浅谈机械制造中的安全控制

崔 璐 单丹阳

（1.沈阳市日天工业装备工程有限公司，辽宁 沈阳 110032；2.沈阳东大兴科冶金技术有限公司，辽宁 沈阳 110004）

1 安全控制系统的基本概念与组成

当在操作机械设备进行工业生产时会产生因操作失误或工厂装置本身出现故障时，安全控制系统中的输入设备就会检测到诸如电压、液压之类信息的变化，这些信息会反馈给逻辑控制设备，逻辑控制设备会将这些信息与标准信号进行比对判断然后作用于诸如继电器之类的可以根据不同信号进行不同动作的机构。从而采取切断电源等安全措施保护工人的安全。说到这大家也许还一头雾水，说了这么多到底什么叫自动控制系统呢？所谓安全控制系统是在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护、操作期间对生产装置提供安全保护。从上文大家不难看出安全控制系统主要包括输入设备、逻辑控制设备和输出设备组成。

2 安全控制系统的输入与输出环节

安全控制系统的输入设备包括紧急停止设备、安全进入装置（安全门快关或连锁装置）、安全光电设备（安全光幕、安全光栅、安全扫描仪）等这些设备的功能大多是依靠各种传感器实现的所以也可以说安全控制系统的输入环节信息的采集是依靠传感器实现的。相比与输入环节，输出环节则采用普通继电器、普通PLC、标准现场总线或DCS等逻辑控制元器件从表面上达到我们所需要的输出信号。但是由于制作工艺、使用时间较长等原因在输出环节所采用的装置都会存在一定的安全隐患诸如处理器不规则、输入/输出卡件硬件故障、输入回路故障（比如短路、触点融焊）、输出元器件故障（如触点融焊）、输出回路故障（如短路、断路）、通讯错误等。这些隐患的存在将会对整个安全控制系统产生致命的影响从而影响整个机械设备的安全性。那么我们怎么保证在安全控制系统的各个环节中的硬件的安全要求呢？在工业生产中多采用以下两种措施来保证硬件的安全性：（1）采用冗余性控制；（2）采用多样性控制。作为机械设备的安全控制系统必须保证能够可靠地控制安全输入信号，当输入信号出现错误或信号发生变化时，立即做出反应并输出正确的信号使机器及时切断电源安全停车，防患于未然或在危险发生后能防止事故的扩散避免其产生更大的影响。

输入和输出环节在安全控制系统中扮演者十分重要的角色，能否及时的发现问题并报告给逻辑控制环节，而当逻辑控制环节发出指令后输出设备能否迅速响应也影响着安全控制的可靠性。当输入与输出都能快速的做出响应时，整个控制系统的中枢即逻辑控制设备就显示出了其举足轻重的作用，下面我们来讨论安全控制系统中的安全逻辑控制设备。

3 安全控制系统的中枢——逻辑控制设备

安全可编程控制器即安全PLC，安全PLC相比于普通PLC的优点在于安全PLC采用了多套来自不同生产商的中央处理器，这样在处理信息时如果有处理器出现故障那么就会有其他的处理器代替故障处理器进行工作，由于不同的的处理器来自不同的厂家这就保证了相同的环境下不同的处理器出现故障的概率不同。而当出现故障的处理器达到一定数量时，会切断所有安全输出时系统停机。在不同的系统下导致系统停机的故障处理器的个数是不同的，正是由于这些不同的存在也为不同机械设备处理不同的故障情况提供了选择。对于安全PLC的冗余控制我们可以用三个“多”字来概括。首先，在信号采集时信号被送到多个输入寄存器，输入回路通过2条物理线接入安全PLC即通常所说的双通道方式。借助于安全PLC内部所提供的安全测试脉冲，系统可以检测输入通道中的故障。其次在信号处理时这些信号又被送入多个中央处理器，最后这些信号又被送入多个输出寄存器，安全PLC的输出内部电路采用了冗余多样性的方式，对一个输出节点进行安全可靠的控制，提供了多重保障。同时安全PLC通过2种不同的手段，即切断基极信号和切断集电极电源两种不同的方式，将输出信号由1转变为0。无论那种方式出现故障，另外一种方式依然完好的执行安全功能。同样在输出电路内部检测脉冲也在不断进行自检。这样，PLC不断的自检同时依托于多个冗余通道，保证了整个系统的安全性和可靠性。不仅如此安全PLC的扫描时间非常短，通常为每千条指令在1ms的时间内产生。非常快的运算速度达到了紧急停车的要求，同时又能以及其短的时间完成自我检测和各种信息的比对。这对安全系统的可靠性有很大的意义。整个过程中，信号状态、处理结果等可以通过安全PLC内部的暂存装置进行相互比较，如果出现不一致，则可以根据不同的系统特性进入故障安全状态或将故障检测出来，这就充分显示了冗余系统的好处，可以说是宁滥勿缺。所以，整个冗余控制看似麻烦实际上却有着十分重要的意义。

上述我们从理论层面对安全PLC的控制原理进行了阐述，那么在实际的工业生产中我们是如何通过一个个的电子元件来实现如此复杂的功能的呢？要实现上述复杂的功能必须要通过编程来实现，而编程必须要可靠地编程环境同时也要求适当的检验手段来保证安全。现阶段的PLC编程大多是通过模块化的打包的。这些功能模块只能运用不能修改，我们只需要在需要修改的参数上输入合适的输入输出变量就能完成对安全功能的编程，这样的措施充分规范了安全功能编程。

最简单的安全逻辑元器件——安全继电器，相比于安全PLC安全继电器只采用了冗余的控制输出和自我检测的功能，虽然不如安全PLC可靠但也能充分保证对输出斧子的可靠控制。安全继电器的冗余输出控制是通过其存在的两个安全输出触点来实现的，这两个安全输出触点在内部是由来自2个不同的特殊继电器K1和K2的常开触点串连而组成。当K1出现故障的时候，K2依然可以实现安全触点断开的功能。

结语

安全控制系统在机器正常运行时保持缄默，而当机器出现些许异常时它就能最快感知，依托于各种冗余控制和自检装置能够准确的做出的判断。三个模块间密切配合对机械设备的操作者的安全性提供可靠地保障。在整个控制系统中逻辑控制元件是最重要的一环它关系到整个系统能否正常运作，而输入输出部分也必须通过冗余的检测来保证其可靠性。总而言之作为保证机械安全性的安全控制系统其自身必须要有高度的可靠性。

[1]李大鑫，张秀棉.模具技术现状与发展趋势综述[J].模具制造，2005（2）.

[2]赵昌盛，朱邦全.我国模具材料的应用发展[J].模具制造，2004（11）.