Pilz安全控制模塊在汽車(chē)制造中的應用

眾所周知，現代汽車(chē)的制造分為沖壓、焊裝、涂裝和總裝四大工藝，再加上動(dòng)力總成就組成了整車(chē)生產(chǎn)的五個(gè)密不可分的生產(chǎn)流程。國內外的汽車(chē)制造商歷來(lái)重視汽車(chē)制造過(guò)程中的安全與保護。隨著(zhù)產(chǎn)能的不斷提升，廠(chǎng)商對設備自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，機器和設備也越來(lái)越復雜、速度也越來(lái)越快。因此，廠(chǎng)商對這些機器的安全要求也越來(lái)越高。我們既要能夠保證安全、可靠性，又要保證靈活、易維護性。這就對安全元器件的正確和合理的設計和選擇提出了一定的要求。

為何在安全控制系統中，需要使用特殊的安全控制模塊來(lái)控制安全功能

安全控制系統必須提供一種高度可靠的安全保護手段，最大限度地避免機器的不安全狀態(tài)、保護生產(chǎn)裝置和人身安全，防止惡性事故的發(fā)生、減少損失。該系統在開(kāi)車(chē)、停車(chē)、出現工藝擾動(dòng)以及正常維護操作期間對機器設備提供安全保護。一旦當機器設備本身出現危險，或由于人為原因而導致危險時(shí)，系統立即做出反應并輸出正確信號，使機器安全停車(chē)，以阻止危險的發(fā)生或事故的擴散。

一套安全控制系統，由安全輸入信號（即安全功能，如緊急停止信號、安全門(mén)信號等）、安全控制模塊（如安全繼電器、安全PLC）、和被控輸出元件（如主接觸器、閥等）三部分組成。

在國內不少具有安全要求的機器中，普通的繼電器或者PLC被廣泛地作為控制模塊，對安全功能進(jìn)行監控。從表面看來(lái)，這樣的機器在一定條件下也能夠保證安全性。但是，當普通的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界原因導致功能失效時(shí)（如觸點(diǎn)熔焊、電氣短路、處理器紊亂等故障），就會(huì )丟失安全保護功能，引發(fā)事故。

而對于安全控制模塊，由于其采用冗余、多樣的結構，加之以自我檢測和監控、可靠電氣元件、反饋回路等安全措施，保證在本身缺陷或外部故障的情況下，依然能夠保證安全功能，并且可以及時(shí)的將故障檢測出來(lái)。從而在最大程度上保證了整個(gè)安全控制系統的正常運行，保護了人和機器的安全。

汽車(chē)制造行業(yè)的安全要求

汽車(chē)制造行業(yè)需要運用到各種各樣的設備和技術(shù)，包括有數控機床、沖壓設備、機器人控制、傳送和傳輸裝置等。這些設備根據不同應用和其本身的風(fēng)險程度，有著(zhù)不同的安全要求。通常，我們可以參照以下歐洲標準進(jìn)行設備的設計：

?EN 1050-1996 機械安全 風(fēng)險評價(jià)
?EN 292－1：1991 機器安全 基本概念與設計通則
?EN 954-1 機械安全 控制系統有關(guān)安全部件 第1部分 設計通則
?EN/IEC 60204 機械安全 機械電氣設備
?EN/ISO 13894 機械的安全 控制系統有關(guān)的安全部件
?EN/IEC 61508 主要涵蓋了電氣/電子/可編程電子系統的功能安全
?EN 418 緊急制動(dòng)設備
?EN 1088 與保護裝置有關(guān)的連鎖裝置 設計和選擇原則
?EN 12415 機床 安全 小型數控車(chē)床和車(chē)削中心
?EN 12417 機床 安全 加工中心
?EN 12478 機床 安全 大型數控車(chē)床和車(chē)削中心
?EN 692：1996 機械壓力機安全
?EN 693：2000 機床安全 液壓機
?EN 1550：1997 機床安全 工件夾緊用卡盤(pán)設計和制造的安全要求

這些標準中，我們現在比較常用的有EN 954-1(此標準將被 EN ISO 13849替代)。其中以下的圖表常被用于機械的等級判斷。

EN 954-1中的等級分為B、1、2、3、4，分別由低到高。我們以沖壓車(chē)間中的壓機設備為例，經(jīng)過(guò)分析，由于壓機滑塊會(huì )對人員造成重傷或死亡的危害，我們選擇S2；工作人員需要將加工件放入壓機之下進(jìn)行加工，連續工作12小時(shí)。也就是說(shuō)操作人員需要經(jīng)常面臨此危險，所以我們選擇F2；而滑塊下落的時(shí)間遠遠低于人員反應和動(dòng)作的時(shí)間，即為人員幾乎不可能避免此危險，所以我們選擇P2。根據圖表，對于壓機的工作區域，我們可以得到其安全等級要求為4級。沖壓車(chē)間為所有車(chē)間之中最為危險、安全等級最高的一個(gè)生產(chǎn)區域。對于油漆、總裝、車(chē)身和動(dòng)力車(chē)間，則需要根據不同的設備、加工區域、傳送流程進(jìn)行各自的風(fēng)險評估和等級劃分。

安全控制模塊在汽車(chē)制造領(lǐng)域中的應用

在確定了設備的安全等級之后，相應安全區域的安全控制電氣回路也必須達到與之對應的安全等級。在整個(gè)安全控制電氣系統中，安全控制模塊最為復雜。因為安全控制模塊，既要采集安全輸入信號，并且根據邏輯要求，進(jìn)行安全的輸出控制。安全控制模塊不但在自身出現缺陷的情況下依然要能夠保持高安全可靠性，同時(shí)也要能夠檢測安全輸入信號和被控輸出元件的故障，并及時(shí)做出合理的反應。在安全控制領(lǐng)域，常用的安全控制模塊有安全繼電器、安全可編程控制器、安全總線(xiàn)系統。

Pilz緊湊型安全繼電器PNOZ X、elog和Sigma系列可以用于控制單一安全功能，適用于小型的安全控制系統。其安全輸出通常有繼電器觸點(diǎn)輸出或晶體管輸出。無(wú)論采用何種形式的輸出結構，安全繼電器都能夠保證至少2個(gè)通道進(jìn)行輸出的控制。在一個(gè)輸出通道出現故障的情況下，另外一個(gè)冗余的通道依然能夠保證安全繼電器的安全功能，并且及時(shí)檢測出故障通道。