壓力機的安全電氣安全控制的要求的分析還應(yīng)關(guān)注如下三個問題；

5.1 冗余控制正確決定

冗余控制和監(jiān)控并不是簡單用兩個并聯(lián)的方法聯(lián)接，如圖1中由電子凸輪PAC15控制安全雙聯(lián)閥用的一個中間繼電器KA2，再通過中間繼電器的二個觸點來控制安全雙聯(lián)閥的二個線圈，對安全雙聯(lián)閥的兩個線圈來說是兩個通道輸入——冗余，但當中間繼電器KA2的觸點粘連后安全雙聯(lián)閥將繼續(xù)通電而無法復(fù)位使壓力機連沖，因此對安全雙聯(lián)閥的兩個線圈是冗余控制了,但它是通過單一通道——只用一個中間繼電器KA2來實現(xiàn)控制，就安全雙聯(lián)閥及其控制實質(zhì)是沒有實現(xiàn)冗余（控制）控制。

5.2 “物理冗余”和“方法冗余”

根據(jù)國標GB/T 16855.1-2008《機械安全 控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件 第1部分：設(shè)計通則》中6.2.1條用冗余控制有兩種形式，即“物理的冗余”（用雙通道并聯(lián)實現(xiàn)一個安全指令的控制）和“方法的冗余”（用兩種不同的方法實現(xiàn)一個安全指令控制）。例如，安全模塊+PLC+電子凸輪對機械壓力機滑塊運動中“超程”和“抑制”等安全指令可以由安全型凸輪控制器中的“超程”和“抑制”凸輪控制“常閉觸點強制斷開的位置開關(guān)”另加與凸輪同軸安裝的碼盤+光電開關(guān)（或者是同軸安裝的各類旋轉(zhuǎn)編碼器）對凸輪進行運行監(jiān)控，構(gòu)成方法的冗余。但這種“方法的冗余”必須串聯(lián)控制安全雙聯(lián)閥線圈的硬回路中，所用的控制元器件應(yīng)為安全型硬回路繼電器同時還要對輸出進行監(jiān)控（包括短路和斷路的檢測），還應(yīng)注意，切勿將安全型硬回路繼電器的輸出信號再輸入不符合安全要求的可編程電子控制器和電子凸輪中進行控制，從而降低控制回路的安全水平。

5.3 “共因故障”（CCF）失效的預(yù)防

圖3 防止CCF失效

上述機械壓力機滑塊的運行控制選擇同一種模式的冗余控制特別關(guān)注CCF失效模式（即共因故障失效模式），一般在通過圖3方式來防止CCF失效。由圖3可用在控制回路應(yīng)用“分離/隔離”，“差異性”，“設(shè)計/應(yīng)用/經(jīng)驗”，“評價/分析”，“能力/培訓(xùn)”，“環(huán)境”等六個方面考濾CCF的預(yù)防措施。對應(yīng)圖2中的機械壓力機的電氣安全控制回路中動力供電控制與信號邏輯控制器件的位置進行區(qū)域分離就遵循CCF預(yù)防中的“分離/隔離”原則，用于控制機械壓力機滑塊運動的“超程”和“抑制”安全指令的機械凸輪，電子凸輪符合CCF中的“差異化”原則，選用安全PLC“G9SP-N20S”滿足了 CCF中預(yù)防中“設(shè)計/應(yīng)用/經(jīng)驗”(所用的元件是經(jīng)驗的)和“環(huán)境”（電磁干擾）要求，在上述安全回路的設(shè)計是對機械壓力機滑塊運動時的失效進行分析和風(fēng)險評估符合CCF預(yù)防中“評價/分析”原則和在該安全控制電氣回路設(shè)計，制作時對相關(guān)人員進行培訓(xùn)符合CCF預(yù)防中“能力/培訓(xùn)”原則。

根據(jù)圖2安全電氣回路制作的JH21機械壓力機經(jīng)2012年國抽檢查其安全性能安全達到GB27607-2011《機械壓力機安全技術(shù)要求》規(guī)定的各項性能要求。