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機(jī)械開(kāi)關(guān)

安全門(mén)上安裝的獨(dú)立開(kāi)關(guān)是否需要機(jī)械冗余？

針對(duì)單通道機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械開(kāi)關(guān)（簧片開(kāi)關(guān)或滾輪開(kāi)關(guān)等），應(yīng)確認(rèn)其技術(shù)文檔是否有關(guān)于機(jī)械性能保證的描述。當(dāng)存在雙通道電氣元件時(shí)，這一點(diǎn)尤為重要。

如果沒(méi)有制造商的明確確認(rèn)，那么這些開(kāi)關(guān)機(jī)械部分的故障排除應(yīng)由用戶(hù)來(lái)證明。需要知道的是，這通常是很難實(shí)現(xiàn)的，比如，磨損、振動(dòng)、腐蝕或不適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力對(duì)設(shè)備的影響就很難評(píng)估。要想達(dá)到PLd或PLe，必須同時(shí)安裝兩個(gè)機(jī)械門(mén)開(kāi)關(guān)。

圖1 需主動(dòng)干預(yù)的生產(chǎn)區(qū)域監(jiān)控

非接觸式開(kāi)關(guān)

對(duì)于磁性開(kāi)關(guān)和RFID接近開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，其設(shè)計(jì)原則是：?jiǎn)为?dú)的機(jī)械故障不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)安全功能的丟失，安裝一個(gè)雙通道磁性開(kāi)關(guān)或者一個(gè)帶有冗余OSSD輸出的RFID開(kāi)關(guān)就能達(dá)到PLd或PLe。

使用磁性開(kāi)關(guān)（帶勵(lì)磁觸點(diǎn)）時(shí)，如果同時(shí)使用一對(duì)開(kāi)關(guān)和安全繼電器，而兩者之間的相互適用性沒(méi)有經(jīng)過(guò)制造商的檢驗(yàn)。那么使用者必須確保開(kāi)關(guān)內(nèi)的峰值電流不會(huì)造成繼電器等電器單元的過(guò)早磨損。

假設(shè)安全電路發(fā)生的最大峰值電流為Is，開(kāi)關(guān)允許的峰值電流為Ismax，所有串聯(lián)開(kāi)關(guān)的允許峰值電流的最小值必須大于或等于Is。

RSmin(i)：開(kāi)關(guān)i最小的內(nèi)部阻抗

ISmax：開(kāi)關(guān)i允許的最大峰值電流

UPmax：最大電壓

RPmin：安全繼電器的最小內(nèi)部阻抗

Is：最大的切換電流

而機(jī)械開(kāi)關(guān)和OSSD輸出的開(kāi)關(guān)不會(huì)發(fā)生過(guò)早磨損的問(wèn)題，因?yàn)樗鼈兊哪p主要取決于平均電流和熱性能。

主動(dòng)型的光電保護(hù)設(shè)備

主動(dòng)型的光電保護(hù)設(shè)備包括光柵、激光掃描儀、安全照相系統(tǒng)和壓敏地毯等。

光柵：在需要主動(dòng)干預(yù)的生產(chǎn)過(guò)程，光柵為設(shè)備和機(jī)械進(jìn)行最佳保護(hù)，提供符合EN/IEC 61496-1的手指、手部或身體保護(hù)功能。

激光掃描儀：激光光束掃描需要監(jiān)控的區(qū)域，如果光束被異物反射，掃描儀檢測(cè)到異常，將中斷危險(xiǎn)的動(dòng)作。通常激光掃描儀只能覆蓋比較小的區(qū)域，如果保護(hù)區(qū)域比較大，可增加第二臺(tái)激光掃描儀以水平或者一定的角度安裝，防止對(duì)第一臺(tái)掃描儀的后方入侵。

安全照相系統(tǒng)：目前行業(yè)內(nèi)最新的發(fā)展是安全照相系統(tǒng)，可自由配置保護(hù)區(qū)大小，相對(duì)于簡(jiǎn)單的傳感器，它們可以記錄并分析整個(gè)監(jiān)控區(qū)域的詳細(xì)信息，安全監(jiān)控有潛在危險(xiǎn)的工作過(guò)程，保護(hù)員工和機(jī)器。

壓敏地毯：許多壓敏地毯基于常開(kāi)的工作原理，需要使用特殊的評(píng)估設(shè)備，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并確保故障檢測(cè)。市場(chǎng)上也有按照常閉原理工作的地毯，一般應(yīng)用在安全級(jí)別較低以及電氣負(fù)載較低的場(chǎng)合，這種類(lèi)型的安全地毯可以直接激活負(fù)載接觸器。

雙手控制設(shè)備：在工作站上應(yīng)用雙手控制設(shè)備，使操作者的雙手處于占用狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，雙手就會(huì)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)。

圖2 安全掃描儀和安全照相機(jī)

電敏保護(hù)設(shè)備的重要信息

1）機(jī)器的重啟：一旦安全防護(hù)設(shè)備被激活，機(jī)器就不能被自動(dòng)重啟，直到保護(hù)區(qū)域具備重啟條件。機(jī)器的重啟必須通過(guò)危險(xiǎn)區(qū)外部的可視化設(shè)備進(jìn)行復(fù)位。 

2）危險(xiǎn)區(qū)后部的入侵：除了對(duì)危險(xiǎn)區(qū)正面加裝保護(hù)之外，也有必要考慮從設(shè)備上方、下方或周?chē)苿?dòng)的可能性，以及從保護(hù)區(qū)后方入侵的可能性。可以加裝純機(jī)械保護(hù)裝置或者光柵等用來(lái)避免后方入侵。

3）屏蔽：電敏保護(hù)設(shè)備暫時(shí)的，自動(dòng)的停止，以便在不中斷生產(chǎn)過(guò)程的情況下允許物料進(jìn)出危險(xiǎn)區(qū)。屏蔽傳感器的安裝位置必須正確，確保當(dāng)物料通過(guò)保護(hù)區(qū)時(shí)，控制器只啟動(dòng)屏蔽功能，使保護(hù)設(shè)備暫時(shí)停止，同時(shí)，一旦檢測(cè)到有人進(jìn)入了保護(hù)區(qū)，危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)將立即停止。

圖3 4個(gè)屏蔽傳感器實(shí)現(xiàn)屏蔽功能

4）安全距離：如果危險(xiǎn)工作區(qū)很容易被靠近，而且機(jī)器本身無(wú)法對(duì)危險(xiǎn)做出及時(shí)反應(yīng)（比如焊接和磨削過(guò)程），需要安裝主動(dòng)型的光電保護(hù)設(shè)備。

如果安全圍欄的安全門(mén)被打開(kāi)，有人進(jìn)入了危險(xiǎn)區(qū)，但是機(jī)器仍在減速或制動(dòng)的過(guò)程中，而且機(jī)器的制動(dòng)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，而人接近的速度又足夠快，這種情況下，就有可能會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)的后果。

為了確保在人靠近之前危險(xiǎn)動(dòng)作完全關(guān)閉，必須在適當(dāng)?shù)木嚯x安裝保護(hù)設(shè)備。根據(jù)EN ISO13855，對(duì)安全距離的定義如下：

S=Kx(t1+t2)+C，其中，

t1：保護(hù)設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間；

t2：機(jī)器的響應(yīng)時(shí)間；

C：保護(hù)設(shè)備無(wú)法檢測(cè)的靠近危險(xiǎn)區(qū)的潛在可能性，比如從光幕的兩束光線(xiàn)中穿過(guò)未被檢測(cè)到，取決于光線(xiàn)之間的距離；

K：人體或人體某個(gè)部分靠近的速度，在EN ISO 13855中定義為1,600mm/s，手的速度是2,000mm/s。

打開(kāi)門(mén)所需的時(shí)間需要減掉，因?yàn)闆](méi)有參考標(biāo)準(zhǔn)，可以通過(guò)理論上的時(shí)間長(zhǎng)度或者實(shí)踐計(jì)時(shí)來(lái)確定。

皮爾磁作為自動(dòng)化領(lǐng)域的安全大使，始終致力于為用戶(hù)帶來(lái)最適合的解決方案。