安全繼電器與注塑機I/O模塊功能融合*

萬世玉，羅國仲

（佛山市順德區震德塑料機械有限公司，廣東佛山 528300）

0 引言

注塑機應用越來越廣泛的同時，安全生產成為一個必不可少的重要因素。這既對操作人員有要求，對注塑機的硬件指標也是一個考驗。在要求生產效率的同時，安全生產越來越引起人們的重視。

1 安全標準

GB22530-2008《橡膠塑料注射成型機安全要求》對注塑機的安全生產有比較詳細的規定。

模具區域的機器危險有以下幾方面：

（1）合模造成的危險：操作側用Ⅲ型保護裝置防止人體進入模具區域時合模產生的危險。如有必要，可采用固定防護裝置進行預防并且固定防護裝置不需要與Ⅲ型保護裝置互鎖。

（2）無法啟動機器循環的防護裝置，用于保護人體不能進入模具區域或模具區域與防護裝置之間，可以使用有兩個位置開關的互鎖防護裝置，替代Ⅲ型保護裝置。

當活動防護裝置打開時，兩個位置開關應切斷合模動作的主驅動，并關閉合模動作的儲能器。

為了達到上述要求，應使用電氣-機械構成的硬件電路。當活動防護裝置回到關閉位置時，應在操作側對無法啟動的循環進行手動復位。

（3）模具區域機械運動造成的危險

上述兩點中指定的防護裝置也用來防止其他運動可能造成的危險。對于這些運動，防護裝置應起到Ⅱ型保護裝置的作用。

當防護裝置打開時：

循環中斷，如果能防止熔料溢出并且噴嘴的接觸力不會引起危險時，塑化可以繼續進行；

停止螺桿及柱塞向前的動作；

停止注射座臺向前的動作；

橡膠注射成型機必須停止頂出或抽芯及其驅動機構的危險動作。

當模具區域的防護裝置打開時，注射成型機可以安裝鎖定開關，以便能夠手動控制頂出和抽芯運動。使用手動操縱裝置，利用雙手操縱裝置或者使用有限運動控制裝置，并符合相應要求（制造商應聲明，如果模具、抽芯、頂出及其驅動機構設計成不能進入擠壓或剪切區域，那么操縱人員只允許使用這個開關）。

2 現有控制方案及不足之處

基于GB22530-2008 對注塑機的安全生產以上安全條款，對安全電路的設計有了更嚴格的要求。這些安全隱患可以通過PLC 軟件和電氣線路得以完善，在I/O模塊上加入這一系列的保護就是更加直觀和保險的措施。

現有做法是在I/O模塊和設備之間接入安全繼電器，借助外加電器元件保證安全操作。即在設備信號進入I/O 模塊之前，過濾掉一些安全隱患，起到雙重保險的作用。主要目標在于保護暴露于不同等級危險性的機械操作人員。

這里提到的安全繼電器是由數個繼電器與電路組合而成，為的是能互補彼此的異常缺陷，達到正確且低誤動作的繼電器完整功能，使其失誤和失效值愈低，安全因素則愈高，因此需設計出多種安全繼電器以保護不同等級機械。所謂“安全繼電器”并不是“沒有故障的繼電器”，而是發生故障時做出有規則的動作，它具有強制導向接點結構，萬一發生接點熔結現象時也能確保安全，這一點同一般繼電器完全不同。

當緊急停止解除時，機器不能出現突然再啟動。萬一機器安全電路發生故障時，可以停止機器動力電源。安全電路發生故障時，機器不能再啟動。怎樣才能做到安全電路呢？是否雙重電路就可以了？

雙重化是必要的，但是除此之外，必須具備如下幾個條件：雙重化電路的互相檢查；確認所有安全電路已經斷開一次；必要時由作業者操作便可以啟動等條件。從另一個角度來說，輸入的開關接線短路或電線外皮破損而引起的接地時，必須預防因此而引起的機器突然啟動。

3 需求分析

需求1：前安全門、前安全門限和復位信號1有效，上位機才可以控制調模前進、鎖模前進、射臺前進、射膠、熔膠5個信號的輸出，否則5個信號禁止輸出。

如果復位信號1 先有效，前安全門和前安全門限信號后有效，也禁止對調模前進、鎖模前進、射臺前進、射膠、熔膠5個信號的輸出。

需求2：后安全門、后安全門限和復位信號1對應的DI有效，上位機才可以控制電機啟動信號（繼電器MST輸出），否則禁止MST信號輸出。

如果復位信號1 先有效，后安全門和后安全門限位信號后有效，也禁止電機啟動信號的輸出。

需求3：急停信號和復位信號2對應的2個DI輸入有效，上位機才可以控制電機啟動信號（繼電器MST輸出），否則禁止MST信號輸出。

如果復位信號2 先有效，急停信號后有效，也禁止電機啟動信號的輸出。

基于感知價值理論，綜合前述研究，形成了消費者無現金支付使用意愿模型。該模型從消費者感知價值角度入手探討影響無現金支付使用意愿的因素，把感知價值作為中介變量，而感知價值取決于感知收益和感知損失兩方面，感知收益主要體現在感知有用性、感知易用性和優惠補貼方面，感知損失主要是感知風險。研究模型如圖1。

需求4：安全踏板信號和復位信號2 對應的2 個DI 輸入有效，上位機才可以控制電機啟動信號（繼電器MST 輸出），否則禁止MST 信號輸出。

如果復位信號2 先有效，安全踏板信號后有效，也禁止電機啟動信號的輸出。

現在使用的安全繼電器模塊實現，其控制流程如圖1～4所示。

圖1 前安全門控制流程圖

4 解決方案

因為前安全門、后安全門、急停、安全踏板的安全防護等級不同，且每個故障發生時所要限制的動作不同，所以這四個功能的限制要經過四個安全繼電器的信號確認。

運用在注塑機上的安全保護有前安全門、后安全門、急停開關、安全踏板等。

圖2 后安全門控制流程圖

圖3 急停信號控制流程圖

圖4 安全踏板控制流程圖

具體措施如下。

當前安全門信號或前安全門限信號發生異常時，立刻停止控制器對調模前進信號、鎖模前進信號、射臺前進信號、射膠信號以及熔膠信號輸出，異常處理完畢后，需按復位按鈕1，才可以允許控制器對調模前進信號、鎖模前進信號、射臺前進信號、射膠信號以及熔膠信號輸出。當后安全門信號、后安全門限信號、急停信號、安全踏板信號任意一個發生異常時，立刻停止控制器對電機啟動信號輸出，異常處理完畢后，需按復位按鈕1、復位按鈕2，控制器才能對電機啟動信號輸出。

以上電路的改進已符合安全生產的標準。但在實際運用中卻有一些弊端：接線復雜，每臺注塑機都要在線路上重新設計；成本較高，市面上安全繼電器價格從幾百到上千不等，且一臺機器需增加4 個安全模塊；通用性不強，每款控制器配套的I/O 板不同，最終接收的信號還是由I/O 模塊傳遞給PLC。

圖5 需求分析1

5 研發思路

（1）控制方案簡述

針對現有電路設計的缺陷。把安全繼電器模塊的功能實現在I/O板達到控制效果。

圖7 為在現有的I/O 板上。加入了復位信號1、復位信號2這兩路DI，結合已有的前安全門信號、前安全門限信號、后安全門信號、后安全門限信號、急停信號、安全踏板信號這六路DI，構成了安全繼電器模塊功能的輸入。

（2）控制流程介紹

系統上電瞬間，會把兩塊邏輯處理電路的輸出——控制信號1、控制信號2清零，從而關斷開關管TR1和開關管TR2，防止系統誤動作。

圖6 需求分析2、3、4

正常啟動系統時，前安全門開關和前安全門限開有效、后安全門開關和后安全門限開關有效、急停開關閉合、安全踏板開關閉合，此時分別按下復位按鈕1、復位按鈕2，這8 路信號同時被送入邏輯處理電路，由于各路信號都正常，開關管TR1 導通，開關管TR2 導通。允許控制器對調模前進信號、鎖模前進信號、射臺前進信號、射膠信號以及熔膠信號輸出，允許控制器對電機啟動信號輸出。

當前安全門開關、前安全門限開關任意一個無效時，邏輯門立刻使開關管TR1 關斷，禁止控制器對調模前進信號、鎖模前進信號、射臺前進信號、射膠信號以及熔膠信號輸出，同時相應的觸發器被清零。當外部異常處理完畢，即前安全門和前安全門限開關處于關門的正常模式，此時，必須按下復位按鈕1，才允許控制器對調模前進信號、鎖模前進信號、射臺前進信號、射膠信號以及熔膠信號輸出。

同樣的，當后安全門開關、后安全門限開關、急停開關、安全踏板開關中任意一個處于異常狀態時，邏輯門立刻使開關管TR2 斷開，禁止控制器對電機啟動信號輸出從而停止電機工作，同時相應的觸發器被清零。當外部異常處理完畢，即后安全門開關和后安全門限開關處于關門的正常狀態，急停開關閉合，安全踏板開關閉合，此時，必須分別按下復位開關1、復位開關2，才允許控制器對電機啟動信號輸出。

圖7 控制策略流程圖

6 結論

市面上運用于注塑機的控制器種類繁多，因各款控制器的編程語言不同，對I/O模塊的信號有不盡相同的處理方式。因軟件系統的不穩定照成的安全事故不可避免，所以在I/O模塊上優化這個安全模塊的電路，就比較經濟實惠地起到了雙重保險的作用。

［1］GB 22530-2008.橡膠塑料注射成型機安全要求［S］.