分析安全控制系統(tǒng)在機(jī)械制造中的作用

摘 要：世界上對機(jī)械安全性是否達(dá)到邏輯需求的界定在于其對安全性的掌握能力上，進(jìn)而機(jī)械控制系統(tǒng)的優(yōu)良也就是機(jī)械優(yōu)良的風(fēng)向標(biāo)。文章中不僅對安全系統(tǒng)整體進(jìn)行分析，還將對其系統(tǒng)進(jìn)行深入的邏輯研究，具體研究，這對于機(jī)械制造行業(yè)尤為重要的安全性來講是重中之重。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；控制系統(tǒng)；安全

引言

機(jī)械安全是指機(jī)械設(shè)備在使用說明書的要求下執(zhí)行應(yīng)有功能時(shí)不對機(jī)械本身產(chǎn)生危害或者對操作人員健康產(chǎn)生危害的能力。每一部機(jī)械設(shè)備都可能存在自己的問題，也會(huì)導(dǎo)致不同類別程度的危險(xiǎn)。這樣就會(huì)發(fā)生工作事故，進(jìn)而對操作機(jī)械人員造成不必要的傷害。如果我們能夠充分地提高在機(jī)械設(shè)備制造過程中的一些安全意識(shí)，我們所生產(chǎn)出來的產(chǎn)品可能安全性能會(huì)更加可靠。那么如何判斷一臺(tái)同標(biāo)準(zhǔn)正規(guī)的條件要求相一致，其重要的步驟就是要在機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)上與安全控制方面相著眼，系統(tǒng)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行與其精密合理的設(shè)計(jì)緊密相關(guān)，很顯然，系統(tǒng)性能的穩(wěn)定可靠是對其進(jìn)行正規(guī)標(biāo)準(zhǔn)合格的重要依據(jù)，因此文章主要就對以上的問題進(jìn)行討論和說明。

1 安全控制系統(tǒng)

安全控制系統(tǒng)，簡單地說就是在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程、或者在操作流程中間能夠?yàn)闄C(jī)械本身以及操作人員提供安全保障的裝置。如果機(jī)械在使用過程中，自身出現(xiàn)安全問題，或者由于人為因素而產(chǎn)生危險(xiǎn)狀況的時(shí)候，安全控制系統(tǒng)可以很快地做出相應(yīng)的應(yīng)對并且能夠有效地控制機(jī)械自身裝置，為操作者提供保護(hù)。拿汽車來說，當(dāng)由于汽車自身原因產(chǎn)生危險(xiǎn)或者由于人為原因使汽車出現(xiàn)險(xiǎn)情的時(shí)候，汽車的安全控制系統(tǒng)可以迅速準(zhǔn)確地對突發(fā)情況給予反饋信息，并且能夠發(fā)出正確的信號(hào)，使險(xiǎn)情中的車輛能夠及時(shí)停車，以免危險(xiǎn)的發(fā)生或者事故的擴(kuò)大。它包括了現(xiàn)場的安全信號(hào)，如安全進(jìn)入信號(hào)、閥反饋信號(hào)、緊急停止信號(hào)、液位信號(hào)等。無論在機(jī)械制造領(lǐng)域還是在流程化工領(lǐng)域，安全控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中不可或缺的一部分。

在安全控制系統(tǒng)中，我們很容易發(fā)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)鏈條結(jié)構(gòu)，主要包括：輸入、邏輯和輸出裝置。比方說，傳感器屬于機(jī)械輸入裝置；控制器屬于邏輯分析控制裝置；而觸發(fā)裝置屬于機(jī)械輸出鏈條。出于安全信號(hào)控制力強(qiáng)弱的考量，我們以常用PLC、繼電器以及現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)總線等等邏輯方面功能較為突出的控制元件，用以達(dá)到我們外在的需求。與此同時(shí)我們也要清楚的認(rèn)識(shí)到這些元器件是不屬于任何一種安全系統(tǒng)及元件附屬的。安全控制問題一旦處理失當(dāng)，就會(huì)給系統(tǒng)安全造成潛在的問題，常見的安全控制問題如下：輸入/輸出卡件硬件故障、處理器不規(guī)則、輸出元器件故障、信息反饋出差、輸入輸出回路故障等。如是類似一些安全隱患最終的后果就是安全失去應(yīng)有保障，事故不期自來。這樣看來，尋求有效可靠的輸出信號(hào)源來完成安全控制系統(tǒng)的生產(chǎn)是必要的，如果真的遇到一些系統(tǒng)安全故障問題，可以及時(shí)的做出信息反饋，并且能夠迅速的發(fā)揮機(jī)械自身系統(tǒng)的補(bǔ)救功能，以此達(dá)到防患于未然或者減小事故嚴(yán)重程度的目的。安全控制系統(tǒng)的硬件主要采取了以下措施來達(dá)到安全要求：采用冗余性控制；采用多樣性控制；頻繁、可靠的檢測；程序CRC校驗(yàn)；安全認(rèn)證功能塊。

我們?nèi)粘Ｉ钪锌梢砸姷降陌踩斎朐O(shè)備主要有：緊急情況下的制動(dòng)裝置，安全廣電設(shè)備，邏輯控制制動(dòng)裝置主要有安全繼電器，安全PLC。

2 安全邏輯控制設(shè)備

2.1 安全繼電器

安全繼電器，是最簡單的安全邏輯控制元器件。其特點(diǎn)是采用了冗余的輸出控制和自我檢測的功能，實(shí)現(xiàn)了對輸出負(fù)載的可靠控制。

安全繼電器使用了兩個(gè)安全輸出接點(diǎn)，而迥異的兩個(gè)特殊繼電器通過串聯(lián)的形式構(gòu)成了接觸點(diǎn)內(nèi)部的控制機(jī)關(guān)，當(dāng)其中一個(gè)安全繼電器發(fā)生安全隱患時(shí)，另外的一個(gè)繼電模塊還是可以完成接觸點(diǎn)斷開任務(wù)，與此同時(shí)，安全繼電器會(huì)進(jìn)行自我內(nèi)部調(diào)試檢測，這樣外部問題或危害一樣都不能被缺漏。

2.2 安全可編程控制器

為了滿足復(fù)雜、多樣、繁冗的控制要求，安全可編程控制器常常利用多種多樣的中央處理系統(tǒng)，甚至每種不同的中央處理系統(tǒng)的生產(chǎn)單位也不盡相同，這也正是安全PLC與普通PLC最基本的不同之處。如果機(jī)械內(nèi)部出現(xiàn)了一部分中央處理系統(tǒng)失靈，那么其他的處理器仍然可以完成自我安全保護(hù)功能，剩余部分的處理器會(huì)馬上讓整個(gè)系統(tǒng)中的輸出系統(tǒng)停止運(yùn)行，進(jìn)而控制機(jī)械設(shè)備運(yùn)行，自然的完成控制器的使命。不同的安全處理系統(tǒng)掌控著機(jī)械設(shè)備處理器的問題數(shù)量。

對于信號(hào)的采集、處理和輸出的過程，安全PLC都采用了冗余控制的方式。當(dāng)信號(hào)進(jìn)入PLC后，分別進(jìn)入多個(gè)輸入寄存器，再通過對應(yīng)的多個(gè)中央處理器的處理，最后進(jìn)入多個(gè)輸出寄存器。這樣，安全PLC就構(gòu)成了多個(gè)冗余的通道。整個(gè)過程之中，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測出來。

輸入回路可以采用雙通道的方式，通過2條物理接線進(jìn)入安全PLC。安全PLC也可以提供安全測試脈沖，用以檢測輸入通道中的故障。安全PLC的輸出內(nèi)部電路也采用了冗余、多樣性的方式，對一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行安全可靠控制。安全PLC可以通過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。同時(shí)，安全PLC提供了內(nèi)部檢測脈沖，以檢測內(nèi)部故障。

安全PLC的掃描時(shí)間要求為每千條指令1ms以下?？焖俚闹醒胩幚砉δ懿粌H可以達(dá)到緊急停車的要求，同時(shí)能夠以較短的時(shí)間完成整套系統(tǒng)的安全功能自檢。

在軟件方面，安全PLC必須有可靠的編程環(huán)境、校驗(yàn)手段，以保證安全。這主要可以通過規(guī)范安全功能編程來實(shí)現(xiàn)。如Pilz的安全PLC，提供了通過認(rèn)證的MBS安全標(biāo)準(zhǔn)功能塊，以幫助編程人員進(jìn)行合理的、安全的編程。這些安全功能塊經(jīng)過加密，不能夠修改。我們只需要在功能塊的輸入和輸出部分填入相應(yīng)的地址、參數(shù)和中間變量，即可以完成對安全功能的編程。這些MBS功能塊涵蓋了機(jī)械制造領(lǐng)域及流程化工領(lǐng)域的安全功能控制。

2.3 安全總線控制系統(tǒng)

安全現(xiàn)場總線系統(tǒng)是以安全PLC、安全輸入輸出模塊、安全總線構(gòu)成一套離散式控制系統(tǒng)。硬件和通訊的安全可靠是安全總線控制系統(tǒng)的可靠性判斷依據(jù)。在硬件上，安全總線系統(tǒng)的模塊都采用了冗余、高速的可靠元器件。

3 結(jié)束語

相對靜止的機(jī)械安全控制系統(tǒng)起到安全監(jiān)控的作用。系統(tǒng)在安全運(yùn)行期間，控制系統(tǒng)沒有應(yīng)變反應(yīng)，而一旦系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生故障等，控制系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行具體的應(yīng)變。通常是失去系統(tǒng)控制能力并且以邏輯為依托進(jìn)行安全控制，這就使系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性得到了保障。也因此，邏輯控制元件的地位也就顯得舉足輕重了。不同的配置方式也能適應(yīng)不同的應(yīng)用模式。

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