Pilz安全控制模塊在汽車制造中的應(yīng)用

眾所周知，現(xiàn)代汽車的制造分為沖壓、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生產(chǎn)的五個(gè)密不可分的生產(chǎn)流程。國(guó)內(nèi)外的汽車制造商歷來(lái)重視汽車制造過(guò)程中的安全與保護(hù)。隨著產(chǎn)能的不斷提升，廠商對(duì)設(shè)備自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，機(jī)器和設(shè)備也越來(lái)越復(fù)雜、速度也越來(lái)越快。因此，廠商對(duì)這些機(jī)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(hù)性。這就對(duì)安全元器件的正確和合理的設(shè)計(jì)和選擇提出了一定的要求。

為何在安全控制系統(tǒng)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(tǒng)必須提供一種高度可靠的安全保護(hù)手段，最大限度地避免機(jī)器的不安全狀態(tài)、保護(hù)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(tǒng)在開(kāi)車、停車、出現(xiàn)工藝擾動(dòng)以及正常維護(hù)操作期間對(duì)機(jī)器設(shè)備提供安全保護(hù)。一旦當(dāng)機(jī)器設(shè)備本身出現(xiàn)危險(xiǎn)，或由于人為原因而導(dǎo)致危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)立即做出反應(yīng)并輸出正確信號(hào)，使機(jī)器安全停車，以阻止危險(xiǎn)的發(fā)生或事故的擴(kuò)散。

一套安全控制系統(tǒng)，由安全輸入信號(hào)（即安全功能，如緊急停止信號(hào)、安全門信號(hào)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(guó)內(nèi)不少具有安全要求的機(jī)器中，普通的繼電器或者PLC被廣泛地作為控制模塊，對(duì)安全功能進(jìn)行監(jiān)控。從表面看來(lái)，這樣的機(jī)器在一定條件下也能夠保證安全性。但是，當(dāng)普通的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界原因?qū)е鹿δ苁r(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(hù)功能，引發(fā)事故。

而對(duì)于安全控制模塊，由于其采用冗余、多樣的結(jié)構(gòu)，加之以自我檢測(cè)和監(jiān)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(cè)出來(lái)。從而在最大程度上保證了整個(gè)安全控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保護(hù)了人和機(jī)器的安全。

汽車制造行業(yè)的安全要求

汽車制造行業(yè)需要運(yùn)用到各種各樣的設(shè)備和技術(shù)，包括有數(shù)控機(jī)床、沖壓設(shè)備、機(jī)器人控制、傳送和傳輸裝置等。這些設(shè)備根據(jù)不同應(yīng)用和其本身的風(fēng)險(xiǎn)程度，有著不同的安全要求。通常，我們可以參照以下歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)：

?EN 1050-1996 機(jī)械安全 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
?EN 292－1：1991 機(jī)器安全 基本概念與設(shè)計(jì)通則
?EN 954-1 機(jī)械安全 控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件 第1部分 設(shè)計(jì)通則
?EN/IEC 60204 機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備
?EN/ISO 13894 機(jī)械的安全 控制系統(tǒng)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(tǒng)的功能安全
?EN 418 緊急制動(dòng)設(shè)備
?EN 1088 與保護(hù)裝置有關(guān)的連鎖裝置 設(shè)計(jì)和選擇原則
?EN 12415 機(jī)床 安全 小型數(shù)控車床和車削中心
?EN 12417 機(jī)床 安全 加工中心
?EN 12478 機(jī)床 安全 大型數(shù)控車床和車削中心
?EN 692：1996 機(jī)械壓力機(jī)安全
?EN 693：2000 機(jī)床安全 液壓機(jī)
?EN 1550：1997 機(jī)床安全 工件夾緊用卡盤設(shè)計(jì)和制造的安全要求

這些標(biāo)準(zhǔn)中，我們現(xiàn)在比較常用的有EN 954-1(此標(biāo)準(zhǔn)將被 EN ISO 13849替代)。其中以下的圖表常被用于機(jī)械的等級(jí)判斷。

EN 954-1中的等級(jí)分為B、1、2、3、4，分別由低到高。我們以沖壓車間中的壓機(jī)設(shè)備為例，經(jīng)過(guò)分析，由于壓機(jī)滑塊會(huì)對(duì)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(jī)之下進(jìn)行加工，連續(xù)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(xiǎn)，所以我們選擇F2；而滑塊下落的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人員反應(yīng)和動(dòng)作的時(shí)間，即為人員幾乎不可能避免此危險(xiǎn)，所以我們選擇P2。根據(jù)圖表，對(duì)于壓機(jī)的工作區(qū)域，我們可以得到其安全等級(jí)要求為4級(jí)。沖壓車間為所有車間之中最為危險(xiǎn)、安全等級(jí)最高的一個(gè)生產(chǎn)區(qū)域。對(duì)于油漆、總裝、車身和動(dòng)力車間，則需要根據(jù)不同的設(shè)備、加工區(qū)域、傳送流程進(jìn)行各自的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和等級(jí)劃分。

安全控制模塊在汽車制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

在確定了設(shè)備的安全等級(jí)之后，相應(yīng)安全區(qū)域的安全控制電氣回路也必須達(dá)到與之對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)。在整個(gè)安全控制電氣系統(tǒng)中，安全控制模塊最為復(fù)雜。因?yàn)榘踩刂颇K，既要采集安全輸入信號(hào)，并且根據(jù)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(xiàn)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(cè)安全輸入信號(hào)和被控輸出元件的故障，并及時(shí)做出合理的反應(yīng)。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、安全總線系統(tǒng)。

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(tǒng)。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(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(cè)出故障通道。