淺談機械制造中的安全控制

崔 璐 單丹陽

（1.沈陽市日天工業裝備工程有限公司，遼寧 沈陽 110032；2.沈陽東大興科冶金技術有限公司，遼寧 沈陽 110004）

1 安全控制系統的基本概念與組成

當在操作機械設備進行工業生產時會產生因操作失誤或工廠裝置本身出現故障時，安全控制系統中的輸入設備就會檢測到諸如電壓、液壓之類信息的變化，這些信息會反饋給邏輯控制設備，邏輯控制設備會將這些信息與標準信號進行比對判斷然后作用于諸如繼電器之類的可以根據不同信號進行不同動作的機構。從而采取切斷電源等安全措施保護工人的安全。說到這大家也許還一頭霧水，說了這么多到底什么叫自動控制系統呢？所謂安全控制系統是在開車、停車、出現工藝擾動以及正常維護、操作期間對生產裝置提供安全保護。從上文大家不難看出安全控制系統主要包括輸入設備、邏輯控制設備和輸出設備組成。

2 安全控制系統的輸入與輸出環節

安全控制系統的輸入設備包括緊急停止設備、安全進入裝置（安全門快關或連鎖裝置）、安全光電設備（安全光幕、安全光柵、安全掃描儀）等這些設備的功能大多是依靠各種傳感器實現的所以也可以說安全控制系統的輸入環節信息的采集是依靠傳感器實現的。相比與輸入環節，輸出環節則采用普通繼電器、普通PLC、標準現場總線或DCS等邏輯控制元器件從表面上達到我們所需要的輸出信號。但是由于制作工藝、使用時間較長等原因在輸出環節所采用的裝置都會存在一定的安全隱患諸如處理器不規則、輸入/輸出卡件硬件故障、輸入回路故障（比如短路、觸點融焊）、輸出元器件故障（如觸點融焊）、輸出回路故障（如短路、斷路）、通訊錯誤等。這些隱患的存在將會對整個安全控制系統產生致命的影響從而影響整個機械設備的安全性。那么我們怎么保證在安全控制系統的各個環節中的硬件的安全要求呢？在工業生產中多采用以下兩種措施來保證硬件的安全性：（1）采用冗余性控制；（2）采用多樣性控制。作為機械設備的安全控制系統必須保證能夠可靠地控制安全輸入信號，當輸入信號出現錯誤或信號發生變化時，立即做出反應并輸出正確的信號使機器及時切斷電源安全停車，防患于未然或在危險發生后能防止事故的擴散避免其產生更大的影響。

輸入和輸出環節在安全控制系統中扮演者十分重要的角色，能否及時的發現問題并報告給邏輯控制環節，而當邏輯控制環節發出指令后輸出設備能否迅速響應也影響著安全控制的可靠性。當輸入與輸出都能快速的做出響應時，整個控制系統的中樞即邏輯控制設備就顯示出了其舉足輕重的作用，下面我們來討論安全控制系統中的安全邏輯控制設備。

3 安全控制系統的中樞——邏輯控制設備

安全可編程控制器即安全PLC，安全PLC相比于普通PLC的優點在于安全PLC采用了多套來自不同生產商的中央處理器，這樣在處理信息時如果有處理器出現故障那么就會有其他的處理器代替故障處理器進行工作，由于不同的的處理器來自不同的廠家這就保證了相同的環境下不同的處理器出現故障的概率不同。而當出現故障的處理器達到一定數量時，會切斷所有安全輸出時系統停機。在不同的系統下導致系統停機的故障處理器的個數是不同的，正是由于這些不同的存在也為不同機械設備處理不同的故障情況提供了選擇。對于安全PLC的冗余控制我們可以用三個“多”字來概括。首先，在信號采集時信號被送到多個輸入寄存器，輸入回路通過2條物理線接入安全PLC即通常所說的雙通道方式。借助于安全PLC內部所提供的安全測試脈沖，系統可以檢測輸入通道中的故障。其次在信號處理時這些信號又被送入多個中央處理器，最后這些信號又被送入多個輸出寄存器，安全PLC的輸出內部電路采用了冗余多樣性的方式，對一個輸出節點進行安全可靠的控制，提供了多重保障。同時安全PLC通過2種不同的手段，即切斷基極信號和切斷集電極電源兩種不同的方式，將輸出信號由1轉變為0。無論那種方式出現故障，另外一種方式依然完好的執行安全功能。同樣在輸出電路內部檢測脈沖也在不斷進行自檢。這樣，PLC不斷的自檢同時依托于多個冗余通道，保證了整個系統的安全性和可靠性。不僅如此安全PLC的掃描時間非常短，通常為每千條指令在1ms的時間內產生。非常快的運算速度達到了緊急停車的要求，同時又能以及其短的時間完成自我檢測和各種信息的比對。這對安全系統的可靠性有很大的意義。整個過程中，信號狀態、處理結果等可以通過安全PLC內部的暫存裝置進行相互比較，如果出現不一致，則可以根據不同的系統特性進入故障安全狀態或將故障檢測出來，這就充分顯示了冗余系統的好處，可以說是寧濫勿缺。所以，整個冗余控制看似麻煩實際上卻有著十分重要的意義。

上述我們從理論層面對安全PLC的控制原理進行了闡述，那么在實際的工業生產中我們是如何通過一個個的電子元件來實現如此復雜的功能的呢？要實現上述復雜的功能必須要通過編程來實現，而編程必須要可靠地編程環境同時也要求適當的檢驗手段來保證安全。現階段的PLC編程大多是通過模塊化的打包的。這些功能模塊只能運用不能修改，我們只需要在需要修改的參數上輸入合適的輸入輸出變量就能完成對安全功能的編程，這樣的措施充分規范了安全功能編程。

最簡單的安全邏輯元器件——安全繼電器，相比于安全PLC安全繼電器只采用了冗余的控制輸出和自我檢測的功能，雖然不如安全PLC可靠但也能充分保證對輸出斧子的可靠控制。安全繼電器的冗余輸出控制是通過其存在的兩個安全輸出觸點來實現的，這兩個安全輸出觸點在內部是由來自2個不同的特殊繼電器K1和K2的常開觸點串連而組成。當K1出現故障的時候，K2依然可以實現安全觸點斷開的功能。

結語

安全控制系統在機器正常運行時保持緘默，而當機器出現些許異常時它就能最快感知，依托于各種冗余控制和自檢裝置能夠準確的做出的判斷。三個模塊間密切配合對機械設備的操作者的安全性提供可靠地保障。在整個控制系統中邏輯控制元件是最重要的一環它關系到整個系統能否正常運作，而輸入輸出部分也必須通過冗余的檢測來保證其可靠性。總而言之作為保證機械安全性的安全控制系統其自身必須要有高度的可靠性。

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