浅谈机械制造系统中的安全控制系统

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摘要：安全控制系统是静态型系统之一，其监控系统中的安全相关的参数。当系统正常运作时，安全控制系统处于静态不作响应。但是当系统出现异常或触发了相关安全信号，为了维护整个系统的安全，安全控制系统便会立即占有系统的控制权，依据其内部逻辑对输出设备实施安全控制。逻辑控制元器件是安全控制系统中决定整个安全控制系统运行质量、安全等级及设计成本的主要因素之一。本篇文章主要分析了机械制造系统中的安全控制系统及其相关问题。

关键词：机械制造系统；安全控制；安全继电器；可编程控制器

中图分类号：TD406文献标识码： A 文章编号：

引言

机械安全是指机械设备在使用说明书的要求下执行应有功能时不对机械本身产生危害或者对操作人员健康产生危害的能力。每一部机械设备都可能存在自己的问题，也会导致不同类别程度的危险。这样就会发生工作事故，进而对操作机械人员造成不必要的伤害。如果我们能够充分地提高在机械设备制造过程中的一些安全意识，我们所生产出来的产品可能安全性能会更加可靠。那么如何判断一台同标准正规的条件要求相一致，其重要的步骤就是要在机械设备的生产上与安全控制方面相着眼，系统能否安全稳定的运行与其精密合理的设计紧密相关，很显然，系统性能的稳定可靠是对其进行正规标准合格的重要依据。

一、安全控制系统概述

安全控制系统，简单地说就是在机械运转过程、或者在操作流程中间能够为机械本身以及操作人员提供安全保障的装置。如果机械在使用过程中，自身出现安全问题，或者由于人为因素而产生危险状况的时候，安全控制系统可以很快地做出相应的应对并且能够有效地控制机械自身装置，为操作者提供保护。拿汽车来说，当由于汽车自身原因产生危险或者由于人为原因使汽车出现险情的时候，汽车的安全控制系统可以迅速准确地对突况给予反馈信息，并且能够发出正确的信号，使险情中的车辆能够及时停车，以免危险的发生或者事故的扩大。它包括了现场的安全信号，如安全进入信号、阀反馈信号、紧急停止信号、液位信号等。无论在机械制造领域还是在流程化工领域，安全控制系统是整个系统运转中不可或缺的一部分。

二、安全控制问题

在安全控制系统中，我们很容易发现，整个系统构成了一个链条结构，主要包括：输入、逻辑和输出装置。比方说，传感器属于机械输入装置；控制器属于逻辑分析控制装置；而触发装置属于机械输出链条。出于安全信号控制力强弱的考量，我们以常用 PLC、继电器以及现场标准总线等等逻辑方面功能较为突出的控制元件，用以达到我们外在的需求。与此同时我们也要清楚的认识到这些元器件是不属于任何一种安全系统及元件附属的。安全控制问题一旦处理失当，就会给系统安全造成潜在的问题。

常见的安全控制问题如下：输入/输出卡件硬件故障、处理器不规则、输出元器件故障、信息反馈出差、输入输出回路故障等。如是类似一些安全隐患最终的后果就是安全失去应有保障，事故不期自来。这样看来，寻求有效可靠的输出信号源来完成安全控制系统的生产是必要的，如果真的遇到一些系统安全故障问题，可以及时的做出信息反馈，并且能够迅速的发挥机械自身系统的补救功能，以此达到防患于未然或者减小事故严重程度的目的。安全控制系统的硬件主要采取了以下措施来达到安全要求：采用冗余性控制；采用多样性控制;频繁、可靠的检测；程序CRC 校验；安全认证功能块。

三、安全逻辑控制设备

在日常工作生活中我们能够看到的安全输入设备大体有：安全广电设备，紧急情况下的制动装置；常见的逻辑控制制动装置包括安全 PLC，安全继电器。

(一)安全继电器

安全继电器，是最简单的安全逻辑控制元器件。其特点是采用了冗余的输出控制和自我检测的功能，实现了对输出负载的可靠控制。安全继电器使用了两个安全输出接点，而迥异的两个特殊继电器通过串联的形式构成了接触点内部的控制机关，当其中一个安全继电器发生安全隐患时，另外的一个继电模块还是可以完成接触点断开任务，与此同时，安全继电器会进行自我内部调试检测，这样外部问题或危害一样都不能被缺漏。

(二)安全可编程控制器

为了满足复杂、多样、繁冗的控制要求，安全可编程控制器常常利用多种多样的中央处理系统，甚至每种不同的中央处理系统的生产单位也不尽相同，这也正是安全PLC与普通PLC最基本的不同之处。如果机械内部出现了一部分中央处理系统失灵，那么其他的处理器仍然可以完成自我安全保护功能，剩余部分的处理器会马上让整个系统中的输出系统停止运行，进而控制机械设备运行，自然的完成控制器的使命。不同的安全处理系统掌控着机械设备处理器的问题数量。

安全PLC使用冗余控制的方式进行信号的采集、处理和输出。为了使安全PLC构成了多个冗余的通道，信号一旦进入PLC，便会被分别导入多个输入寄存器，然后经过与之对应的数个中央处理器的处理，最终进入数个输出寄存器。在整个处理过程中，处理结果、信号状态等在通过安全PLC内部的暂存装置时互相间进行对比。若是对比结果有异，也可以依据各自的系统特性，将故障检测出来或进入故障安全状态。

输入回路也能通过两条物理接线，使用双通道的方式进入安全PLC。当检测输入通道中的故障时，也可以使用安全PLC提供的安全测试脉冲。安全PLC的输出内部电路同样使用多样性、冗余的方式，对每个输出节点实施安全可靠控制。安全PLC可以使用切断集电极电源和切断基极信号两种不同的方式手段，把原为1的输出信号转变为0。这样一来，当其中的一种方式出现故障时，余下的那个方式任然能够执行安全功能。安全PLC为检验内部故障提供了内部检测脉冲。安全PLC要求每千条指令在1ms以下扫描时间。高速的中央处理功能不但能够满足紧急停车的要求，同时还可以在最短的时间完成对整套系统的安全功能自检。

在软件方面为保证安全，安全PLC一定要有可信的校验手段以及编程环境，为实现这点就需要我们规范安全功能的编程。例如Pilz的安全PLC，它提供的是经过识别的MBS 安全标准功能块，可以协助编程人员开展安全的、合理的编程。这样的安全功能块往往是经过加密的，无法修改。若想完成对安全功能的编程，我们直接在功能块的输入与输出部分填入与之相应的参数、地址及中间变量即可。可以说整个流程化工领域和机械制造领域的安全功能控制，都被这些MBS功能块所涵盖。

(三)安全总线控制系统

安全现场总线系统是以安全总线、安全输入输出模块、安全PLC形成一套离散式的控制系统。硬件和通讯的安全可靠是安全总线控制系统的可信性判断依据。硬件设施上，安全总线系统的模块都在运用高速、冗余的可靠元器件。

结束语：

逻辑控制设备是整个安全控制系统中最重要的一部分。它需要接收安全信号，进行逻辑分析，可靠的进行安全输出控制。现代自动化安全控制领域中，安全系统的控制元器件有安全继电器、安全 PLC 和安全总线控制系统。系统在安全运行期间，相对静止的机械安全控制系统起到安全监控的作用，控制系统没有应变反应，而一旦系统运行过程中产生故障等，控制系统就会进行具体的应变。通常是失去系统控制能力并且以逻辑为依托进行安全控制，这就使系统的安全性和稳定性得到了保障。因此，逻辑控制元件的地位也就显得举足轻重了。

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