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數(shù)控機(jī)床的安全系統(tǒng)改造

文檔作者：高健文檔來源：羅克韋爾自動(dòng)化(中國(guó))有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月02日
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專欄
 olumn自動(dòng)化與安全
羅克韋爾自動(dòng)化(中國(guó))有限公司高健
數(shù)控機(jī)床的安全系統(tǒng)改造
 Safety Reformation of CNC Machine
需要制定相應(yīng)的安全策略。通過執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)降低兩個(gè)步
摘要:針對(duì)缺乏安全系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床,分析增加安全系統(tǒng)的必要性。通過
驟來完成,參見圖1安全策略
正確合理的設(shè)計(jì),通過增加各種安全設(shè)置,可以避免因操作者失誤而引起
的事故,增加了數(shù)控機(jī)床的安全性和可靠性
關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床;安全系統(tǒng)安全策略Smartguard
 Abstract: For lack of security systems of CNC machine tools, analyzes the need
風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
 for in
 y of the system. Through proper rational design, by adding
分清工作場(chǎng)所內(nèi)的所有機(jī)械設(shè)備
 a variety of security settings to avoid accidents caused by operator error,an
咨詢相關(guān)
 increase of CNC machine safety and reliability
信息與專業(yè)
 Key words: CNC machihe; Safety: Safety Strategy; Smartguard
機(jī)械局限性
您能預(yù)見所有
的
機(jī)械運(yùn)行
用情
況嗎
危險(xiǎn)識(shí)別
分清每種危險(xiǎn)情況一
然后針對(duì)每種危險(xiǎn)
1引言
隨著數(shù)控機(jī)床在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用,安全生產(chǎn)問題成為重中
根據(jù)險(xiǎn)情況評(píng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)
之重。安全功能的應(yīng)用在發(fā)達(dá)國(guó)家已十分普遍,達(dá)不到安全等級(jí)
風(fēng)險(xiǎn)降低
的設(shè)備是不能用于生產(chǎn)的。在我國(guó)正在用于生產(chǎn)的機(jī)床,很多都
通過重新設(shè)計(jì)或者
超過二十年甚至三十年,基本沒有任何安全防護(hù)措施,有很大的
風(fēng)險(xiǎn)估算
增加措施消除危險(xiǎn)
風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別是否可以接受
隱患。對(duì)這類機(jī)床進(jìn)行安全升級(jí)改造,從而保障操作者的生產(chǎn)安
全,同時(shí)員工的穩(wěn)定也給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。
是否對(duì)安全措施1
確定這種安全措施
進(jìn)行分析,是否證明
一適合機(jī)械及其使用類型
安全施正確,充分
2安全控制系統(tǒng)方案
數(shù)控機(jī)床的安全控制系統(tǒng)為日常的生產(chǎn)和維護(hù)工程提供防
結(jié)束以上過程
安全策略
護(hù),要提高原設(shè)備的安全性及可靠性,最大程度保護(hù)操作人員的
出外
安全,防止事故的發(fā)生。一且數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)意外而導(dǎo)致危險(xiǎn),安
圖安全策略
全系統(tǒng)立刻輸出信號(hào),停止設(shè)備的運(yùn)行,以避免發(fā)生危險(xiǎn)
通過改造,增加安全系統(tǒng)從而降低風(fēng)險(xiǎn):
數(shù)控機(jī)床種類繁多,其風(fēng)險(xiǎn)程度不盡相同,對(duì)安全的要求也
(1)供電的控制,保證能在緊急狀態(tài)下切斷動(dòng)力電源
不同。羅克韋爾自動(dòng)化提供全面的機(jī)器安全服務(wù),在設(shè)計(jì)之初,
(2)增加安全門鎖、安全光幕、急停裝置等設(shè)備,提高安
54
全性;
器,其目的是防止人員受到與機(jī)器運(yùn)動(dòng)相關(guān)的傷害。光幕與機(jī)械
(3)在一些特殊操作如對(duì)刀時(shí),需要屏蔽一部分安全措施,防護(hù)相比,生產(chǎn)效率更高,是更加符合人體工程學(xué)設(shè)計(jì)的合理解
這時(shí)需要使用使能開關(guān),以保證安全,并在機(jī)床上放置指示燈,
決方案。它們非常適合于人員需要頻繁和快速接近操作危險(xiǎn)點(diǎn)的
在此操作期間,指示燈閃爍報(bào)警。
應(yīng)用情況。
以一臺(tái)滾齒機(jī)為例,本設(shè)備原安全等級(jí)1級(jí),評(píng)估后,需要
為方便使用及維護(hù),選用集成了激光對(duì)準(zhǔn)功能的 GuardShiel
提升至3級(jí)以上,制定方案更改急?；芈?增加安全門鎖、安全光安全光幕,可以方便快捷的進(jìn)行安裝、調(diào)試
幕,控制器采用 SmartGuard600,輸出采用100s-C安全接觸器。
(2)安全地毯
圖2為等級(jí)3方框圖
安全地毯用于對(duì)機(jī)器周圍地面區(qū)域提供安全防護(hù)。一地毯放
輸入接線邏輯接線輸出
置在危險(xiǎn)區(qū)域周圍,對(duì)其施加壓力(如踩在地毯上)將使安全地毯
控制器單元關(guān)閉危險(xiǎn)源的電源。
合理可行
 MatGuard安全地毯易于應(yīng)用和維護(hù),可經(jīng)受高壓沖洗,不易
故障檢測(cè)
受死角影響。作為相對(duì)較小區(qū)域的理想解決方案, MatGuard產(chǎn)品
輸入邏輯輸出
還具有高度的應(yīng)用靈活性:安全地毯翻轉(zhuǎn)過來亦可使用,可與控
制器直接、微型、快速地連接。
圖2等級(jí)3方框圖
(3)安全觸邊
根據(jù)要求,所有安全設(shè)備的輸入為雙回路,輸出也為雙回路
參見圖4,安全觸邊一般安裝在可移動(dòng)部件邊緣上,如果移
且?guī)Х答佇盘?hào)。其中,急停回路改為雙回路,前門增加帶鎖定功動(dòng)的部件沖撞到操作員,柔性觸邊將被擠壓,并發(fā)出關(guān)閉危險(xiǎn)電
能安全門鎖,側(cè)面放件門需要經(jīng)常開門操作,故放置安全光幕。源的命令。安全觸邊還可以用于防護(hù)有操作員卷入風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)械設(shè)
設(shè)置兩級(jí)電源控制,前門打開,停設(shè)備運(yùn)動(dòng)部件電源,急停備。如果操作員被機(jī)器絆住,按壓觸邊即可關(guān)閉機(jī)器電源。
或觸發(fā)光幕后,切斷設(shè)備動(dòng)力電源。輸出采用雙接觸器串聯(lián),以
保證能切斷電源,并且取其常閉點(diǎn)做反饋信號(hào)。
導(dǎo)電橡膠
柔性導(dǎo)線
3安全系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
參見圖3,此安全系統(tǒng)通常由三個(gè)部分組成:(1)用于檢測(cè)
人員接近危險(xiǎn)區(qū)域的輸入設(shè)備,(2)用于處理檢測(cè)設(shè)備的信號(hào)、
檢查安全系統(tǒng)狀態(tài)以及打開或關(guān)閉輸出設(shè)備的邏輯設(shè)備:(3)用
絕緣橡膠
于控制執(zhí)行器(例如,電機(jī))的輸出設(shè)備
圖4 Safedge安全觸邊示意圖
輸入邏輯輸出
如平面磨床左右移動(dòng)范圍較大,且四周安裝護(hù)欄需要占用大
量空間,較為不便,可在磨床平臺(tái)移動(dòng)的方向上安裝 Safedge安全
圖3簡(jiǎn)單安全系統(tǒng)方框圖觸邊。其易于安裝和維護(hù),可承受高壓沖洗,有多種輪廓尺寸可
3.1防護(hù)門鎖
選擇。 Safedge需要連接到專用安全繼電器,可再連接到其它安全
帶有防護(hù)門的數(shù)控機(jī)床一般在工作中都是關(guān)閉狀態(tài),在門上系統(tǒng)
加裝帶有鎖定功能的安全門鎖。檢測(cè)到防護(hù)門關(guān)閉,機(jī)床允許工
33急停裝置
作,工作過程中,防護(hù)門鎖定
(1)急停按鈕
數(shù)控機(jī)床工作門一般為滑門,檢修門有滑門也有折頁門。
數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用最多的急停裝置是急停按鈕,急停裝置被視
440GTLS-GD2型保護(hù)鎖開關(guān),帶有鎖定功能,高達(dá)2000N的存為輔助安全防護(hù)設(shè)備。不能將其視為主要安全防護(hù)設(shè)備,因?yàn)樗?
力矩,頭部可旋轉(zhuǎn),方便安裝,非常適合安裝在機(jī)床門上。
們既不能防止人員接近危險(xiǎn)區(qū)域,也不能檢測(cè)到是否有人員接近
3.2檢測(cè)設(shè)備
危險(xiǎn)區(qū)域
(1)安全光幕
急停按鈕通常為黃色背景的紅色蘑菇頭型按鈕,操作員可以
安全光幕多數(shù)被簡(jiǎn)單地描述為專門設(shè)計(jì)的光電有無檢測(cè)傳感在發(fā)生緊急情況時(shí)按下該按鈕機(jī)器周圍要放置足夠數(shù)量的急停
55
工
 Column
自動(dòng)化與安全
按鈕,以確保有一個(gè)急停按鈕在操作范圍內(nèi)
都添加了一些專門的功能,機(jī)械連接式常閉觸點(diǎn)的作用是向邏輯
(2)雙手控制按鈕
設(shè)備反饋控制繼電器和接觸器的狀態(tài)。要滿足機(jī)械連接觸點(diǎn)的要
雙手控制是在機(jī)器處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)防止人員接近的常用方
求,常閉和常開觸點(diǎn)不可同時(shí)處于閉合狀態(tài)。如果常開觸點(diǎn)發(fā)生
法。兩個(gè)控制裝置必須同時(shí)操作(前后間隔在0.5s內(nèi))才能啟動(dòng)機(jī)
器。這可確保操作員的雙手都放在安全位置(即在雙手控制裝置
上),因此不會(huì)接觸到危險(xiǎn)區(qū)域。在危險(xiǎn)情況下,控制裝置必須持求,產(chǎn)品上便會(huì)有如圖5所示的標(biāo)志。
續(xù)操作。當(dāng)釋放任何一個(gè)控制裝置時(shí),機(jī)器必須停止,必須也釋
放另一個(gè)控制裝置才能重啟機(jī)器。
機(jī)械連接觸
防止觸碰銜鐵的窗口
點(diǎn)符號(hào)
(3)拉線開關(guān)
有些含傳送帶且處于開放空間的設(shè)備,沿危險(xiǎn)區(qū)域使用拉線
裝置作為急停裝置通常更為方便有效。這些拉線設(shè)備將鋼纜索連
接到可鎖定拉線開關(guān),以便在傳送帶沿線位置以任意方向拉緊鋼
圖5 Bulletin100型安全接觸器示意圖
纜索時(shí)都觸發(fā)開關(guān),從而切斷機(jī)器電源。
 Bulletin100安全接觸器配有強(qiáng)制斷開型機(jī)械連接觸點(diǎn)
通過選用獨(dú)特的 Lifeline纜索張緊系統(tǒng)(lrts, Lifeline Rope安全應(yīng)用的反饋回路中通常需要用到這些觸點(diǎn)電源觸點(diǎn)熔接
 Tensioner System),可以實(shí)現(xiàn)快速安裝。
時(shí),機(jī)械連接的常閉輔助觸點(diǎn)的狀態(tài)不會(huì)改變。此外,鍍金的
(4)使能開關(guān)
輔助觸點(diǎn)非常適合低功耗應(yīng)用或串聯(lián)有多個(gè)常閉輔助觸點(diǎn)的反
使能設(shè)備是允許操作員在危險(xiǎn)仍然存在的情況下進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)饋控制電路。
域的控制裝置,但前提是操作員將使能設(shè)備保持在執(zhí)行位置。例
如數(shù)控機(jī)床在更換加工品種后,需要進(jìn)行對(duì)刀操作,有些老式機(jī)
4安全系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)
床,沒有觀察孔,或觀察孔無法看清刀具位置,此時(shí)需要在防護(hù)
數(shù)控機(jī)床安全改造后的基本生產(chǎn)流程如圖6所示,安全改造
門打開的狀態(tài)下,先按住使能開關(guān),再點(diǎn)動(dòng)機(jī)床,機(jī)床可以在相后,設(shè)備的安全功能都正常,才可開始生產(chǎn)生產(chǎn)過程中,安全
對(duì)安全的低速狀態(tài)下運(yùn)行如果此過程中出現(xiàn)意外,立即松開使系統(tǒng)報(bào)警如光幕被觸發(fā),機(jī)床會(huì)停止,直到恢復(fù)正常
能開關(guān),可停止設(shè)備的運(yùn)行
加工準(zhǔn)備
3.4邏輯單元
主要分為安全繼電器和安全PLC兩大類,一些簡(jiǎn)單的機(jī)床可
以通過安全繼電器實(shí)現(xiàn),對(duì)需要搭建一定的邏輯復(fù)雜數(shù)控機(jī)床,
 SmartGuard600是其最好的選擇 SmartGuard600是專為需要某
設(shè)備在
安全狀態(tài)
些復(fù)雜邏輯的應(yīng)用而設(shè)計(jì)的一體化安全控制器。它同時(shí)集成了16
個(gè)安全輸入和8個(gè)安全輸出以及一個(gè)嵌入式 DeviceNet通信端口,
可選一個(gè) EtherNetIP接口,通過使用 DeviceNet通信端口,可以
擴(kuò)展其它安全O模塊,包括179 9IDS CompactBlock Guard/O和
加工開始
173 2DS2 ArmorBlock Guard,同時(shí)還可以通過1734-PDN模塊
控制1734 POINT Guard模塊此外, SmartGuard600控制器還
可以在 DeviceNet EtherNet/P網(wǎng)絡(luò)中與標(biāo)準(zhǔn)PLC和HMI進(jìn)行通
信。 SmartGuard600控制 RSNetworx器使用 for DeviceNet軟件進(jìn)行
加工過程正否人為或機(jī)器造成中
斷后,處理問題
編程,其組態(tài)和編程可通過 EtherNetp DeviceNet或內(nèi)置USB端
口完成。
是
3.5輸出設(shè)備
輸出設(shè)備采用安全控制繼電器和安全接觸器,其作用是切
加工完成
斷執(zhí)行器的電源。為達(dá)到一定的安全級(jí)別,控制繼電器和接觸器
圖6安全生產(chǎn)流程圖
56a
(上接47頁)
在滾齒機(jī)改造后,急停拉出,安全門到位,光幕未觸發(fā),此
4利用封口機(jī)虛擬對(duì)象進(jìn)行程序開發(fā)
時(shí)可開始生產(chǎn)。
利用封口機(jī)虛擬對(duì)象可以進(jìn)行相應(yīng)的程序開發(fā),比如對(duì)于溫
急停功能:緊急情況下,按下急停,接觸器切斷設(shè)備動(dòng)力電度控制來說,既可以采用傳統(tǒng)的D控制,也可以采用簡(jiǎn)單的ON
源,停止設(shè)備,延時(shí)后解鎖前門
OFF控制圖4所示為封口機(jī)溫度ON-OFF控制的部分程序。
安全門鎖:正常生產(chǎn)時(shí),安全門鎖處于鎖定狀態(tài)。機(jī)床完成
一個(gè)流程,且處于停止?fàn)顟B(tài),會(huì)自動(dòng)解鎖前門,此時(shí)可打開前門
操作
安全光幕:光幕觸發(fā)后,會(huì)切斷設(shè)備動(dòng)力電源,恢復(fù)正常狀
態(tài)后,手動(dòng)進(jìn)行復(fù)位才可再次起動(dòng)設(shè)備。
改造后的安全控制系統(tǒng),在原有的幾處危險(xiǎn)源,都增加了
安全防護(hù)裝置,保證了設(shè)備的安全生產(chǎn)。并且輸出回路的反饋及1
 SmartGuard對(duì)輸入信號(hào)的監(jiān)測(cè),可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、排查故障,從而
保證安全系統(tǒng)的正常運(yùn)行。安全系統(tǒng)程序如圖7所示。
圖7安全系統(tǒng)程序
5結(jié)語
通過對(duì)數(shù)控機(jī)床的安全系統(tǒng)升級(jí)改造,給操作、維護(hù)人員
圖4封口機(jī)溫度控制編程
帶來更高的安全保障,減少勞動(dòng)損失,有效降低企業(yè)的安全運(yùn)營(yíng)
5結(jié)語
風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)床安全性的提高,是整個(gè)行業(yè)的趨勢(shì),同時(shí)也是企業(yè)的
在虛擬對(duì)象中,數(shù)據(jù)層傳遞的是信號(hào)狀態(tài)數(shù)據(jù),接收的是控制
責(zé)任和義務(wù)。安全生產(chǎn)除了硬件上的投資,還要加強(qiáng)安全思想教1數(shù)據(jù),在程序中通過建立對(duì)象變量與控制系統(tǒng)變量的對(duì)應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)
育,從根本上杜絕事故的發(fā)生
數(shù)據(jù)通信。通信方式非常簡(jiǎn)單,就是將控制層的輸出數(shù)據(jù)賦給數(shù)據(jù)
層的輸入數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)層的輸出數(shù)據(jù)賦給控制層的輸入數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)
參考文獻(xiàn):
賦值可用腳本 Script編程方式實(shí)現(xiàn),如本案例所闡述的一樣。
 Rockwell Automation安全產(chǎn)品目錄2011
2] Rockwell Automation安全操作手冊(cè)3-與安全的有關(guān)的機(jī)械控制系統(tǒng)/原
理、標(biāo)準(zhǔn)與執(zhí)行Z2009
參考文獻(xiàn):
李方園自動(dòng)化綜合實(shí)踐[M]北京:中國(guó)電力出版社,2009
作者簡(jiǎn)介
作者簡(jiǎn)介
高健(1982-),男,河北泊頭人,本科,助理工程師,現(xiàn)就職
李方園(1973-),男,浙江舟山人,高級(jí)工程師,畢業(yè)于浙
于羅克韋爾自動(dòng)化(中國(guó))有限公司CSM部門
江工業(yè)大學(xué)信息學(xué)院工程碩士專業(yè),長(zhǎng)期從事于變頻器等現(xiàn)代工
控產(chǎn)品的應(yīng)用與研究工作,現(xiàn)就職于浙江工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院。
 2014.6 AUTOMATION
A57

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