麻曉燕

摘 要：機(jī)械制造過程可能出現(xiàn)一些安全性的問題，威脅到操作人員的生命安全，因此需要有效構(gòu)建現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中的安全控制系統(tǒng)，從而提升機(jī)械制造過程的安全性。本文重點(diǎn)分析了安全控制系統(tǒng)的相關(guān)概念，探討了該系統(tǒng)重點(diǎn)元器件的常用設(shè)備，以汽車沖壓加工為例，分析了安全控制系統(tǒng)的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造；安全控制；系統(tǒng)；繼電器；可編程控制器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.194

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動化程度的加快，更多的機(jī)械加工過程中可能出現(xiàn)一些安全事故，威脅到操作者的使用安全，因此在制造系統(tǒng)中設(shè)計(jì)更多的安全保障措施，這些安全保障措施需要有相關(guān)的控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)控制。當(dāng)出現(xiàn)違反安全操作的行為或者苗頭的時(shí)候，安控制系統(tǒng)第一時(shí)間做出反應(yīng)，停止機(jī)器，避免造成安全事故。

2 機(jī)械制造的安全控制系統(tǒng)概念分析

2.1 基本概念

安全控制系統(tǒng)主要針對機(jī)械制造設(shè)備中的一些安全隱患設(shè)計(jì)相關(guān)的安全保障措施，實(shí)現(xiàn)一種自動化的控制，一旦出現(xiàn)安全事故隱患，安全控制系統(tǒng)就停止機(jī)械的所有動作，從而降低安全事故的后果，安全控制響應(yīng)時(shí)間是其性能好壞的重要指標(biāo)，因?yàn)榈谝粫r(shí)間響應(yīng)降低安全事故造成后果的嚴(yán)重程度。因此設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)安全控制系統(tǒng)的時(shí)候，將安全響應(yīng)時(shí)間作為最為重要的設(shè)計(jì)因素去考慮[1]。

2.2 組成

安全控制系統(tǒng)主要有三個方面的組成，實(shí)現(xiàn)一個閉合的邏輯鏈條。這三個組成部分分別為：信號輸入，邏輯判斷，信號輸出。所謂的信號輸入就是在機(jī)械制造設(shè)備中的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)、可能出現(xiàn)安全事故的部件上設(shè)置相關(guān)的傳感器，可能是光學(xué)傳感器、也可能是溫度傳感器等，主要就是可以有效接受到可能出現(xiàn)安全事故的危險(xiǎn)，將這種可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)通過傳感器傳遞到安全控制系統(tǒng)的邏輯判斷中樞。所謂的邏輯判斷就是在安全控制系統(tǒng)中有一個進(jìn)行安全邏輯判斷的設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)對傳感器接受的信號進(jìn)行安全事故判斷，當(dāng)沒有安全威脅的時(shí)候，可以輸出安全信號，當(dāng)出現(xiàn)安全威脅的時(shí)候，第一時(shí)間輸出安全威脅信號。所謂的信號輸出就是將邏輯判斷出的相關(guān)指令信號傳輸?shù)较嚓P(guān)的裝置上，當(dāng)沒有安全威脅的時(shí)候，為空指令，機(jī)械制造系統(tǒng)進(jìn)行正常工作，當(dāng)出現(xiàn)安全威脅的時(shí)候，輸出相關(guān)的停止指令，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造系統(tǒng)的第一時(shí)間停止工作。

2.3 安全控制系統(tǒng)的可靠性

安全控制系統(tǒng)是對機(jī)械設(shè)備的安全作業(yè)做出及時(shí)響應(yīng)的，因此機(jī)械設(shè)備的安全事故可以有效反應(yīng)出來，但是安全控制系統(tǒng)也是一種機(jī)械設(shè)備，在長期工作之中也可能出現(xiàn)可靠性問題，造成安全事故的誤判斷，最終影響機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)。常見的安全控制系統(tǒng)的問題為：信號傳輸?shù)膯栴}，邏輯判斷沒有按程序執(zhí)行等。在設(shè)計(jì)中，我們需要提高安全控制系統(tǒng)的可靠性，因?yàn)檫@是機(jī)械安全生產(chǎn)的最終保障。

3 安全控制系統(tǒng)的邏輯運(yùn)算設(shè)備

整個安全控制系統(tǒng)中，做出邏輯判斷的設(shè)備是最為關(guān)鍵、核心的裝置，對輸入來的信息（機(jī)械制造設(shè)備的安全性）進(jìn)行邏輯判斷，同時(shí)還發(fā)出相關(guān)的指令，對機(jī)械設(shè)備的工作做出相關(guān)的動作（繼續(xù)動作或者停止工作）。目前，國內(nèi)機(jī)械設(shè)備中的安全控制系統(tǒng)的核心邏輯運(yùn)算設(shè)備有：安全繼電器、可編程控制器、總線控制系統(tǒng)[2]。

3.1 安全繼電器

安全繼電器是最為簡單的邏輯判斷裝置，通過冗余輸出和自我檢查，有效提高輸出控制信號的有效性，更加準(zhǔn)確的輸出相關(guān)信號。一般的安全繼電器有兩個以上的輸出信號源，可以與不同常開的繼電器串聯(lián)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)有效備份輸出控制信號，當(dāng)一個安全輸出源出現(xiàn)問題之后，可以啟用另一個安全輸出信號源，從而實(shí)現(xiàn)安全控制系統(tǒng)的正常工作。安全繼電器還擁有內(nèi)部自檢電路，可以檢查出繼電器內(nèi)部是否出現(xiàn)問題，這種自檢功能可以實(shí)現(xiàn)安全繼電器的可靠性。

3.2 可編程控制器

可編程控制器屬于一種較為復(fù)雜的處理器，也是最為常見的安全控制系統(tǒng)的邏輯中央。很多的可編程控制器企業(yè)設(shè)計(jì)了專門用于安全控制的型號，這種安全控制器與一般的可編程控制器有著一定的區(qū)別，就是當(dāng)一些處理器出現(xiàn)問題的時(shí)候，還有其他的處理器可以正常實(shí)現(xiàn)安全控制。目前的可編程控制器可以可靠性最強(qiáng)的就是三重冗余系統(tǒng)。當(dāng)傳感器將相關(guān)的信號收集到可編程控制器中，該控制器開始實(shí)施冗余控制，即多個處理器同時(shí)對相關(guān)信號進(jìn)行邏輯處理，然后將處理出來的指令存入相關(guān)的寄存器中，實(shí)現(xiàn)多通道的信號輸出，這些輸出信號進(jìn)行相互比較，當(dāng)出現(xiàn)不一致的時(shí)候，就認(rèn)為該控制器出現(xiàn)問題，需要進(jìn)行安全問題排除。這種控制器的速度在每毫秒千條指令，處理的速度驚人，可以有效滿足安全控制的響應(yīng)時(shí)間要求，同時(shí)該系統(tǒng)自檢能力也是較強(qiáng)，是最為常見的安全控制系統(tǒng)中的邏輯運(yùn)算裝置。

3.3 總線控制系統(tǒng)

這種控制主要將整個安全控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)成相對離散的系統(tǒng)，通過現(xiàn)場的數(shù)據(jù)總線進(jìn)行相互連接，這種系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)相對比較可靠的安全控制效果，因?yàn)樗矒碛写罅康娜哂嘣骷?，這些元器件的運(yùn)算速度也是比較快的，比較適合安全控制系統(tǒng)的要求。

4 安全控制系統(tǒng)在機(jī)械制造過程中的具體應(yīng)用案例分析

汽車生產(chǎn)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的流水化作業(yè)，需要加工的原件被吊裝在工位上，實(shí)現(xiàn)有效沖壓成型、焊接等工藝，在沖壓成型的工藝中，操作人員的安全威脅最大，一旦與機(jī)械配合不到位，將出現(xiàn)十分恐怖的安全事故，造成人員傷殘。在這一工藝流程中，機(jī)械制造系統(tǒng)中需要設(shè)計(jì)安全系數(shù)較高的安全控制系統(tǒng)，從而有效避免出現(xiàn)安全事故[3]。例如；緊急停止系統(tǒng)。這是一個十分重要的功能。當(dāng)出現(xiàn)一些錯誤的啟動機(jī)器的操作時(shí)，沒有按照這一安全系統(tǒng)的機(jī)械將出現(xiàn)重新啟動設(shè)備，這樣就可以造成人員事故，設(shè)計(jì)了這一安全緊停系統(tǒng)之后，系統(tǒng)檢測到切刀附近還有人手的時(shí)候，將立刻提出指令，機(jī)械將第一時(shí)間相應(yīng)實(shí)現(xiàn)緊停指令，從而避免出現(xiàn)人員事故。

5 結(jié)語

安全控制系統(tǒng)是保障機(jī)械制造過程中操作者安全的重要屏障。冗余設(shè)計(jì)理念可以實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的可靠性提升，從而保證整個安全控制系統(tǒng)正常工作。目前電子信息技術(shù)還在不斷發(fā)展，今后的安全控制系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)工作穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升，從而保證機(jī)械加工過程中人員安全。

參考文獻(xiàn)：

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