設(shè)備自動化安全生產(chǎn)的有利保障

1、設(shè)備自動化安全生產(chǎn)的有利保障隨著產(chǎn)能的不斷提升,汽車生產(chǎn)企業(yè)對設(shè)備自動化程度的要求越來越高,在將機(jī)器設(shè)備的使用安全題目暴露在人們眼前的同時,也促進(jìn)了安全自動化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步。 汽車產(chǎn)業(yè)最大的特點是大規(guī)模批量生產(chǎn),因此,一直以來,制造商都特別重視汽車制造過程中的安全與保護(hù)題目。既要能夠保證機(jī)器設(shè)備的安全和牢靠性,又要能夠保證其敏捷性和易維護(hù)性,這對安全元器件的正確、公道的設(shè)計及選擇提出了一定的要求。 使用安全掌握模塊的原因 安全掌握系統(tǒng)必需能夠供應(yīng)一種高度牢靠的安全保護(hù)手段,最大限度地避免機(jī)器的擔(dān)心全狀態(tài),保護(hù)生產(chǎn)裝置和人身安全,防止惡性事故的發(fā)生,降低故障損失。該系統(tǒng)在開車、停車、出現(xiàn)工藝擾動

2、以及正常維護(hù)操縱期間對機(jī)器設(shè)備供應(yīng)安全保護(hù)。當(dāng)機(jī)器設(shè)備本身出現(xiàn)危急或由于人為原因而導(dǎo)致危急時,安全掌握系統(tǒng)須馬上做出反應(yīng)并輸出正確信號,使機(jī)器安全停車,以阻擋危急的發(fā)生或事故的擴(kuò)散。 一套安全掌握系統(tǒng)由安全輸進(jìn)信號(即安全功能,如緊急停止信號、安全門信號等)、安全掌握模塊(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(nèi),相當(dāng)一部分具有安全要求的機(jī)器中,使用平凡繼電器或plc作為掌握模塊,用來對安全功能進(jìn)行監(jiān)控。從表面上看,這樣的機(jī)器在一定條件下也能夠保證安全性。但是,當(dāng)平凡的繼電器和plc由于自身缺陷或外界原因?qū)е鹿δ苁r(如觸點熔焊、電氣短路、處理器紊亂等

3、故障),就會丟失安全保護(hù)功能,引發(fā)事故。 而對于安全掌握模塊,由于其采用冗余、多樣的結(jié)構(gòu),加之具有自我檢測和監(jiān)控、牢靠電氣元件、反饋回路等安全措施,保證其在本身缺陷或外部故障的狀況下,依舊能夠保證安全功能,并且可以準(zhǔn)時地將故障檢測出來。從而最大程度地保證了整個安全掌握系統(tǒng)的正常運行,保護(hù)了人和機(jī)器的安全。 汽車制造業(yè)的安全要求 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,再加上動力總成就組成了整車生產(chǎn)的5個密不可分的生產(chǎn)流程。 汽車制造業(yè)需要運用到各種各樣的設(shè)備和技術(shù),如數(shù)控機(jī)床、沖壓設(shè)備、機(jī)器人掌握、傳送和傳輸裝置等。依據(jù)不同應(yīng)用和其本身的風(fēng)險程度,這些設(shè)備有著不同的安全要求

4、。通常,我們可以參照文中表所示的歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計。這些標(biāo)準(zhǔn)中,現(xiàn)在比較常用的有en954-1(此標(biāo)準(zhǔn)將被eniso13849替換)。其中,圖1所示圖表常被用于機(jī)械的等級判定。 圖1en954-1標(biāo)準(zhǔn)中,常被用于機(jī)械等級判定的圖表 en954-1中的等級分為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)過分析,由于壓機(jī)滑塊會對職員造成重傷或死亡的危害,我們選擇s2;工作職員需要將加工件放進(jìn)壓機(jī)之下進(jìn)行加工,連續(xù)工作12h,也就是說,操縱職員需要經(jīng)常面臨此危急,所以我們選擇f2;而滑塊著落的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于職員的反應(yīng)和動作時間(即職員幾乎不可能避免此危急),所以我們選擇p2

5、。依據(jù)圖1,對于壓機(jī)的工作區(qū)域,我們可以得到其安全等級要求為4級。沖壓車間為全部車間之中最危急、安全等級最高的生產(chǎn)區(qū)域。對于涂裝、總裝、車身和動力車間,則需要依據(jù)設(shè)備、加工區(qū)域、傳送流程的不同分別進(jìn)行風(fēng)險評估和等級劃分。 pilz安全掌握模塊(見圖2) 圖2pilz的安全掌握模塊產(chǎn)品 在確定了設(shè)備的安全等級之后,相應(yīng)安全區(qū)域的安全掌握電氣回路也必需達(dá)到與之對應(yīng)的安全等級。在整個安全掌握電氣系統(tǒng)中,安全掌握模塊最為復(fù)雜。由于安全掌握模塊不僅要采集安全輸進(jìn)信號,而且還要依據(jù)規(guī)律要求進(jìn)行安全的輸出掌握。安全掌握模塊不但在自身出現(xiàn)缺陷的狀況下依舊要能夠保持高安全牢靠性,同時也要能夠檢測安全輸進(jìn)信號和被

6、控輸出元件的故障,并準(zhǔn)時做出公道的反應(yīng)。在安全掌握領(lǐng)域,常用的安全掌握模塊有安全繼電器、安全可編程掌握器、安全總線系統(tǒng)。 pilz緊湊型安全繼電器pnozx、elog和sigma系列可以用于掌握單一安全功能,適用于小型的安全掌握系統(tǒng)。其安全輸出通常有繼電器觸點輸出或晶體管輸出。無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個通道進(jìn)行輸出的掌握。在一個輸出通道出現(xiàn)故障的狀況下,另外一個冗余的通道依舊能夠保證安全繼電器的安全功能,并且準(zhǔn)時檢測出故障通道。 pilz模塊化安全繼電器pnozmulti是一個多功能、可自由配置的模塊化安全系統(tǒng)。與其他pnoz安全繼電器不同,pnozmulti的安

7、全電路可在個人電腦上使用圖形配置工具輕松天生。pnozmulti由一個pnozm0(1/2)p基礎(chǔ)模塊和若干個擴(kuò)展模塊組成:基礎(chǔ)模塊可單獨使用,包括20個可連接急停按鈕、安全門、雙手掌握器等全部安全功能的輸進(jìn)點;4個2a容量的半導(dǎo)體安全輸出;2個繼電器安全輸出;一個輔助非安全輸出以及4個測試脈沖輸出;可以使用擴(kuò)展模塊來達(dá)到增加輸進(jìn)輸出點、速度監(jiān)視、現(xiàn)場總線連接的功能。通過基礎(chǔ)模塊上的rs232接口可以直接向pnozmulti寫進(jìn)程序,或使用讀卡器向sim智能卡寫進(jìn)程序后插進(jìn)pnozmulti運行。 安全可編程掌握器適用于中、大型的安全掌握系統(tǒng)。pilz的安全可編程掌握器pss的cpu采用冗余的

8、多處理器結(jié)構(gòu)。各個處理器之間相互監(jiān)控,一旦出現(xiàn)不全都,馬上使掌握器處于安全狀態(tài),并且發(fā)出報警信息;同時,安全可編程掌握器對內(nèi)部的ram、eprom、輸進(jìn)輸出寄存器等元件進(jìn)行實時監(jiān)控,并且采用特別的測試脈沖對輸進(jìn)信號和輸出被控元件進(jìn)行檢測,一旦出現(xiàn)擔(dān)心全隱患,掌握器馬上切換至安全保護(hù)狀態(tài)。 pilz安全總線系統(tǒng)safetybusp則適用于大型、離散式的安全掌握系統(tǒng)。其原理是在現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上,采用了一系列的時間檢測、地址檢測、連接檢測和crc冗余校驗等措施,達(dá)到高的安全等級。 對于汽車制造業(yè)的不同車間和設(shè)備,以上安全產(chǎn)品的正確選擇、設(shè)計和使用,對于本錢的降低、設(shè)備的安全牢靠性、維護(hù)的便易

9、性至關(guān)重要。 對于安全功能4個以下的單臺設(shè)備或流水線,我們可以使用緊湊型安全繼電器。例如,在動力車間中的單臺數(shù)控機(jī)床,其安全功能通常包括數(shù)個緊急停止按鈕、12扇安全門,并且安全等級在3級以上。對于這樣一個應(yīng)用,我們可以采用一個緊湊型安全繼電器掌握全部的緊急停止按鈕;再使用1/2個緊湊型安全繼電器掌握1/2扇安全門。任何一個安全繼電器被觸發(fā),安全輸出都必需切斷相關(guān)負(fù)載(如掌握軸運動的變頻器或伺服)。 對于安全功能在414個的設(shè)備或流水線,我們推薦使用模塊化的安全繼電器pnozmulti來得到更高的敏捷性和更低的本錢。以一條油漆自動化線為例,在此生產(chǎn)區(qū)域中,通常包括安裝在噴涂區(qū)域進(jìn)出口的2對安全光

10、柵、4/8個安全門、若干個緊急停止按鈕、2套屏蔽傳感器,并且安全等級在3級以上。當(dāng)然,我們也可以選用緊湊型的安全繼電器來實現(xiàn)以上安全功能,但這種解決方案的本錢較高、接線繁瑣、故障診斷困難。而pnozmulti的應(yīng)用,不但能夠牢靠、高效地完成安全功能,并且能夠從設(shè)計、購買、維護(hù)中降低本錢。 對于安全功能在數(shù)十個以上或者大部分的安全功能都離散分布的現(xiàn)場,可編程安全系統(tǒng)pss和安全總線系統(tǒng)safetybusp可以使復(fù)雜的安全掌握變得簡便、清晰。在大型沖壓流水線中,pss和safetybusp都有成功的應(yīng)用案例。通常,一條沖壓流水線高10m、長50m,分為涂油、沖壓、剪切等幾個工作區(qū)域。每個區(qū)域都有2

11、扇沖程門和若干的緊急停止按鈕;外圍還需要有安全光柵保護(hù)換模區(qū)域;此外沖壓機(jī)械中還有大量的安全信號(比如上死點、閥信號等)需要接進(jìn)安全掌握系統(tǒng),并且以復(fù)雜的規(guī)律關(guān)系貫串于整個安全掌握回路。在這種狀況下,pss安全可編程掌握器和safetybusp安全總線系統(tǒng)是最為合適的解決方案。pss可編程掌握器可以簡便地實現(xiàn)復(fù)雜的規(guī)律關(guān)系。通過safetybusp安全總線可以將分散在現(xiàn)場的安全輸進(jìn)信號通過一根電纜集中至pss主站進(jìn)行掌握。同時,pss可以通過平凡現(xiàn)場總線(如profibus、devicenet)與現(xiàn)場的其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊。 pilz安全傳感器技術(shù) 現(xiàn)在,機(jī)器人已被廣泛應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域。在機(jī)械手

12、運動的危急區(qū)域,我們經(jīng)常使用安全光柵/光幕、安全掃描儀、安全地毯和防護(hù)柵欄,以避免保護(hù)工作職員受到機(jī)械手的傷害。如圖3所示,這個方案使用了3種不同的安全防護(hù)技術(shù),2套安全光柵、2個安全掃描儀和大量的防護(hù)柵欄被用于2個機(jī)械手的危急隔離。而pilz最新推出的產(chǎn)品safetyeye使用一種技術(shù)就可以完成以上全部的安全功能,其本錢更低、使用更加敏捷。 圖3在機(jī)械手運動的危急區(qū)域,使用了2套 安全光柵、2個安全掃描儀和大量的防護(hù)柵欄 安全照相系統(tǒng)的safetyeye包含2個相互作用的單元:傳感裝置包含照相機(jī)和分析單元。分析單元用以分析圖像信息并且通過一個可編程的安全掌握系統(tǒng)供應(yīng)一個自動化的界面。照相機(jī)每

13、秒鐘能記錄下多個圖像信息用于計算目標(biāo)的物理位置,然后將其與檢測區(qū)域和警告區(qū)域進(jìn)行比較,依據(jù)不同的比較結(jié)果可以設(shè)定不同的輸出,并且可以通過安全的總線系統(tǒng)safetybusp和將來的safetynetp進(jìn)行設(shè)置。safetyeye是在三維視覺理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它要形成一個真實空間中目標(biāo)的圖像信息至少需要來自2個角度的信息,就像人的2只眼睛一樣,safetyeye需要一些傳感器也就是一些照相機(jī)來保證獲取所需的信息。safetyeye配置了3個照相機(jī),為的是能夠獲取全部狀況及每個可能的可視和實際狀況下的圖像信息。人眼之間的間隔能夠與safetyeye鏡頭間的間隔相比較。由于全部靜態(tài)和動態(tài)的目標(biāo)都

14、可以被監(jiān)控,單個的照相機(jī)必需同時采集信息,safetyeye的傳感裝置每秒鐘可以采集20個圖像信息,通過光纖電纜傳輸?shù)椒治鰡卧?隨著單個照相機(jī)間的間隔確定也建立起深度效果。敏捷的設(shè)計使得風(fēng)景顯得相對平坦,例如,對于一個詳細(xì)的應(yīng)用,基本間隔間的結(jié)構(gòu)設(shè)計、鏡頭的布局以及照相機(jī)的像素都應(yīng)當(dāng)作為參考,用以確定最小的可發(fā)覺目標(biāo)的大小。安全照相系統(tǒng)的safetyeye的工作原理如圖4所示。 圖4安全照相系統(tǒng)safetyeye的工作原理 對于汽車制造領(lǐng)域中的機(jī)器人掌握,采用safetyeye一套系統(tǒng)即可以實現(xiàn)原先需要3套甚至更多系統(tǒng)才能夠完成的安全功能。 我們以總裝車間中的涂膠工作站為例,操縱職員需要將一個

15、前擋風(fēng)玻璃插進(jìn)到一個裝置中,擋風(fēng)玻璃通過排煙罩殼固定,操縱職員安裝真空固定的光、雨傳感器,然后在外邊沿涂上膠粘劑,從而使得擋風(fēng)玻璃能夠連接到車身上,要完成整個的工作流程,操縱職員必需離開工作站并啟動自動模式。這些工作站的大小大約是3m×1m×2m(寬×深×高)。在這樣的工作站內(nèi),操縱職員的安全保障主要是通過光幕和激光掃描儀來實現(xiàn)的。當(dāng)有操縱職員進(jìn)進(jìn)到工作站時,光幕就會切斷全部危急的移動。激光掃描儀用于防止侵進(jìn)被保護(hù)的區(qū)域,這意味著,直到人離開危急區(qū)域才可以通過腳踏開關(guān)或按鈕開啟工作站。除了單個系統(tǒng)的投資之外,在工廠的工程、安裝和調(diào)試的過程中也會產(chǎn)生相當(dāng)?shù)?/p>

16、用度,全部的安全元件都必需安裝、固定,并且在相應(yīng)的總線分站上建立獨立的記錄文檔。當(dāng)然我們也不能遺忘在操縱的過程中產(chǎn)生的用度,包括在設(shè)定的間隔內(nèi)重復(fù)測試所產(chǎn)生的用度。 現(xiàn)在,我們可以利用safetyeye來保護(hù)兩個互成90°的車間(見圖5)。兩個車間連接處的檢測區(qū)域?qū)⑼ㄟ^一個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。safetyeye將被安裝在大約4m高處,能夠看到兩個工廠的高度,對檢測區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。因此,每個工作站被定義為一個檢測區(qū)域組,這些工作組將會獨立于其他的元件單獨轉(zhuǎn)換。使用了safetyeye之后,其他的安全裝置(如激光掃描儀和光幕)就可以拆除了。由于不再需要那些在設(shè)備邊沿的防護(hù)裝置,整個工作站變得特別開放,生產(chǎn)設(shè)備也可以更好地滿意員工對環(huán)境的需求。 圖5用safetyeye保護(hù)兩個互