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數(shù)控機床的安全系統(tǒng)改造

文檔作者：高健文檔來源：羅克韋爾自動化(中國)有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月02日
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專欄
 olumn自動化與安全
羅克韋爾自動化(中國)有限公司高健
數(shù)控機床的安全系統(tǒng)改造
 Safety Reformation of CNC Machine
需要制定相應的安全策略。通過執(zhí)行風險評估和風險降低兩個步
摘要:針對缺乏安全系統(tǒng)的數(shù)控機床,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
正確合理的設計,通過增加各種安全設置,可以避免因操作者失誤而引起
的事故,增加了數(shù)控機床的安全性和可靠性
關(guān)鍵詞:數(shù)控機床;安全系統(tǒng)安全策略Smartguard
 Abstract: For lack of security systems of CNC machine tools, analyzes the need
風險評估
 for in
 y of the system. Through proper rational design, by adding
分清工作場所內(nèi)的所有機械設備
 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
機械局限性
您能預見所有
的
機械運行
用情
況嗎
危險識別
分清每種危險情況一
然后針對每種危險
1引言
隨著數(shù)控機床在工業(yè)中的廣泛應用,安全生產(chǎn)問題成為重中
根據(jù)險情況評風險等級
之重。安全功能的應用在發(fā)達國家已十分普遍,達不到安全等級
風險降低
的設備是不能用于生產(chǎn)的。在我國正在用于生產(chǎn)的機床,很多都
通過重新設計或者
超過二十年甚至三十年,基本沒有任何安全防護措施,有很大的
風險估算
增加措施消除危險
風險級別是否可以接受
隱患。對這類機床進行安全升級改造,從而保障操作者的生產(chǎn)安
全,同時員工的穩(wěn)定也給企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。
是否對安全措施1
確定這種安全措施
進行分析,是否證明
一適合機械及其使用類型
安全施正確,充分
2安全控制系統(tǒng)方案
數(shù)控機床的安全控制系統(tǒng)為日常的生產(chǎn)和維護工程提供防
結(jié)束以上過程
安全策略
護,要提高原設備的安全性及可靠性,最大程度保護操作人員的
出外
安全,防止事故的發(fā)生。一且數(shù)控機床出現(xiàn)意外而導致危險,安
圖安全策略
全系統(tǒng)立刻輸出信號,停止設備的運行,以避免發(fā)生危險
通過改造,增加安全系統(tǒng)從而降低風險:
數(shù)控機床種類繁多,其風險程度不盡相同,對安全的要求也
(1)供電的控制,保證能在緊急狀態(tài)下切斷動力電源
不同。羅克韋爾自動化提供全面的機器安全服務,在設計之初,
(2)增加安全門鎖、安全光幕、急停裝置等設備,提高安
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全性;
器,其目的是防止人員受到與機器運動相關(guān)的傷害。光幕與機械
(3)在一些特殊操作如對刀時,需要屏蔽一部分安全措施,防護相比,生產(chǎn)效率更高,是更加符合人體工程學設計的合理解
這時需要使用使能開關(guān),以保證安全,并在機床上放置指示燈,
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點的
在此操作期間,指示燈閃爍報警。
應用情況。
以一臺滾齒機為例,本設備原安全等級1級,評估后,需要
為方便使用及維護,選用集成了激光對準功能的 GuardShiel
提升至3級以上,制定方案更改急停回路,增加安全門鎖、安全光安全光幕,可以方便快捷的進行安裝、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3方框圖
安全地毯用于對機器周圍地面區(qū)域提供安全防護。一地毯放
輸入接線邏輯接線輸出
置在危險區(qū)域周圍,對其施加壓力(如踩在地毯上)將使安全地毯
控制器單元關(guān)閉危險源的電源。
合理可行
 MatGuard安全地毯易于應用和維護,可經(jīng)受高壓沖洗,不易
故障檢測
受死角影響。作為相對較小區(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3方框圖
(3)安全觸邊
根據(jù)要求,所有安全設備的輸入為雙回路,輸出也為雙回路
參見圖4,安全觸邊一般安裝在可移動部件邊緣上,如果移
且?guī)Х答佇盘枴Ｆ渲?急停回路改為雙回路,前門增加帶鎖定功動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有操作員卷入風險的機械設
設置兩級電源控制,前門打開,停設備運動部件電源,急停備。如果操作員被機器絆住,按壓觸邊即可關(guān)閉機器電源。
或觸發(fā)光幕后,切斷設備動力電源。輸出采用雙接觸器串聯(lián),以
保證能切斷電源,并且取其常閉點做反饋信號。
導電橡膠
柔性導線
3安全系統(tǒng)的硬件設計
參見圖3,此安全系統(tǒng)通常由三個部分組成:(1)用于檢測
人員接近危險區(qū)域的輸入設備,(2)用于處理檢測設備的信號、
檢查安全系統(tǒng)狀態(tài)以及打開或關(guān)閉輸出設備的邏輯設備:(3)用
絕緣橡膠
于控制執(zhí)行器(例如,電機)的輸出設備
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范圍較大,且四周安裝護欄需要占用大
量空間,較為不便,可在磨床平臺移動的方向上安裝 Safedge安全
圖3簡單安全系統(tǒng)方框圖觸邊。其易于安裝和維護,可承受高壓沖洗,有多種輪廓尺寸可
3.1防護門鎖
選擇。 Safedge需要連接到專用安全繼電器,可再連接到其它安全
帶有防護門的數(shù)控機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。檢測到防護門關(guān)閉,機床允許工
33急停裝置
作,工作過程中,防護門鎖定
(1)急停按鈕
數(shù)控機床工作門一般為滑門,檢修門有滑門也有折頁門。
數(shù)控機床上應用最多的急停裝置是急停按鈕,急停裝置被視
440GTLS-GD2型保護鎖開關(guān),帶有鎖定功能,高達2000N的存為輔助安全防護設備。不能將其視為主要安全防護設備,因為它
力矩,頭部可旋轉(zhuǎn),方便安裝,非常適合安裝在機床門上。
們既不能防止人員接近危險區(qū)域,也不能檢測到是否有人員接近
3.2檢測設備
危險區(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)被簡單地描述為專門設計的光電有無檢測傳感在發(fā)生緊急情況時按下該按鈕機器周圍要放置足夠數(shù)量的急停
55
工
 Column
自動化與安全
按鈕,以確保有一個急停按鈕在操作范圍內(nèi)
都添加了一些專門的功能,機械連接式常閉觸點的作用是向邏輯
(2)雙手控制按鈕
設備反饋控制繼電器和接觸器的狀態(tài)。要滿足機械連接觸點的要
雙手控制是在機器處于危險狀態(tài)時防止人員接近的常用方
求,常閉和常開觸點不可同時處于閉合狀態(tài)。如果常開觸點發(fā)生
法。兩個控制裝置必須同時操作(前后間隔在0.5s內(nèi))才能啟動機
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),因此不會接觸到危險區(qū)域。在危險情況下,控制裝置必須持求,產(chǎn)品上便會有如圖5所示的標志。
續(xù)操作。當釋放任何一個控制裝置時,機器必須停止,必須也釋
放另一個控制裝置才能重啟機器。
機械連接觸
防止觸碰銜鐵的窗口
點符號
(3)拉線開關(guān)
有些含傳送帶且處于開放空間的設備,沿危險區(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
纜索時都觸發(fā)開關(guān),從而切斷機器電源。
 Bulletin100安全接觸器配有強制斷開型機械連接觸點
通過選用獨特的 Lifeline纜索張緊系統(tǒng)(lrts, Lifeline Rope安全應用的反饋回路中通常需要用到這些觸點電源觸點熔接
 Tensioner System),可以實現(xiàn)快速安裝。
時,機械連接的常閉輔助觸點的狀態(tài)不會改變。此外,鍍金的
(4)使能開關(guān)
輔助觸點非常適合低功耗應用或串聯(lián)有多個常閉輔助觸點的反
使能設備是允許操作員在危險仍然存在的情況下進入危險區(qū)饋控制電路。
域的控制裝置,但前提是操作員將使能設備保持在執(zhí)行位置。例
如數(shù)控機床在更換加工品種后,需要進行對刀操作,有些老式機
4安全系統(tǒng)的程序設計
床,沒有觀察孔,或觀察孔無法看清刀具位置,此時需要在防護
數(shù)控機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),再點動機床,機床可以在相后,設備的安全功能都正常,才可開始生產(chǎn)生產(chǎn)過程中,安全
對安全的低速狀態(tài)下運行如果此過程中出現(xiàn)意外,立即松開使系統(tǒng)報警如光幕被觸發(fā),機床會停止,直到恢復正常
能開關(guān),可停止設備的運行
加工準備
3.4邏輯單元
主要分為安全繼電器和安全PLC兩大類,一些簡單的機床可
以通過安全繼電器實現(xiàn),對需要搭建一定的邏輯復雜數(shù)控機床,
 SmartGuard600是其最好的選擇 SmartGuard600是專為需要某
設備在
安全狀態(tài)
些復雜邏輯的應用而設計的一體化安全控制器。它同時集成了16
個安全輸入和8個安全輸出以及一個嵌入式 DeviceNet通信端口,
可選一個 EtherNetIP接口,通過使用 DeviceNet通信端口,可以
擴展其它安全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)絡中與標準PLC和HMI進行通
信。 SmartGuard600控制 RSNetworx器使用 for DeviceNet軟件進行
加工過程正否人為或機器造成中
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輸出設備
輸出設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。為達到一定的安全級別,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利用封口機虛擬對象進行程序開發(fā)
時可開始生產(chǎn)。
利用封口機虛擬對象可以進行相應的程序開發(fā),比如對于溫
急停功能:緊急情況下,按下急停,接觸器切斷設備動力電度控制來說,既可以采用傳統(tǒng)的D控制,也可以采用簡單的ON
源,停止設備,延時后解鎖前門
OFF控制圖4所示為封口機溫度ON-OFF控制的部分程序。
安全門鎖:正常生產(chǎn)時,安全門鎖處于鎖定狀態(tài)。機床完成
一個流程,且處于停止狀態(tài),會自動解鎖前門,此時可打開前門
操作
安全光幕:光幕觸發(fā)后,會切斷設備動力電源,恢復正常狀
態(tài)后,手動進行復位才可再次起動設備。
改造后的安全控制系統(tǒng),在原有的幾處危險源,都增加了
安全防護裝置,保證了設備的安全生產(chǎn)。并且輸出回路的反饋及1
 SmartGuard對輸入信號的監(jiān)測,可以及時發(fā)現(xiàn)、排查故障,從而
保證安全系統(tǒng)的正常運行。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
通過對數(shù)控機床的安全系統(tǒng)升級改造,給操作、維護人員
圖4封口機溫度控制編程
帶來更高的安全保障,減少勞動損失,有效降低企業(yè)的安全運營
5結(jié)語
風險。機床安全性的提高,是整個行業(yè)的趨勢,同時也是企業(yè)的
在虛擬對象中,數(shù)據(jù)層傳遞的是信號狀態(tài)數(shù)據(jù),接收的是控制
責任和義務。安全生產(chǎn)除了硬件上的投資,還要加強安全思想教1數(shù)據(jù),在程序中通過建立對象變量與控制系統(tǒng)變量的對應關(guān)系實現(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:
賦值可用腳本 Script編程方式實現(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3-與安全的有關(guān)的機械控制系統(tǒng)/原
理、標準與執(zhí)行Z2009
參考文獻:
李方園自動化綜合實踐[M]北京:中國電力出版社,2009
作者簡介
作者簡介
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,高級工程師,畢業(yè)于浙
于羅克韋爾自動化(中國)有限公司CSM部門
江工業(yè)大學信息學院工程碩士專業(yè),長期從事于變頻器等現(xiàn)代工
控產(chǎn)品的應用與研究工作,現(xiàn)就職于浙江工商職業(yè)技術(shù)學院。
 2014.6 AUTOMATION
A57

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