机器安全标准

1、安全继电器及安全PLC在制造行业中的应用发布时间：2013-03-20 来源：中国自动化网 类型： HYPERLINK /apply/l_application_0_0_1.html 应用案例813人浏览分享到：0关键字： HYPERLINK /tag/d_1nru2j4fciqru.html t _blank 安全继电器导读：国内外的各制造行业厂商历来重视制造过程中的安全与保护。随着产能的不断提升，厂商对设备自动化的要求越来越高，机器和设备也越来越复杂、速度也越来越快。因此，厂商对这些机器的安全要求也越来越高。我们既要能.国内外的各制造行业厂商历来重视制造过程中的安全与保护。随着产能的不断提

2、升，厂商对设备自动化的要求越来越高，机器和设备也越来越复杂、速度也越来越快。因此，厂商对这些机器的安全要求也越来越高。我们既要能够保证安全、可靠性，又要保证灵活、易维护性。这就对安全元器件的正确和合理的设计和选择提出了一定的要求。 安全功能在工业设备上的使用在发达国家已十分普及，例如，在欧洲有强制的安全标准，达不到相应安全等级的设备不能投产；在美国则依靠高额的事故赔偿来强制设备的安全性。通常，我们可以参照以下欧洲标准进行设备的设计：EN 1050-1996 机械安全 风险评价EN 2921：1991 机器安全 基本概念与设计通则EN 954-1 机械安全 控制系统有关安全部件 第1部分 设计通

3、则EN/IEC 60204 机械安全 机械电气设备EN/ISO 13894 机械的安全 控制系统有关的安全部件EN/IEC 61508 主要涵盖了电气/电子/可编程电子系统的功能安全EN 418 紧急制动设备EN 1088 与保护装置有关的连锁装置 设计和选择原则EN 12415 机床 安全 小型数控车床和车削中心EN 12417 机床 安全 加工中心EN 12478 机床 安全 大型数控车床和车削中心EN 692：1996 机械压力机安全EN 693：2000 机床安全 液压机EN 1550：1997 机床安全 工件夹紧用卡盘设计和制造的安全要求 在这方面我国还处于起步阶段，很多有一定危险性

4、的设备没有任何安全保护措施，这也是工厂事故频发的一个重要原因。随着国家对此重视程度的提高和以人为本理念的逐渐深入人心，设备的安全性正得到越来越多的重视。 设备的安全性能由机械安全防护和电气安全控制两方面组成。机械安全防护在本文不做过多介绍，下面详细介绍电气安全控制的原理及应用。 安全控制系统必须提供一种高度可靠的安全保护手段，最大限度地避免机器的不安全状态、保护生产装置和人身安全，防止恶性事故的发生、减少损失。该系统在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护操作期间对机器设备提供安全保护。一旦当机器设备本身出现危险，或由于人为原因而导致危险时，系统立即做出反应并输出正确信号，使机器安全停车，以阻止

5、危险的发生或事故的扩散。 一套安全控制系统，由安全输入信号（即安全功能，如紧急停止信号、安全门信号等）、安全控制模块（如安全继电器、安全PLC）、和被控输出元件（如主接触器、阀等）三部分组成。 要使设备达到相应的安全等级就离不开必要的安全元件和安全线路，常见的安全元件有急停按钮、双手按钮、安全门开关、安全光栅等。这些元件通过线路（一般是双回路）连接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因为它不具备安全功能。 具有安全要求的机器中，普通的继电器或者PLC被广泛地作为控制模块，对安全功能进行监控。从表面看来，这样的机器在一定条件下也能够保证安全性。但是，当普通的继电器和PLC由于自身缺陷或外界

6、原因导致功能失效时（如触点熔焊、电气短路、处理器紊乱等故障），就会丢失安全保护功能，引发事故。 而对于安全控制模块，由于其采用冗余、多样的结构，加之以自我检测和监控、可靠电气元件、反馈回路等安全措施，保证在本身缺陷或外部故障的情况下，依然能够保证安全功能，并且可以及时的将故障检测出来。从而在最大程度上保证了整个安全控制系统的正常运行，保护了人和机器的安全。电气安全控制的方式大致分为以下几种： 1.用普通继电器搭建有自锁和互锁功能的双回路线路。这种是最原始的安全控制方式，能达到较低的安全等级。其优点是成本低廉，缺点是维护和改造十分复杂，无法监控。 2.使用安全继电器搭建安全回路。上个世纪随着安全

7、继电器的出现，它已经越来越多的应用于各种工业设备中。可以用于控制单一安全功能，适用于小型的安全控制系统。其安全输出通常有继电器触点输出或晶体管输出。无论采用何种形式的输出结构，安全继电器都能够保证至少2个通道进行输出的控制。在一个输出通道出现故障的情况下，另外一个冗余的通道依然能够保证安全继电器的安全功能，并且及时检测出故障通道。常见的安全继电器品牌有皮尔兹、施迈赛等，现在西门子、欧姆龙等系统集成商也都相继推出了自己的安全继电器产品。此控制方式成本适中，能达到较高的安全等级，但如果安全元件多线路依然比较复杂，不适于大型生产线。 3.使用安全PLC进行安全控制。安全可编程控制器的CPU采用冗余的

8、多处理器结构。各个处理器之间相互监控，一旦出现不一致，立刻使控制器处于安全状态，并且发出报警信息；同时，安全可编程控制器对内部的RAM，EPROM，输入输出寄存器等元件进行实时监控，并且采用特殊的测试脉冲对输入信号和输出被控元件进行检测，一旦出现任何不安全隐患，控制器立刻切换至安全保护状态。安全总线系统适用于大型、离散式的安全控制系统。其原理是在现有工业现场总线的基础上，采用了一系列的时间检测、地址检测、连接检测和CRC冗余校验等措施，达到高的安全等级。安全PLC是上世纪末出现的产品，他的优点是可编程性能强大，使用安全总线能实现很高要求的安全控制，但成本较高。 4.使用可编程安全继电器进行安全

9、控制。可编程安全继电器是近年推出的安全产品，它介于安全PLC和安全继电器之间，即具有一定的可编程性，价格却不是很高。安全继电器是一个多功能、可自由配置的模块化安全系统。与其他普通安全继电器不同，可编程安全继电器的安全电路可在个人电脑上使用图形配置工具轻松生成。通过基础模块上的RS232接口可以直接向可编程安全继电器写入程序。以上简单介绍了安全控制的几种方式，那么与安全等级密切相关的安全元件是如何达到安全控制的目的的呢？下面进行分类介绍： 1.防短路功能。安全线路一般使用双回路控制，即使有一条线路发生短路，依然能防止设备在不满足要求的状态下运行，另外安全继电器和安全PLC都有短路诊断功能。 2.

10、放粘连功能。安全继电器与普通继电器不同，普通继电器在长时间电弧的作用下有可能发生触点的粘连，而安全继电器由于其特殊的结构，能保证在回路不满足条件的情况下触点强制断开。 3.安全区域功能。通过安全门锁和安全光栅行程指定的安全区域，一旦进入安全门或穿越光栅，在安全控制的作用下设备能够强制停机，保证生产人员的安全。 4.冗余功能。安全PLC和安全总线都具有冗余功能，确保在外界干扰下的安全性能不受影响。 对于安全功能4个以下的单台设备或流水线，我们可以使用紧凑型安全继电器。例如，在动力车间中的单台数控机床，其安全功能通常包括数个紧急停止按钮、一扇至二扇安全门，并且安全等级在3级以上。对于这样一个应用，

11、我们可以采用一个紧凑型安全继电器控制所有的紧急停止按钮；再使用1/2个紧凑型安全继电器控制1/2扇安全门。任何一个安全继电器被触发，安全输出必须切断相关负载（如控制轴运动的变频器或伺服）。 对于安全功能在4至14个的设备或流水线，我们推荐使用模块化的可编程安全继电器来得到更高的灵活性和更低的成本。我们以一条油漆自动化线为例，在此生产区域中，通常包括在安装在喷涂区域进出口的2对安全光栅、4/8个安全门、若干个紧急停止按钮、2套屏蔽传感器，并且安全等级在3级以上。我们当然可以选用紧凑型的安全继电器来实现以上安全功能。但是这种解决方案的成本较高、接线繁琐、故障诊断困难。而可编程安全继电器的应用，不但

12、能够可靠、高效的完成安全功能，并且能够从设计、购买、维护中降低成本。 对于安全功能在数十个以上、或者大部分的安全功能都离散分布的现场，可编程安全PLC系统和安全总线系统可以使复杂的安全控制变得简便、清晰。在大型冲压流水线中，安全PLC都有成功的应用案例。通常，一条冲压流水线高10m，长50m，分为涂油、冲压、剪切 等几个工作区域。每个区域都有2扇冲程门和若干的紧急停止按钮；外围还需要有安全光栅保护换模区域；此外冲压机械中还有大量的安全信号（比如上死点、阀信号等）需要接入安全控制系统，并且以复杂的逻辑关系贯穿于整个安全控制回路。在这种情况下，可编程安全继电器和安全总线系统是最为合适的解决方案。安

13、全 PLC可以简便的实现复杂的逻辑关系。通过安全总线可以将分散在现场的安全输入信号通过一根电缆集中至主站进行控制。 在我国的生产制造行业，各种安全控制系统已经得到广泛应用。以汽车行业为例，合资企业使用欧美的进口设备，一般都具有较高的安全等级，例如一汽大众、上海大众、上海通用的生产车间就是如此。而多数民族汽车品牌大都使用国产设备，如奇瑞汽车，长城汽车等，在其冲压焊装和总装线上大范围使用了国产设备，也大都配备了安全继电器和安全PLC等安全控制系统，提高了生产的安全性。随着以人为本理念的深入贯彻，相信安全控制在未来的工业生产中将得到更加广泛的应用。附录资料：不需要的可以自行删除 型腔的数控加工工艺拟

14、加工型腔类零件图待加工的零件是一个典型的带型腔的凸台零件，整体为凸台，中间带有型腔。具体形状如图1所示。图1零件图的工艺分析首先，分析一下尺寸标注方法。零件图上尺寸标注的方法为同一基准标注，适应了数控加工零件的特点。18mm，8mm，6mm三个尺寸是以上表面为设基金准，80mm，72mm，71.5mm，40mm是以原点O为设计基准。这种标注方法便于编程、又利于设计基准、工艺基准和编程原点的同一。但是尺寸40mm不便于测量，应以圆弧的直径端为终端，标注为60mm。其次，进行零件图的完整性与正确性进行分析。零件尺寸标准完整，各部位都能用正确的尺寸标注方法标注出来，无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排

15、的封闭尺寸。图中所有圆弧均为R10，这样便减少了刀具的数量和换盗的辅助时间。构成零件轮廓的几何元素的条件，是数控编程的重要依据。期中一个重要的环节就是零件的技术要求分析。只有符合技术要求的零件才能合格。零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度。这个零件只给出了尺寸精度、粗糙度，没给出形状精度、位置精度，尺寸72+0.04、71.5+0.04上下偏差为0.04。孔20H8公差等级为8级，其中粗糙度统一为3.2，所以，所有面都需要精加工。零件材料的分析。此零件选用的是45号钢，这种材料在功能方面能满足要求；而且它的切削性能也较好。并且无需热处理。毛坯的余量：毛坯的余量在X轴、

16、Y轴、Z轴方向上个余4mm，满足数控加工的背吃刀量。毛坯装夹的适应性：毛坯为矩形块，且待加工零件的底面也为正方形。在加工是利于零件的定位和装夹，并且可靠，方便。选择加工设备机床的类型应与工序划分的原则相适应。机床的主要规格要求尺寸应与加工的外形尺寸和加工表面尺寸相适应。根据零件和现有条件，按照上述要求选择XK713A数控铣床。零件的定位基准和装夹方式 4.1零件的定位基准的确定合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。第一道工序一般只能以为加工的毛坯面作为定位基准，这种基准称为粗基准。此零件以一个底面作为定位基准，铣削出定位粗基准。然后翻转装夹，再以这个粗基准作为定位基

17、准加工上端面。然后加工侧面，将一个加工过的侧面作为精基准，加工零件的最大外轮廓。在第一道工序之后，根据基准统一原则，纵向铣削应使尽量多的表面加工时都用已加工的上端面作为定位基准，加工型腔、梯台面、20孔。横向的铣削都以加工过的侧面作为定位基准。以保证各加工面的位置精度。 4.2零件的裝夹方式工件的装夹：在卧式数控铣床上，使用机用虎钳直接装夹零件，利用X向、y向运动的单向运行或联动运行控制加工中进刀、退刀和轨迹曲线加工的运动，先加工零件的两周边和型腔的型面轨迹，再加工零件另外两周边。采用此方式加工的零件轮廓精度较为理想。优点是装夹简单可靠，利用通用夹具就可以进行零件的装夹定位；缺点是在一次装夹定

18、位中，只能完成零件周边两平面和型腔轨迹加工，零件周边另外两平面的加工需要进行二次装夹定位。适合于单件和中小批量的零件加工。这种装夹方式在保证了车削加工基准，装夹定位基准与设计基准重合的同时，敞开了加工中铣刀运行的空间。确定零件加工顺序与进给路线5.1加工顺序的确定 在加工中心上加工零件，一般都有多个工步，使用多把刀具，因此加工顺序安排得是否合理直接影响到加工精度、加工效率、刀具数量和经济效益。 在安排加工顺序时同样要遵循“基面先行”“先面后孔”、“先主后次”及“先粗后精”的一般工艺原则。 首先将毛坯料装夹在虎钳上粗、精铣削出一个底面作为定位粗基准面，卸下工件，翻转，进行第二次装夹，粗、精铣削上

19、端面，将上端面作为纵向加工的定位基准。 换刀。加工两个未被装夹的侧面，以其中一个侧面作为横向加工的定位基准，加工零件的外轮廓。 换上中心钻，在上端面中心钻铣刀的引导孔。 换上铣刀，粗铣型腔轮廓，由于型腔轮廓的特殊性，首先铣削出一个直径为30mm的孔，然后沿型腔轮轨迹铣削出型腔的轨迹。然后粗铣20H8的孔最后粗铣梯台面然后对所有型腔、孔，梯台面进行精加工。5.2进给路线的确定 工序1 铣基准面。将毛坯准装夹在机用虎钳上，铣削出一个底面，然后再用这个粗基准面进行第二次装夹。然后对刀加工上端面。将上端面作为定位基准。 工序 2 第三次，第四次装夹，粗、精铣削四个侧面。工序 3 安装中心钻，钻中心孔，

20、以便于铣刀下刀。 工序4 铣花型型腔。起刀点为矩形上端面正中心，首先铣出一个直径为30mm的圆，然后在沿着花型内轮廓将内轮廓铣削出花型。加工路线为ABCDEFGA 工序5 铣削20孔。起刀点还是上端面正中心，竖直向下铣出直径为20mm的圆形凹槽。沿着轮廓铣削。铣削圆形凹槽 工序6 铣削凸台。这道工序所要加工的内容是凸台，计算出凸台外轮廓的节点。起刀点为上端面中心，沿矩形边向内铣削。加工路线为ABCDEFGHIA。工序7 沿工件轮廓精加工，是表面粗糙度达到3.2um。刀具的选择此次加工的是型腔凸台零件，结合零件实际情况，需要一把直径为125mm的面铣刀，粗加工型腔时需要一把直径为16mm的键槽铣

21、刀，还需要一把直径为16mm,前角为15后角为25的高速钢立铣刀。零件加工型腔前需要进行钻孔，需要在上端面打工艺孔，所以要用到中心钻，中心钻的直径为5mm。 表8-1 数控加工刀具卡产品名称或代号零件名称零件图号02序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注01T01125mm的面铣刀1基准面和上表面02T025mm中心钻1钻中心孔手动03T0316mm硬质合金键槽铣刀1侧面、型腔与阶梯面粗铣04T0416mm硬质合金立铣刀1侧面、型腔与阶梯面精铣编制孙腾飞审核批准共 页第 页切削用量的确定根据零件加工精度和表面粗糙度的要求，并考虑刀具的强度、刚度以及加工效率等因素，在该零件的各道加工工序中，切削

22、用量选择如下。粗加工端面决定切削深度 由于加工余量不大，而且分为两次铣削，故可在一次走刀内切掉1.7mm，留0.3mm的精加工余量。则，ap=1.7mm决定每齿进给量f查表得，面铣刀粗加工是进给量在0.090.18mm之间。由于是粗加工，要求较低，所以这里选取fz=0.15mm选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据切削用量简明手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.8mm，由于铣刀直径d=125mm，故刀具寿命T=180min.确定铣削速度和切削速度Vc=200m/minn=200 x1000/3.14x125=509.5r/min根据XK713A型卧式数控铣床说明书选择n=500r/min,因

23、此实际铣削速度及进给速度为Vc =3.14x125x500/1000=196.3mm/minVf=500 x6x0.15=450mm/min即粗加工端面的铣削用量ap=1.7mm，fz=0.15mm，Vc=196.3m/min，n=500r/min，Vf=450mm/min。精加工端面根据粗加工的余量，精加工背吃刀量ap=0.3mm。精加工对表面粗糙度要求较高，所以选择进给量较小的每齿进给量fz=0.09mm。确定精加工铣削速度和进给速度Vc=300m/minn=300 x1000/3.14x125=764r/min根据XK713A型卧式数控铣床说明书选择n=800r/min，因此实际铣削速度

24、及进给速度为Vc=3.14x125x800/1000=314mm/minVf=800 x6x0.09=432mm/min即精加工端面的铣削用量ap=0.3mm，fz=0.09mm，Vc=314m/min，Vf=432mm/min，n=800r/min。粗铣侧面、型腔轨迹和阶梯面 = 1 * GB2 决定铣削宽度ao。根据切削用量简明手册，表3.4查得铣削宽度ao=5mm。 = 2 * GB2 决定每齿进给量fz。根据表3.4，fz=0.080.05，这里取fz=0.08mm。 = 3 * GB2 选择铣刀磨钝标准及刀具寿命 根据切削用量简明手册表3.7，铣刀刀齿后刀面最大磨损量为0.5mm，由于铣刀直径d=16mm，故刀具寿命T=60min. = 4 * GB2 确定铣削速度和切削速度根据表3.13 当d=16mm，z=6，ap=16mm ，ao=5mm，fz=0.08mm时，Vc=50m/minn=50 x1000/3.14x16=995r/min根据XK713A型卧式数控铣床说明书选择n=1000r/min,因此实际铣削速度及进给速度为Vc=3.14x16x1000/1000=50.2m/minVf=1000 x6x0.08=480m