安全繼電器及安全PLC在制造行業(yè)中的應用

安全繼電器及安全PLC在制造行業(yè)中的應用國內(nèi)外的各制造行業(yè)廠商歷來重視制造過程中的平安與愛護。隨著產(chǎn)能的不斷提升，廠商對設備自動化的要求越來越高，機器和設備也越來越簡單、速度也越來越快。因此，廠商對這些機器的平安要求也越來越高。我們既要能夠保證平安、牢靠性，又要保證敏捷、易維護性。這就對平安元器件的正確和合理的設計和選擇提出了肯定的要求。平安功能在工業(yè)設備上的使用在發(fā)達國家已非常普及，例如，在歐洲有強制的平安標準，達不到相應平安等級的設備不能投產(chǎn)；在美國則依靠高額的事故賠償來強制設備的平安性。通常，我們可以參照以下歐洲標準進行設備的設計：EN1050-1996機械平安風險評價EN292－1：1991機器平安基本概念與設計通則EN954-1機械平安掌握系統(tǒng)有關平安部件第1部分設計通則EN/IEC60204機械平安機械電氣設備EN/ISO13894機械的平安掌握系統(tǒng)有關的平安部件EN/IEC61508主要涵蓋了電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)的功能平安EN418緊急制動設備EN1088與愛護裝置有關的連鎖裝置設計和選擇原則EN12415機床平安小型數(shù)控車床和車削中心EN12417機床平安加工中心EN12478機床平安大型數(shù)控車床和車削中心EN692：1996機械壓力機平安EN693：2000機床平安液壓機EN1550：1997機床平安工件夾緊用卡盤設計和制造的平安要求在這方面我國還處于起步階段，許多有肯定危急性的設備沒有任何平安愛護措施，這也是工廠事故頻發(fā)的一個重要緣由。隨著國家對此重視程度的提高和以人為本理念的漸漸深化人心，設備的平安性正得到越來越多的重視。設備的平安性能由機械平安防護和電氣平安掌握兩方面組成。機械平安防護在本文不做過多介紹，下面具體介紹電氣平安掌握的原理及應用。平安掌握系統(tǒng)必需供應一種高度牢靠的平安愛護手段，最大限度地避開機器的擔心全狀態(tài)、愛護生產(chǎn)裝置和人身平安，防止惡性事故的發(fā)生、削減損失。該系統(tǒng)在開車、停車、消失工藝擾動以及正常維護操作期間對機器設備供應平安愛護。一旦當機器設備本身消失危急，或由于人為緣由而導致危急時，系統(tǒng)馬上做出反應并輸出正確信號，使機器平安停車，以阻擋危急的發(fā)生或事故的集中。一套平安掌握系統(tǒng)，由平安輸入信號（即平安功能，如緊急停止信號、平安門信號等）、平安掌握模塊（如平安繼電器、平安PLC）、和被控輸出元件（如主接觸器、閥等）三部分組成。要使設備達到相應的平安等級就離不開必要的平安元件和平安線路，常見的平安元件有急停按鈕、雙手按鈕、平安門開關、平安光柵等。這些元件通過線路（一般是雙回路）連接到平安掌握的核心，此核心不是一般的PLC，由于它不具備平安功能。具有平安要求的機器中，一般的繼電器或者PLC被廣泛地作為掌握模塊，對平安功能進行監(jiān)控。從表面看來，這樣的機器在肯定條件下也能夠保證平安性。但是，當一般的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界緣由導致功能失效時（如觸點熔焊、電氣短路、處理器紊亂等故障），就會丟失平安愛護功能，引發(fā)事故。而對于平安掌握模塊，由于其采納冗余、多樣的結構，加之以自我檢測和監(jiān)控、牢靠電氣元件、反饋回路等平安措施，保證在本身缺陷或外部故障的狀況下，依舊能夠保證平安功能，并且可以準時的將故障檢測出來。從而在最大程度上保證了整個平安掌握系統(tǒng)的正常運行，愛護了人和機器的平安。電氣平安掌握的方式大致分為以下幾種：1.用一般繼電器搭建有自鎖和互鎖功能的雙回路線路。這種是最原始的平安掌握方式，能達到較低的平安等級。其優(yōu)點是成本低廉，缺點是維護和改造非常簡單，無法監(jiān)控。2.使用平安繼電器搭建平安回路。上個世紀隨著平安繼電器的消失，它已經(jīng)越來越多的應用于各種工業(yè)設備中?？梢杂糜谡莆諉我黄桨补δ?，適用于小型的平安掌握系統(tǒng)。其平安輸出通常有繼電器觸點輸出或晶體管輸出。無論采納何種形式的輸出結構，平安繼電器都能夠保證至少2個通道進行輸出的掌握。在一個輸出通道消失故障的狀況下，另外一個冗余的通道依舊能夠保證平安繼電器的平安功能，并且準時檢測出故障通道。常見的平安繼電器品牌有皮爾茲、施邁賽等，現(xiàn)在西門子、歐姆龍等系統(tǒng)集成商也都相繼推出了自己的平安繼電器產(chǎn)品。此掌握方式成本適中，能達到較高的平安等級，但假如平安元件多線路依舊比較簡單，不適于大型生產(chǎn)線。3.使用平安PLC進行平安掌握。平安可編程掌握器的CPU采納冗余的多處理器結構。各個處理器之間相互監(jiān)控，一旦消失不全都，立即使掌握器處于平安狀態(tài)，并且發(fā)出報警信息；同時，平安可編程掌握器對內(nèi)部的RAM，EPROM，輸入輸出寄存器等元件進行實時監(jiān)控，并且采納特別的測試脈沖對輸入信號和輸出被控元件進行檢測，一旦消失任何擔心全隱患，掌握器立即切換至平安愛護狀態(tài)。平安總線系統(tǒng)適用于大型、離散式的平安掌握系統(tǒng)。其原理是在現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場總線的基礎上，采納了一系列的時間檢測、地址檢測、連接檢測和CRC冗余校驗等措施，達到高的平安等級。平安PLC是上世紀末消失的產(chǎn)品，他的優(yōu)點是可編程性能強大，使用平安總線能實現(xiàn)很高要求的平安掌握，但成本較高。4.使用可編程平安繼電器進行平安掌握?？删幊唐桨怖^電器是近年推出的平安產(chǎn)品，它介于平安PLC和平安繼電器之間，即具有肯定的可編程性，價格卻不是很高。平安繼電器是一個多功能、可自由配置的模塊化平安系統(tǒng)。與其他一般平安繼電器不同，可編程平安繼電器的平安電路可在個人電腦上使用圖形配置工具輕松生成。通過基礎模塊上的RS232接口可以直接向可編程平安繼電器寫入程序。以上簡潔介紹了平安掌握的幾種方式，那么與平安等級親密相關的平安元件是如何達到平安掌握的目的的呢？下面進行分類介紹：1.防短路功能。平安線路一般使用雙回路掌握，即使有一條線路發(fā)生短路，依舊能防止設備在不滿意要求的狀態(tài)下運行，另外平安繼電器和平安PLC都有短路診斷功能。2.放粘連功能。平安繼電器與一般繼電器不同，一般繼電器在長時間電弧的作用下有可能發(fā)生觸點的粘連，而平安繼電器由于其特別的結構，能保證在回路不滿意條件的狀況下觸點強制斷開。3.平安區(qū)域功能。通過平安門鎖和平安光柵行程指定的平安區(qū)域，一旦進入平安門或穿越光柵，在平安掌握的作用下設備能夠強制停機，保證生產(chǎn)人員的平安。4.冗余功能。平安PLC和平安總線都具有冗余功能，確保在外界干擾下的平安性能不受影響。對于平安功能4個以下的單臺設備或流水線，我們可以使用緊湊型平安繼電器。例如，在動力車間中的單臺數(shù)控機床，其平安功能通常包括數(shù)個緊急停止按鈕、一扇至二扇平安門，并且平安等級在3級以上。對于這樣一個應用，我們可以采納一個緊湊型平安繼電器掌握全部的緊急停止按鈕；再使用1/2個緊湊型平安繼電器掌握1/2扇平安門。任何一個平安繼電器被觸發(fā)，平安輸出必需切斷相關負載（如掌握軸運動的變頻器或伺服）。對于平安功能在4至14個的設備或流水線，我們推舉使用模塊化的可編程平安繼電器來得到更高的敏捷性和更低的成本。我們以一條油漆自動化線為例，在此生產(chǎn)區(qū)域中，通常包括在安裝在噴涂區(qū)域進出口的2對平安光柵、4/8個平安門、若干個緊急停止按鈕、2套屏蔽傳感器，并且平安等級在3級以上。我們當然可以選用緊湊型的平安繼電器來實現(xiàn)以上平安功能。但是這種解決方案的成本較高、接線繁瑣、故障診斷困難。而可編程平安繼電器的應用，不但能夠牢靠、高效的完成平安功能，并且能夠從設計、購買、維護中降低成本。對于平安功能在數(shù)十個以上、或者大部分的平安功能都離散分布的現(xiàn)場，可編程平安PLC系統(tǒng)和平安總線系統(tǒng)可以使簡單的平安掌握變得簡便、清楚。在大型沖壓流水線中，平安PLC都有勝利的應用案例。通常，一條沖壓流水線高10m，長50m，分為涂油、沖壓、剪切等幾個工作區(qū)域。每個區(qū)域都有2扇沖程門和若干的緊急停止按鈕；外圍還需要有平安光柵愛護換模區(qū)域；此外沖壓機械中還有大量的平安信號（比如上死點、閥信號等）需要接入平安掌握系統(tǒng)，并且以簡單的規(guī)律關系貫穿于整個平安掌握回路。在這種狀況下，可編程平安繼電器和平安總線系統(tǒng)是最為合適的解決方案。平安PLC可以簡便的實現(xiàn)簡單的規(guī)律關系。通過平安總線可以將分散在現(xiàn)場的平安輸入信號通過一根電纜集中至主站進行掌握。在我國的生產(chǎn)制造行業(yè)，各種平安掌握系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應用。以汽車行業(yè)為例，合資