液壓機安全控制系統開發淺析

喬禮惠，徐 路

（江蘇國力鍛壓機床有限公司，江蘇 揚州225009）

0 引言

隨著現代科學技術的飛速發展和國際市場競爭的日趨激烈，機械產品正向高速化、精密化、柔性化、多樣化方向飛速發展。這就要求現代生產機械不僅能夠高精度、高效率、大負載地運轉，還應具有更高的“安全性”，才能滿足市場對產品的需求。隨著國家標準GB28241-2012《液壓機安全技術要求》的實施，對液壓機安全控制系統的設計準則有了統一要求，液壓機控制系統設計必須符合標準里涉及到的一系列安全要求。考慮到液壓機實際運行時的安全性，我們認為最主要的還是怎樣讓液壓機滑塊下行動作和底缸頂出、退回動作的停止功能更可靠、完善，也就是停止控制功能的優先級必須要高于起動控制功能。針對此種現象，我們研究開發了此套安全控制系統，主要采用PILZ 公司的模塊化安全繼電器PNOZ m2p 結合歐姆龍公司的CP1E PLC，兩者之間通過自由口進行通訊，輔以外圍各安全元器件的應用，實現公司生產液壓機的安全控制。

1 安全控制系統構成

圖1 安全控制系統配置圖

該安全控制系統主要由PILZ 公司的模塊化安全繼電器PNOZ m2p、歐姆龍公司的CP1E PLC、泰豐液壓公司帶有安全閥監控的插裝閥液壓系統以及外圍一系列安全元器件組成（圖1），其中關于液壓機動作狀態或工作模式的選擇開關信號以及急停、雙手、安全控制光幕、安全閥監控等安全信號全部輸入到PILZ 模塊化安全繼電器PNOZ m2p 的輸入端（圖2），其他一些控制信號如回程、復位、壓力發訊、保壓延時等信號則輸入到CP1E PLC的輸入端，兩者之間通過自由口進行通訊，其中CP1E PLC 只是實現一些簡單的控制功能，主要的停止功能完全由PNOZ m2p 來實現。

1.1 PNOZmulti模塊化的安全繼電器：PNOZ m2p

PNOZmulti 是一個多功能、可自由配置的模塊化安全系統。與其他PNOZ 安全繼電器不同，PNOZmulti 的安全電路可以在PC 機上使用圖形配置工具輕松生成。多達14 個不同的安全功能可以在基本單元內使用，可擴展通訊模塊及輸出、輸入模塊，擴展能力出色，方便今后的升級。PNOZ m2p 模塊本體帶有20 個輸入點，4 個晶體管輸出。

圖2 模塊化安全繼電器PNOZ m2p 接線示意圖

1.2 安全閥閥芯位置監控

標準GB28241-2012 中明確要求：控制滑塊下落的油缸中所有支撐滑塊的液壓油應經由主控閥或帶冗余和監控系統的支路流出。因此在此套液壓系統中我們將控制油缸下腔油液流動的電磁球閥作為安全閥，同時設置有閥芯位置檢測裝置，將位置檢測信號輸入到PNOZ m2p 中進行控制。在程序編制時首先讓安全閥電磁鐵得電吸合，在所設置的時間內如檢測到閥芯已開啟到位信號則其余電磁閥方可得電工作，實現所需要的動作，如在設置時間內未能檢測到閥芯開啟到位信號則控制系統便會發出報警信號，同時也控制其他電磁閥不得電，已得電工作的安全閥電磁鐵也會隨之失電不工作。同時機床處于靜止狀態即滑塊未動作的情況下也對閥芯位置進行檢測，如閥芯未能關閉到位會發出報警信號進行提醒。

2 自由口通訊協議設置

首先我們需要對CP1E PLC 部分進行串口的設置，主要涉及的參數有：波特率、格式、模式232、接受字節數等，其對應的PNOZ m2p 安全繼電器部分也需要設置相應的參數，完成此部分操作方才完成硬件部分的通訊設置。而對于軟件部分的通訊設置，首先需要根據PILZ 提供的串口通訊協議內容進行設置，然后再通過歐姆龍CP1E PLC 通訊串口來發送數據包。其編碼格式如圖3 所示。

由于歐姆龍CP1 系列PLC 是以字為最小單位存儲數據，而PILZ 則是以字節的形式進行通訊設置，因此我們在傳送數據和校驗的時候，要注意字與字節的相應轉變。在處理完這些地址變量后，我們才可通過歐姆龍的TXD 指令發送數據、RXD 指令接受數據來完成歐姆龍CP1E PLC 與PNOZ m2p 之間的通訊。

3 通過自由編程實現安全控制

圖3 通訊協議設置編碼格式

本系統采用PNOZ m2p模塊化安全繼電器對安全閥等進行監控，通過檢測安全閥的位置反饋信號，確保閥的開啟或關閉進而實現安全控制；光電保護裝置采用雙通道的安全信號輸入方式，對光幕信號被遮擋或光電保護裝置自身出現故障均能通過自由編程進行控制；急停控制也通過安全模塊進行控制，除將按鈕旋轉復位外還增加專門的復位按鈕和指示燈；雙手操作按鈕采用安全繼電器中的雙手專用功能模塊來控制，對兩只按鈕的同步動作時間差有明確要求（≤0.5s）。該部分自由編程程序邏輯圖見圖4。

圖4 安全繼電器內部程序邏輯圖

4 結束語

本文研究、開發的此套液壓機安全控制系統采用的是常規CP1E PLC 與PNOZ m2p 模塊化安全繼電器相結合控制的方式，具有性價比高、配置簡單等特點。其中與安全相關的元件均由PNOZ m2p 進行控制，急停、雙手、光幕等安全元器件通過自定義的邏輯進行編程，出現危險狀況時可及時實現停止功能，同時此套安全控制系統通過反饋回路的使用，達到安全等級4 級要求，嚴格符合GB28241-2012安全標準，并具有強大的診斷功能，可方便快捷地進行系統維護。鑒于以上眾多優點，相信在不久的將來此種安全控制系統必為更多的機床廠家應用，從而更好地保障操作人員的人身安全，推動機床產業的安全發展。

[1]全國鍛壓機械標準化技術委員會.GB28241-2012 液壓機 安全技術要求[S].北京：中國標準出版社，2012.

[2]Pilz PNOZmulti Modular Safty System,Safty Solutions For Press.

[3]張 金.中國鍛壓行業未來發展方略[J].鍛壓技術，2013，（1）.

[4]仝 超，喬禮惠.液壓伺服油壓機高精控制的實現[J].鍛壓裝備與制造技術，2010，45（1）：59-60.

[5]嚴建文，劉家旭，等.智能液壓機研究現狀及關鍵技術[J].鍛壓裝備與制造技術，2013，48（2）：15-17.