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安全繼電器在制造行業(yè)的應(yīng)用
設(shè)備的安全性能由機(jī)械安全防護(hù)和電氣安全控制兩方面組成。安全控制系統(tǒng)必須提供一種高度可靠的安全保護(hù)手段，最大限度地避免機(jī)器的不安全狀態(tài)、保護(hù)生產(chǎn)裝置和人身安全，防止惡性事故的發(fā)生、減少損失。該系統(tǒng)在開(kāi)車(chē)、停車(chē)、出現(xiàn)工藝擾動(dòng)以及正常維護(hù)操作期間對(duì)機(jī)器設(shè)備提供安全保護(hù)。一旦當(dāng)機(jī)器設(shè)備本身出現(xiàn)危險(xiǎn)，或由于人為原因而導(dǎo)致危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)立即做出反應(yīng)并輸出正確信號(hào)，使機(jī)器安全停車(chē)，以阻止危險(xiǎn)的發(fā)生或事故的擴(kuò)散。
一套安全控制系統(tǒng)，由安全輸入信號(hào)（即安全功能，如緊急停止信號(hào)、安全門(mén)信號(hào)等）、安全控制模塊（如安全繼電器、安全PLC）、和被控輸出元件（如主接觸器、閥等）三部分組成。要使設(shè)備達(dá)到相應(yīng)的安全等級(jí)就離不開(kāi)必要的安全元件和安全線路，常見(jiàn)的安全元件有急停按鈕、雙手按鈕、安全門(mén)開(kāi)關(guān)、安全光柵（安全光幕）等。這些元件通過(guò)線路（一般是雙回路）連接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因?yàn)樗痪邆浒踩δ堋?/span>具有安全要求的機(jī)器中，普通的繼電器或者PLC被廣泛地作為控制模塊，對(duì)安全功能進(jìn)行監(jiān)控。從表面看來(lái)，這樣的機(jī)器在一定條件下也能夠保證安全性。但是，當(dāng)普通的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界原因?qū)е鹿δ苁r(shí)（如觸點(diǎn)熔焊、電氣短路、處理器紊亂等故障），就會(huì)丟失安全保護(hù)功能，引發(fā)事故。而對(duì)于安全控制模塊，由于其采用冗余、多樣的結(jié)構(gòu)，加之以自我檢測(cè)和監(jiān)控、可靠電氣元件、反饋回路等安全措施，保證在本身缺陷或外部故障的情況下，依然能夠保證安全功能，并且可以及時(shí)的將故障檢測(cè)出來(lái)。從而在最大程度上保證了整個(gè)安全控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保護(hù)了人和機(jī)器的安全。電氣安全控制的方式大致分為以下幾種：1.用普通繼電器搭建有自鎖和互鎖功能的雙回路線路。這種是最原始的安全控制方式，能達(dá)到較低的安全等級(jí)。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，缺點(diǎn)是維護(hù)和改造十分復(fù)雜，無(wú)法監(jiān)控。2.使用安全繼電器搭建安全回路。安全繼電器是安全回路所必需的，用來(lái)保護(hù)人和機(jī)器，在歐洲安全繼電器的使用是強(qiáng)制的。所謂“安全繼電器”發(fā)生故障時(shí)做出有規(guī)則的動(dòng)作，它具有強(qiáng)制導(dǎo)向接點(diǎn)結(jié)構(gòu)，萬(wàn)一發(fā)生接點(diǎn)熔結(jié)現(xiàn)象時(shí)也能確保安全，這一點(diǎn)同一般繼電器完全不同。
安全繼電器有多種，它主要被用在急�；芈�、安全門(mén)、雙手按鈕等，確切地說(shuō) 是被用在安全回路，它能確保控制回路 在一些緊急狀況下導(dǎo)向安全，不一定是急停，急停是一種常用的安全措施。舉例說(shuō) 有時(shí)候停機(jī)是安全，但煤礦井下的通風(fēng)機(jī)在變頻器壞了以后導(dǎo)向安全的狀態(tài)是打開(kāi)到全速-工頻，而不是停機(jī)。
安全繼電器都能夠保證至少2個(gè)通道進(jìn)行輸出的控制。在一個(gè)輸出通道出現(xiàn)故障的情況下，另外一個(gè)冗余的通道依然能夠保證安全繼電器的安全功能，并且及時(shí)檢測(cè)出故障通道。常見(jiàn)的安全繼電器品牌有Pilz，國(guó)產(chǎn)LNTECH（萊恩光電）安全繼電器等。此控制方式成本適中，能達(dá)到較高的安全等級(jí)，但如果安全元件多線路依然比較復(fù)雜，不適于大型生產(chǎn)線。
以上簡(jiǎn)單介紹了安全控制的幾種方式，那么與安全等級(jí)密切相關(guān)的安全元件是如何達(dá)到安全控制的目的的呢？下面分類(lèi)介紹：
1.防短路功能。安全線路一般使用雙回路控制，即使有一條線路發(fā)生短路，依然能防止設(shè)備在不滿足要求的狀態(tài)下運(yùn)行，另外安全繼電器和安全PLC都有短路診斷功能。2.放粘連功能。安全繼電器與普通繼電器不同，普通繼電器在長(zhǎng)時(shí)間電弧的作用下有可能發(fā)生觸點(diǎn)的粘連，而安全繼電器由于其特殊的結(jié)構(gòu)，能保證在回路不滿足條件的情況下觸點(diǎn)強(qiáng)制斷開(kāi)。
3.安全區(qū)域功能。通過(guò)安全門(mén)鎖和安全光柵、安全光幕行程指定的安全區(qū)域，一旦進(jìn)入安全門(mén)或穿越光柵，在安全控制的作用下設(shè)備能夠強(qiáng)制停機(jī)，保證生產(chǎn)人員的安全。
對(duì)于安全功能4個(gè)以下的單臺(tái)設(shè)備或流水線，我們可以使用緊湊型安全繼電器。例如，在動(dòng)力車(chē)間中的單臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其安全功能通常包括數(shù)個(gè)緊急停止按鈕、一扇至二扇安全門(mén)，并且安全等級(jí)在3級(jí)以上。對(duì)于這樣一個(gè)應(yīng)用，我們可以采用一個(gè)緊湊型安全繼電器控制所有的緊急停止按鈕；再使用1/2個(gè)緊湊型安全繼電器控制1/2扇安全門(mén)。任何一個(gè)安全繼電器被觸發(fā)，安全輸出必須切斷相關(guān)負(fù)載（如控制軸運(yùn)動(dòng)的變頻器或伺服）。
對(duì)于安全功能在4至14個(gè)的設(shè)備或流水線，我們推薦使用模塊化的可編程安全繼電器來(lái)得到更高的靈活性和更低的成本。我們以一條油漆自動(dòng)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(jìn)出口的2對(duì)安全光柵、4/8個(gè)安全門(mén)、若干個(gè)緊急停止按鈕、2套屏蔽傳感器，并且安全等級(jí)在3級(jí)以上。我們當(dāng)然可以選用緊湊型的安全繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)以上安全功能，但是這種解決方案的成本較高、接線繁瑣、故障診斷困難。而可編程安全繼電器的應(yīng)用，不但能夠可靠、高效的完成安全功能，并且能夠從設(shè)計(jì)、購(gòu)買(mǎi)、維護(hù)中降低成本。
對(duì)于安全功能在數(shù)十個(gè)以上、或者大部分的安全功能都離散分布的現(xiàn)場(chǎng)，可編程安全PLC系統(tǒng)和安全總線系統(tǒng)可以使復(fù)雜的安全控制變得簡(jiǎn)便、清晰。在大型沖壓流水線中，安全PLC都有成功的應(yīng)用案例。通常，一條沖壓流水線高10m，長(zhǎng)50m，分為涂油、沖壓、剪切 等幾個(gè)工作區(qū)域。每個(gè)區(qū)域都有2扇沖程門(mén)和若干的緊急停止按鈕；外圍還需要有安全光柵保護(hù)換模區(qū)域；此外沖壓機(jī)械中還有大量的安全信號(hào)（比如上死點(diǎn)、閥信號(hào)等）需要接入安全控制系統(tǒng)，并且以復(fù)雜的邏輯關(guān)系貫穿于整個(gè)安全控制回路。在這種情況下，可編程安全繼電器和安全總線系統(tǒng)是最為合適的解決方案。安全PLC可以簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯關(guān)系。通過(guò)安全總線可以將分散在現(xiàn)場(chǎng)的安全輸入信號(hào)通過(guò)一根電纜集中至主站進(jìn)行控制。
在我國(guó)的生產(chǎn)制造行業(yè)，各種安全控制系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。以汽車(chē)行業(yè)為例，合資企業(yè)使用歐美的進(jìn)口設(shè)備，一般都具有較高的安全等級(jí)，例如一汽大眾、上海大眾、上海通用的生產(chǎn)車(chē)間就是如此。而多數(shù)民族汽車(chē)品牌大都使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，如奇瑞汽車(chē)，長(zhǎng)城汽車(chē)等，在其沖壓焊裝和總裝線上大范圍使用了國(guó)產(chǎn)設(shè)備，也大都配備了安全繼電器和安全PLC等安全控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)的安全性。隨著以人為本理念的深入貫徹，相信安全控制在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中將得到更加廣泛的應(yīng)用。
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