談機械制造系統中的安全控制系統

摘 要：機械制造過程可能出現一些安全性的問題，威脅到操作人員的生命安全，因此需要有效構建現代機械制造系統中的安全控制系統，從而提升機械制造過程的安全性。本文重點分析了安全控制系統的相關概念，探討了該系統重點元器件的常用設備，以汽車沖壓加工為例，分析了安全控制系統的具體應用。

關鍵詞：機械制造；安全控制；系統；繼電器；可編程控制器

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

1 引言

隨著現代工業生產自動化程度的加快，更多的機械加工過程中可能出現一些安全事故，威脅到操作者的使用安全，因此在制造系統中設計更多的安全保障措施，這些安全保障措施需要有相關的控制系統來實現控制。當出現違反安全操作的行為或者苗頭的時候，安控制系統第一時間做出反應，停止機器，避免造成安全事故。

2 機械制造的安全控制系統概念分析

2.1 基本概念

安全控制系統主要針對機械制造設備中的一些安全隱患設計相關的安全保障措施，實現一種自動化的控制，一旦出現安全事故隱患，安全控制系統就停止機械的所有動作，從而降低安全事故的后果，安全控制響應時間是其性能好壞的重要指標，因為第一時間響應降低安全事故造成后果的嚴重程度。因此設計者在設計安全控制系統的時候，將安全響應時間作為最為重要的設計因素去考慮[1]。

2.2 組成

安全控制系統主要有三個方面的組成，實現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械制造設備中的一些關鍵環節、可能出現安全事故的部件上設置相關的傳感器，可能是光學傳感器、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安全事故的危險，將這種可能出現的危險通過傳感器傳遞到安全控制系統的邏輯判斷中樞。所謂的邏輯判斷就是在安全控制系統中有一個進行安全邏輯判斷的設備，它可以實現對傳感器接受的信號進行安全事故判斷，當沒有安全威脅的時候，可以輸出安全信號，當出現安全威脅的時候，第一時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指令信號傳輸到相關的裝置上，當沒有安全威脅的時候，為空指令，機械制造系統進行正常工作，當出現安全威脅的時候，輸出相關的停止指令，實現機械制造系統的第一時間停止工作。

2.3 安全控制系統的可靠性

安全控制系統是對機械設備的安全作業做出及時響應的，因此機械設備的安全事故可以有效反應出來，但是安全控制系統也是一種機械設備，在長期工作之中也可能出現可靠性問題，造成安全事故的誤判斷，最終影響機械設備的生產。常見的安全控制系統的問題為：信號傳輸的問題，邏輯判斷沒有按程序執行等。在設計中，我們需要提高安全控制系統的可靠性，因為這是機械安全生產的最終保障。

3 安全控制系統的邏輯運算設備

整個安全控制系統中，做出邏輯判斷的設備是最為關鍵、核心的裝置，對輸入來的信息（機械制造設備的安全性）進行邏輯判斷，同時還發出相關的指令，對機械設備的工作做出相關的動作（繼續動作或者停止工作）。目前，國內機械設備中的安全控制系統的核心邏輯運算設備有：安全繼電器、可編程控制器、總線控制系統[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，更加準確的輸出相關信號。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。這樣就可以實現有效備份輸出控制信號，當一個安全輸出源出現問題之后，可以啟用另一個安全輸出信號源，從而實現安全控制系統的正常工作。安全繼電器還擁有內部自檢電路，可以檢查出繼電器內部是否出現問題，這種自檢功能可以實現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雜的處理器，也是最為常見的安全控制系統的邏輯中央。很多的可編程控制器企業設計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別，就是當一些處理器出現問題的時候，還有其他的處理器可以正常實現安全控制。目前的可編程控制器可以可靠性最強的就是三重冗余系統。當傳感器將相關的信號收集到可編程控制器中，該控制器開始實施冗余控制，即多個處理器同時對相關信號進行邏輯處理，然后將處理出來的指令存入相關的寄存器中，實現多通道的信號輸出，這些輸出信號進行相互比較，當出現不一致的時候，就認為該控制器出現問題，需要進行安全問題排除。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時間要求，同時該系統自檢能力也是較強，是最為常見的安全控制系統中的邏輯運算裝置。

3.3 總線控制系統

這種控制主要將整個安全控制系統設計成相對離散的系統，通過現場的數據總線進行相互連接，這種系統也可以實現相對比較可靠的安全控制效果，因為它也擁有大量的冗余元器件，這些元器件的運算速度也是比較快的，比較適合安全控制系統的要求。

4 安全控制系統在機械制造過程中的具體應用案例分析

汽車生產已經實現的流水化作業，需要加工的原件被吊裝在工位上，實現有效沖壓成型、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，一旦與機械配合不到位，將出現十分恐怖的安全事故，造成人員傷殘。在這一工藝流程中，機械制造系統中需要設計安全系數較高的安全控制系統，從而有效避免出現安全事故[3]。例如；緊急停止系統。這是一個十分重要的功能。當出現一些錯誤的啟動機器的操作時，沒有按照這一安全系統的機械將出現重新啟動設備，這樣就可以造成人員事故，設計了這一安全緊停系統之后，系統檢測到切刀附近還有人手的時候，將立刻提出指令，機械將第一時間相應實現緊停指令，從而避免出現人員事故。

5 結語

安全控制系統是保障機械制造過程中操作者安全的重要屏障。冗余設計理念可以實現該系統的可靠性提升，從而保證整個安全控制系統正常工作。目前電子信息技術還在不斷發展，今后的安全控制系統將實現工作穩定性的進一步提升，從而保證機械加工過程中人員安全。

參考文獻：

[1]馮帥帥.談機械制造系統中的安全控制系統[J].中小企業管理與科技（中旬刊），2016，18（02）：124-125.

[2]萬龍文.對機械制造中安全控制系統有關問題的探究[J].黑龍江科技信息，2015，18（03）：111-112.

[3]房超.車間管理系統安全技術的研究與開發[D].中國科學院研究生院（沈陽計算技術研究所），2015（04）：27-28.