機械開(kāi)關(guān)

安全門(mén)上安裝的獨立開(kāi)關(guān)是否需要機械冗余？

針對單通道機械執行機構的機械開(kāi)關(guān)（簧片開(kāi)關(guān)或滾輪開(kāi)關(guān)等），應確認其技術(shù)文檔是否有關(guān)于機械性能保證的描述。當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，那么這些開(kāi)關(guān)機械部分的故障排除應由用戶(hù)來(lái)證明。需要知道的是，這通常是很難實(shí)現的，比如，磨損、振動(dòng)、腐蝕或不適當的機械應力對設備的影響就很難評估。要想達到PLd或PLe，必須同時(shí)安裝兩個(gè)機械門(mén)開(kāi)關(guān)。

圖1 需主動(dòng)干預的生產(chǎn)區域監控

非接觸式開(kāi)關(guān)

對于磁性開(kāi)關(guān)和RFID接近開(kāi)關(guān)來(lái)說(shuō)，其設計原則是：?jiǎn)为毜臋C械故障不會(huì )導致整個(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)就能達到PLd或PLe。

使用磁性開(kāi)關(guān)（帶勵磁觸點(diǎn)）時(shí)，如果同時(shí)使用一對開(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。那么使用者必須確保開(kāi)關(guān)內的峰值電流不會(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部阻抗

Is：最大的切換電流

而機械開(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，因為它們的磨損主要取決于平均電流和熱性能。

主動(dòng)型的光電保護設備

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

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

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

安全照相系統：目前行業(yè)內最新的發(fā)展是安全照相系統，可自由配置保護區大小，相對于簡(jiǎn)單的傳感器，它們可以記錄并分析整個(gè)監控區域的詳細信息，安全監控有潛在危險的工作過(guò)程，保護員工和機器。

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

雙手控制設備：在工作站上應用雙手控制設備，使操作者的雙手處于占用狀態(tài)，當設備運行時(shí)，雙手就會(huì )遠離危險區。

圖2 安全掃描儀和安全照相機

電敏保護設備的重要信息

1）機器的重啟：一旦安全防護設備被激活，機器就不能被自動(dòng)重啟，直到保護區域具備重啟條件。機器的重啟必須通過(guò)危險區外部的可視化設備進(jìn)行復位。 

2）危險區后部的入侵：除了對危險區正面加裝保護之外，也有必要考慮從設備上方、下方或周?chē)苿?dòng)的可能性，以及從保護區后方入侵的可能性?？梢约友b純機械保護裝置或者光柵等用來(lái)避免后方入侵。

3）屏蔽：電敏保護設備暫時(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)出危險區。屏蔽傳感器的安裝位置必須正確，確保當物料通過(guò)保護區時(shí)，控制器只啟動(dòng)屏蔽功能，使保護設備暫時(shí)停止，同時(shí)，一旦檢測到有人進(jìn)入了保護區，危險運動(dòng)將立即停止。

圖3 4個(gè)屏蔽傳感器實(shí)現屏蔽功能

4）安全距離：如果危險工作區很容易被靠近，而且機器本身無(wú)法對危險做出及時(shí)反應（比如焊接和磨削過(guò)程），需要安裝主動(dòng)型的光電保護設備。

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

為了確保在人靠近之前危險動(dòng)作完全關(guān)閉，必須在適當的距離安裝保護設備。根據EN ISO13855，對安全距離的定義如下：

S=Kx(t1+t2)+C，其中，

t1：保護設備的響應時(shí)間；

t2：機器的響應時(shí)間；

C：保護設備無(wú)法檢測的靠近危險區的潛在可能性，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，因為沒(méi)有參考標準，可以通過(guò)理論上的時(shí)間長(cháng)度或者實(shí)踐計時(shí)來(lái)確定。

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