（正式版）DB21∕T 2315-2014 《工业机械用数字控制器安全功能要求》

DB21/T2315—20142014-06-16发布辽宁省质量技术监督局发布I本标准为工业机械用数字控制器的控制安全给出一般要求。本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。本标准由辽宁省标准化研究院提出。本标准由辽宁省质量技术监督局归口。本标准起草单位：辽宁省标准化研究院、沈阳高精数控技术有限公司。本标准主要起草人：尹震宇、赵庶、高一平、杨丹、李亮、聂菲。本标准为首次发布。1件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T4205-2010人机界面标志标识的基本和安全规则操作规则(IEC60447:2004,IDT)GB4208-2008外壳防护等级(IP代码)(IEC60529:2001,IDT)GB/T5080.7-1986设备可靠性试验恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方GB5226.1-2008机械安全机械电气设备第1部分：通用技术条件(IEC60204-1:2005,IDT)GB/T8129-1997工业自动化系统机床数值控制词汇(idtISO2806:1994)GB/T8870.1-2012自动化系统与集成机床数值控制程序格式和地址字定义第1部分：点位、直GB/T9969-2008工业产品使用说明书总则GB12668.3-2012调速电气传动系统第3部分：电磁兼容性要求及其特定的试验方法GB/T14436-1993工业产品保证文件总则GB/T15760-2004金属切削机床安全防护通用技术条件GB/T15969.2-2008可编程序控制器第2部分：设备要求和测试GB/T17626.2-2006电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验GB/T17626.3-2006电磁兼容试验和测量技术射频电磁场辐射抗扰度试验GB/T17626.4-2008电磁兼容试验和测量技术电快速瞬变脉冲群抗扰度试验GB/T17626.5-2008电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验GB/T17626.8-2006电磁兼容试验和测量技术工频磁场抗扰度试验GB/T17626.11-2008电磁兼容试验和测量技术电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验GB/T17799.2-2003电磁兼容通用标准工业环境中的抗扰度试验GB18209.1-2010机械电气安全指示、标志和操作第1部分：关于视觉、听觉和触觉信号的要求GB18209.2-2010机械电气安全指示、标志和操作第2部分：标志要求(idtIEC61310-2:2007)2GB/T19660-2005工业自动化系统与集成机床数值控制坐标系和运动命名(ISO841:2001,IDT)GB28526-2012机械电气安全电工、电子和可编程序电子控制系统有关功能安全3术语和定义数字控制器numericalcontroller能够按照零件加工程序的数值指令信息进行控制，使机床完成工作运动并加工零件的控制系统。电柜、机箱、与内置型机箱electriccabinet,enclosureandbuil电柜和机箱是用来安装数字控制器的电路和部件，用以防止外部影响及操作人员触电的壳体。通常机柜体积较大，开有柜门；机箱较小，开有盖。内置型机箱是指安装在电柜或其他机箱内部的机箱。端口port数字控制器各种装置和单元上，能够提供和接受电磁能量或信号，且这些电磁能量或信号能够被测量到的特定边界。电源端口powerport连接数字控制器各种装置和单元与供电电源的端口。电源端口中通常包含保护接地端口。控制与测量信号接口signalinterfacesofcontrolandmeasurement连接数字控制器各装置和单元之间的控制与测量信号的接口。接口之间通过相应的信号线或信号电缆相连接从而完成指定的功能。数字控制器各装置与计算机之间的信号端口，通常包括RS232/485,USB、键盘、网络等信号端口。包括民用环境，以及那些不经过中间变压器而直接连接到向民用供电的低压供电电网的应用环境。3浪涌(冲击)surge工频磁场骚扰disturbanceofpowerfrequencymagneticfie4单元(如手摇脉冲发生器)应有表示其功能的标志，电源端口、保护接地端口及信号连接端口/接口等合本标准第6章的规定。54.2.3.1连接导线用颜色代码作连接导线的标记时可采用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝(包括浅蓝)、紫、灰、白、粉红、青绿等颜色。保护导线的颜色为黄/绿双色线且是绝对专用的。建议使用下列导线颜色代码：——黑色：交流和直流动力电路；——红色：交流控制电路；——蓝色：直流控制电路；4.2.3.2操作控制元件操作控制元件(按键与按钮)的颜色应符合表1的规定。表1按键与按钮的颜色代码及其含义应用示例红紧急危险或紧急情况时操作急停紧急功能起动黄异常异常情况时操作绿正常起动正常情况时操作蓝强制性的要求强制动作的情况下操作复位功能白未赋予特定含义除急停以外的一般功能的起动(见注)起动/接通(优先)灰黑停止/断开(优先)4.2.3.3指示元件(指示灯、光标按钮、闪烁灯)的颜色应符合表2的规定。表2指示灯颜色及其相对于机械状态的含义操作者的动作红紧急立即动作去处理危险情况(如操作急停)黄异常紧急临界情况监视和(或)干预(如重建需要的功能)绿正常正常情况蓝强制性指示操作者需要动作强制性动作白无确定性质4.2.4导线与连接6导线和电缆的选择应符合GB5226.1-2008中第13章的规定。连接与布线应符合GB5226.1-2008中第14章的规定。插头与插座组合的形式应使得无论何时，即使在连接器插入或拔出时，能够防止人与带电部分意外接触(保安特低电压电路除外),从而避免危险隐患。4.2.5.1防护等级要求数字控制器电柜和机箱的防护等级要求如下：——电柜和机箱：IP54;——内置型机箱：IP54～IP00。4.2.5.2防护等级的设计数字控制器电柜和机箱的设计原则是保证它的密封性能，具体方法：将电柜或机箱的门边框采用密封条或密封圈，其材料应能经受侵蚀性液体、油、雾或气体的化学影响；机箱的所有通孔应密封住，电缆线进口在现场应容易打开等。详细要求应符合GB5226.1-2002中12.4的规定。电柜和机箱内部散热的具体方法：——推荐采用小型工业用空调器或热交换器；——不推荐采用普通散热结构的设计；——推荐采用专门散热结构的设计。4.2.5.3防护的其他要求如果工作、存放和运输环境有超量污染物(如灰尘、酸类物、腐蚀性气体或盐类物)和辐射时，供方与需方宜达成专门协议。4.2.6操作与维修应充分考虑电柜、机箱的操作和维修性能，并符合GB5226.1-2002中12.2的规定。应有包括型号、名称、制造厂名、制造日期、额定电压、相数、额定电流或功率等内容在内的铭牌，其文字要清晰、美观、耐久。铭牌的固定或张贴要牢固，易于观察。4.3数字控制器的接口信号要求4.3.1模拟接口信号数字控制器的各个装置或单元之间的控制信号可使用模拟接口信号。输入输出信号应符合GB/T15969.2-2008中5.3的规定。4.3.2数字脉冲接口信号数字脉冲接口信号在数字控制器的各个装置或单元之间可以有多种类型：控制用电平接口信号进给用脉冲接口信号、测量用脉冲反馈接口信号、通讯用接口信号(RS232/485、USB、键盘接口)等。数字7控制器的生产厂商应在产品说明书或使用手册上说明。对于脉冲和电平接口信号，还应说明脉冲信号的种类、电平、速率、信号电流等。4.3.3现场总线接口高性能的数字控制器往往采用现场控制总线来作为数字控制器的装置或单元之间的接口。现场总线种类很多，数字控制器生产厂商应在产品说明书或使用手册上说明。4.3.4其他信号数字控制器的还应具备以下信号接口：——准备就绪(输入);——允许/封锁工作(输出);——故障报警(输入)。数字控制器提供的其他信号接口应在说明书或使用手册中说明。4.4环境要求4.4.1基本要求数字控制器环境应符合GB5226.1-2008和GB15969.2-2008的要求。4.4.2气候环境适应性要求数字控制器应能在表3规定的气候环境条件下正常运行、储存和运输。表3数字控制器的气候环境要求型机箱的数字控制器或装置)0℃~40℃长期储运：-25℃~55℃短期储运(<24h):-40℃~70℃型机箱的数字控制器或装置)0℃~55℃相对湿度范围10%～95%(无凝露)大气压强范围(海拔1000m～0m)(海拔3000m～0m)℃~55℃。并在其产品说明书或产品应用手册中说明。-20℃~55℃。并在其产品说明书或产品应用手册说明。低。并在其产品说明书或产品使用手册中说明，或者用户可与制造厂商达成协议并按协议设计和使用。4.4.3机械环境适应性要求数字控制器的振动与冲击试验技术要求见表4。试验后，其外观和质量不发生改变，系统仍能正常工作。数字控制器能够使用标准包装箱运输，并满足运输冲击试验表5的规定。8振动(正弦)试验(数字控制器处在运行状态)冲击试验(数字控制器处在不运行状态)频率范围持续时间振动方向方向10次/轴3质量(包含外包装)跌落高度m20≤质量<100100≤质量交流供电接地系统TN-S系统(3相5线供电系统)TN-C系统(3相4线供电系统)TN-C-S系统(3相4线/5线混合系统)交流输入电源额定电压交流输入电源额定频率电源电压变化范围电源频率变化范围系统的分类，详见标准GB14050-2008中3.1,3.2。9数字控制器抗扰度性能验收准则应符合GB12668.3-2012中5.1的要求。具体见表7。验收准则分A,B,C三种，每一个准则定义一个特定的性能等级。在进行抗扰度试验时，应根据表7的规定，结合各项抗扰度要求判定该项试验是否通过。表7数字控制器抗电磁骚扰的验收准则验收(性能)准则ABC数字控制器的一般工作性能：系统的工作特性未有明显变化系统在规定的允差之内正常工作系统工作特性有明显的(可见的或可听的)变化能自行恢复系统关机，工作特性变化数字控制器的特定工作性能：性内动态转矩偏差超出规定的允能自行恢复子部件性能：驱动装置的电力电子电电力半导体器件没有故障暂时性故障，不会引起不能自行恢复不丢失保存的程序不丢失用户的程序不丢失系统或装置的设置数字控制器的一般工作性能：系统的工作特性未有明显变化系统在规定的允差之内正常工作系统工作特性有明显的(可见的或可听的)变化能自行恢复系统关机，工作特性变化子部件性能：显示和控制面板的运行屏幕显示信息无变化，只是亮度略有波动或字符稍有变动屏幕亮度不理想关机，信息丢失或非正常工作方式，显示的信息明显错误不丢失保存的程序不丢失用户的程序不丢失系统或装置的设置到的变化，它可能引起电动机运转。4.5.3基本的抗扰度要求数字控制器抗扰度的要求根据标准GB/T17799.2-2003和GB12668.3-2012。DB21/T2315—2014对用于第二环境的数字控制器基本的抗扰度要求为：静电放电抗扰度，脉冲群抗扰度，浪涌抗扰度和电源电压暂降/短时中断抗扰度。表8、表9和表10给出数字控制器的各个抗扰度试验要求。包括测试端口、测试现象、测试方法的基本标准、抗扰度等级和验收准则。详细的试验方法见5.5。表8第二环境(工业环境)下的数字控制器抗扰度的基本要求(机箱端口)端口抗扰度等级验收准则机箱端口土4kV接触放电士8kV空气放电(若接触放电不可能时才使用空气放BA工频电磁场A普及型及高性能数字控制器适用。带CRT显示器或含有对工频电磁场敏感的零部件的数字控制器适对带有CRT显示器/监视器的数字控制器测试时，对CRT部分的磁场强度应为3A/m。表9第二环境(工业环境)下的数字控制器抗扰度的基本要求(电源端口)端口抗扰度等级验收准则交流电源端口藕合网络)B浪涌B射频场感应传导A电压短时中断中断3ms,间隔10sA电压暂降跌到额定电压的70%。持续时间500msA跌到额定电压的40%。持续时间200msC电机电源接口(驱动单元的电机电源脉冲群(使用电2k第二环境(工业环抗扰度的基本要求(电源端口)V/5kHzB端口验收准则流电源输入线、保护接地线)B电容耦合夹。如果使用了电容耦合夹，测试等级应为4kV/2.5kHz。仅用于工作电流<63A时的轻负载的测试条件。线对线耦合。线对地耦合。仅用于那些带电缆的端口或接口，其应用时根据产品说明书或使用手册电缆的总长度允许超过3m。端口抗扰度等级验收准则模拟信号等)容藕合夹)B浪涌”B射频场感应传导，A接口(RS232/485、总线等信号线)B项试验要求对于耦合/解耦网络的影响会造成数字控制器正常功能不——对于在电源切断后带有残余电压的可导电部分，应在切断电源5s之内放电到60V或以下，否——联锁开关仍不能断开的带电部分在其护壳外应有符合GB5226.1-2008中16.2规定的警示标志。表11外部保护铜导线的最小截面积电源供电相线的截面积SS4.6.5数字控制器的安全要求数字控制器的安全要求应符合GB15760-2004中5.4.9的规定，包括：——满足预期的操作条件和环境影响；——设置访问口令或钥匙开关，防止程序被有意或无意改动；——有关安全的软件未经授权不允许改变。4.7数字控制器的可靠性要求数字控制器的可靠性可以用平均无故障时间(MTBF)来评定，定型生产的数字控制器其MTBF定为简易数字控制器5000h以上和普及数字控制器和高性能数字控制器10000h以上二个等级，数字控制器生产厂商可以对其不同的产品要求在其企业标准中规定。4.8数字控制器的文件要求4.8.1技术文件数字控制器的制造厂商应向用户提供随行技术文件，内容包括：产品规格、安装、连接、操作、编程等在内的使用说明书或使用手册，用户需要时应提供维修手册。国内用户应提供中文说明书并采用国务院正式公布、实施的简体汉字。所有技术文件应符合GB9969-2008的规定。4.8.2保证文件数字控制器的制造厂商应向用户提供产品合格证书和保修单等文件，当用户需要时还应提供质量检验报告。所有这些保证文件应符合GB/T14436-1993的规定。4.8.3包装文件数字控制器的制造厂商应向用户提供数字控制器产品的装箱单，内容包括：——包装箱数量、产品型号、名称、数量；——随机附件的名称、型号、数量；——随行技术文件的名称、数量等。5试验要求5.1绝缘电阻试验执行绝缘电阻试验时，动力电路导线和保护联结电路间施加500Vd.c时测得的绝缘电阻不应小于1MΩ。对于某些部件，如母线、汇流线、汇流排系统或汇流环装置，绝缘电阻值不应小于50KΩ。设备中如包含浪涌保护器件，在试验期间，该器件可能工作，则允许拆除该浪涌保护器件或者降低试验电压值，使其低于浪涌保护器件的电压保护水平，但不应低于电源电压的上限峰值。5.2耐压试验当执行耐压试验时，应使用符合GB/T17626.2-1998要求的设备。试验电压的标称频率为50Hz或者60Hz。最大试验电压具有两倍的电气设备额定电源电压值或1000V,应取其中的较大者。最大试验电压应施加在动力电路导线和保护联结电路之间1s时间，如果未出现击穿放电则满足要求。不宜施加试验电压的元件和器件应在试验期间断开或采取必要的保护措施。5.3功能安全试验设备的安全电路的功能应进行检验。5.4重复试验如设备的一部分有变动或者改进，该部分应重新检验和试验。用目测法对数字控制器包装进行检验，其检查结果应符合6.1的有关规定。5.6随机文件的完整性检查交收检验合格的数字控制器，其随机文件内容及完整性应符合4.8的有关规定。6包装与储运包装箱宜采用瓦楞纸箱且牢固可靠，有防潮湿、防振、防碰撞的措施。包装箱上应有“小心轻放、向上、怕雨、堆码层数极限”等图形标志，所有标志均应清楚、明显、牢固。标志应符合GB/T191-2008的包装箱上应注明：产品型号、名称、出厂编号、数量、发货单位、收货单位、发站、到站、重量和尺寸等信息。包装应符合GB/T13384-2008的规定。数控产品应放置在通风干燥的库房内，避免有害物质影响。数字控制器宜定期通电。对存放期超过一年的产品，应重新做出厂检验，合格后才能出厂。储存条件应符合4.4.2的规定。包装好的产品应适应公路、铁路、航运、航空等运输。产品不应在露天环境中运输。运输中应注意防雨雪、防尘和机械损伤。运输条件应符合4.4.2的规定。7存储器电池要求7.1数字控制器的存储器电池零件程序偏移量和系统参数都存储在控制单元的存储器中，数字控制器的控制单元应提供以电池为电源的备用电源。更换电池时应保持电源接通。7.2绝对脉冲编码器电池绝对脉冲编码器所存储的绝对位置信息存储在编码器的存储器中，应提供以电池为电源的备用电源。更换电池时应保持电源接通。8故障诊断与处理8.1故障处理流程故障处理流程如图1所示，包括：——故障确认，确认故障现象、故障发生时刻、进行何种操作导致故障出现等，确认故障发生及故——故障处理，通过更换部件、升级软件(固件)等，修复故障；——恢复现场，恢复系统正常运行。8.2故障诊断基本要求应检查在什么时间出现故障、故障出现的频率、进行了什么操作导致故障出现等。具体包括：a)什么时候出现故障：·是否出现雷击电源故障或其它电源干扰。·出现多次每小时每天或每月多少次。c)数字控制器的操作方式：d)程序操作过程中：e)同样的操作是否引起同样的故障：·数据输入/输出时出现。8.3进给轴伺服驱动故障诊断及处理8.3.1进给轴伺服驱动故障现象：——在低进给速度和高进给速度时均出现；——只对某个轴发生该故障在断开电缆情况下；——在报警显示界面上显示的是什么报警；——显示界面是否正确；——如果加工尺寸不正确：·显示界面上的位置显示是否正确；8.3.2进给轴伺服驱动故障的基本诊断：——自动操作是否可以执行；——检查手动操作是否可以执行；——检查机床操作面板上循环起动信号灯的状态；——检查数字控制器的状态；——机床是否有噪声源；——如果故障没有频繁地出现则原因可能是电源的外部噪声或机械电缆的感应，噪声操作使用同一电源的其它机床并查看其他机床的操作与发生的故障之间是否有关系。——电压是否有变化；——各相电压是否有异；——供应的是否为标准电压。——控