分析安全控制系統在機械制造中的作用

摘 要：世界上對機械安全性是否達到邏輯需求的界定在于其對安全性的掌握能力上，進而機械控制系統的優良也就是機械優良的風向標。文章中不僅對安全系統整體進行分析，還將對其系統進行深入的邏輯研究，具體研究，這對于機械制造行業尤為重要的安全性來講是重中之重。

關鍵詞：機械制造；控制系統；安全

引言

機械安全是指機械設備在使用說明書的要求下執行應有功能時不對機械本身產生危害或者對操作人員健康產生危害的能力。每一部機械設備都可能存在自己的問題，也會導致不同類別程度的危險。這樣就會發生工作事故，進而對操作機械人員造成不必要的傷害。如果我們能夠充分地提高在機械設備制造過程中的一些安全意識，我們所生產出來的產品可能安全性能會更加可靠。那么如何判斷一臺同標準正規的條件要求相一致，其重要的步驟就是要在機械設備的生產上與安全控制方面相著眼，系統能否安全穩定的運行與其精密合理的設計緊密相關，很顯然，系統性能的穩定可靠是對其進行正規標準合格的重要依據，因此文章主要就對以上的問題進行討論和說明。

1 安全控制系統

安全控制系統，簡單地說就是在機械運轉過程、或者在操作流程中間能夠為機械本身以及操作人員提供安全保障的裝置。如果機械在使用過程中，自身出現安全問題，或者由于人為因素而產生危險狀況的時候，安全控制系統可以很快地做出相應的應對并且能夠有效地控制機械自身裝置，為操作者提供保護。拿汽車來說，當由于汽車自身原因產生危險或者由于人為原因使汽車出現險情的時候，汽車的安全控制系統可以迅速準確地對突發情況給予反饋信息，并且能夠發出正確的信號，使險情中的車輛能夠及時停車，以免危險的發生或者事故的擴大。它包括了現場的安全信號，如安全進入信號、閥反饋信號、緊急停止信號、液位信號等。無論在機械制造領域還是在流程化工領域，安全控制系統是整個系統運轉中不可或缺的一部分。

在安全控制系統中，我們很容易發現，整個系統構成了一個鏈條結構，主要包括：輸入、邏輯和輸出裝置。比方說，傳感器屬于機械輸入裝置；控制器屬于邏輯分析控制裝置；而觸發裝置屬于機械輸出鏈條。出于安全信號控制力強弱的考量，我們以常用PLC、繼電器以及現場標準總線等等邏輯方面功能較為突出的控制元件，用以達到我們外在的需求。與此同時我們也要清楚的認識到這些元器件是不屬于任何一種安全系統及元件附屬的。安全控制問題一旦處理失當，就會給系統安全造成潛在的問題，常見的安全控制問題如下：輸入/輸出卡件硬件故障、處理器不規則、輸出元器件故障、信息反饋出差、輸入輸出回路故障等。如是類似一些安全隱患最終的后果就是安全失去應有保障，事故不期自來。這樣看來，尋求有效可靠的輸出信號源來完成安全控制系統的生產是必要的，如果真的遇到一些系統安全故障問題，可以及時的做出信息反饋，并且能夠迅速的發揮機械自身系統的補救功能，以此達到防患于未然或者減小事故嚴重程度的目的。安全控制系統的硬件主要采取了以下措施來達到安全要求：采用冗余性控制；采用多樣性控制；頻繁、可靠的檢測；程序CRC校驗；安全認證功能塊。

我們日常生活中可以見到的安全輸入設備主要有：緊急情況下的制動裝置，安全廣電設備，邏輯控制制動裝置主要有安全繼電器，安全PLC。

2 安全邏輯控制設備

2.1 安全繼電器

安全繼電器，是最簡單的安全邏輯控制元器件。其特點是采用了冗余的輸出控制和自我檢測的功能，實現了對輸出負載的可靠控制。

安全繼電器使用了兩個安全輸出接點，而迥異的兩個特殊繼電器通過串聯的形式構成了接觸點內部的控制機關，當其中一個安全繼電器發生安全隱患時，另外的一個繼電模塊還是可以完成接觸點斷開任務，與此同時，安全繼電器會進行自我內部調試檢測，這樣外部問題或危害一樣都不能被缺漏。

2.2 安全可編程控制器

為了滿足復雜、多樣、繁冗的控制要求，安全可編程控制器常常利用多種多樣的中央處理系統，甚至每種不同的中央處理系統的生產單位也不盡相同，這也正是安全PLC與普通PLC最基本的不同之處。如果機械內部出現了一部分中央處理系統失靈，那么其他的處理器仍然可以完成自我安全保護功能，剩余部分的處理器會馬上讓整個系統中的輸出系統停止運行，進而控制機械設備運行，自然的完成控制器的使命。不同的安全處理系統掌控著機械設備處理器的問題數量。

對于信號的采集、處理和輸出的過程，安全PLC都采用了冗余控制的方式。當信號進入PLC后，分別進入多個輸入寄存器，再通過對應的多個中央處理器的處理，最后進入多個輸出寄存器。這樣，安全PLC就構成了多個冗余的通道。整個過程之中，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。

輸入回路可以采用雙通道的方式，通過2條物理接線進入安全PLC。安全PLC也可以提供安全測試脈沖，用以檢測輸入通道中的故障。安全PLC的輸出內部電路也采用了冗余、多樣性的方式，對一個輸出節點進行安全可靠控制。安全PLC可以通過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。同時，安全PLC提供了內部檢測脈沖，以檢測內部故障。

安全PLC的掃描時間要求為每千條指令1ms以下。快速的中央處理功能不僅可以達到緊急停車的要求，同時能夠以較短的時間完成整套系統的安全功能自檢。

在軟件方面，安全PLC必須有可靠的編程環境、校驗手段，以保證安全。這主要可以通過規范安全功能編程來實現。如Pilz的安全PLC，提供了通過認證的MBS安全標準功能塊，以幫助編程人員進行合理的、安全的編程。這些安全功能塊經過加密，不能夠修改。我們只需要在功能塊的輸入和輸出部分填入相應的地址、參數和中間變量，即可以完成對安全功能的編程。這些MBS功能塊涵蓋了機械制造領域及流程化工領域的安全功能控制。

2.3 安全總線控制系統

安全現場總線系統是以安全PLC、安全輸入輸出模塊、安全總線構成一套離散式控制系統。硬件和通訊的安全可靠是安全總線控制系統的可靠性判斷依據。在硬件上，安全總線系統的模塊都采用了冗余、高速的可靠元器件。

3 結束語

相對靜止的機械安全控制系統起到安全監控的作用。系統在安全運行期間，控制系統沒有應變反應，而一旦系統運行過程中產生故障等，控制系統就會進行具體的應變。通常是失去系統控制能力并且以邏輯為依托進行安全控制，這就使系統的安全性和穩定性得到了保障。也因此，邏輯控制元件的地位也就顯得舉足輕重了。不同的配置方式也能適應不同的應用模式。

參考文獻

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