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機(jī)械開關(guān)

安全門上安裝的獨立開關(guān)是否需要機(jī)械冗余？

針對單通道機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)械開關(guān)（簧片開關(guān)或滾輪開關(guān)等），應(yīng)確認(rèn)其技術(shù)文檔是否有關(guān)于機(jī)械性能保證的描述。當(dāng)存在雙通道電氣元件時，這一點尤為重要。

如果沒有制造商的明確確認(rèn)，那么這些開關(guān)機(jī)械部分的故障排除應(yīng)由用戶來證明。需要知道的是，這通常是很難實現(xiàn)的，比如，磨損、振動、腐蝕或不適當(dāng)?shù)臋C(jī)械應(yīng)力對設(shè)備的影響就很難評估。要想達(dá)到PLd或PLe，必須同時安裝兩個機(jī)械門開關(guān)。

圖1 需主動干預(yù)的生產(chǎn)區(qū)域監(jiān)控

非接觸式開關(guān)

對于磁性開關(guān)和RFID接近開關(guān)來說，其設(shè)計原則是：單獨的機(jī)械故障不會導(dǎo)致整個安全功能的丟失，安裝一個雙通道磁性開關(guān)或者一個帶有冗余OSSD輸出的RFID開關(guān)就能達(dá)到PLd或PLe。

使用磁性開關(guān)（帶勵磁觸點）時，如果同時使用一對開關(guān)和安全繼電器，而兩者之間的相互適用性沒有經(jīng)過制造商的檢驗。那么使用者必須確保開關(guān)內(nèi)的峰值電流不會造成繼電器等電器單元的過早磨損。

假設(shè)安全電路發(fā)生的最大峰值電流為Is，開關(guān)允許的峰值電流為Ismax，所有串聯(lián)開關(guān)的允許峰值電流的最小值必須大于或等于Is。

RSmin(i)：開關(guān)i最小的內(nèi)部阻抗

ISmax：開關(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(nèi)部阻抗

Is：最大的切換電流

而機(jī)械開關(guān)和OSSD輸出的開關(guān)不會發(fā)生過早磨損的問題，因為它們的磨損主要取決于平均電流和熱性能。

主動型的光電保護(hù)設(shè)備

主動型的光電保護(hù)設(shè)備包括光柵、激光掃描儀、安全照相系統(tǒng)和壓敏地毯等。

光柵：在需要主動干預(yù)的生產(chǎn)過程，光柵為設(shè)備和機(jī)械進(jìn)行最佳保護(hù)，提供符合EN/IEC 61496-1的手指、手部或身體保護(hù)功能。

激光掃描儀：激光光束掃描需要監(jiān)控的區(qū)域，如果光束被異物反射，掃描儀檢測到異常，將中斷危險的動作。通常激光掃描儀只能覆蓋比較小的區(qū)域，如果保護(hù)區(qū)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(tǒng)：目前行業(yè)內(nèi)最新的發(fā)展是安全照相系統(tǒng)，可自由配置保護(hù)區(qū)大小，相對于簡單的傳感器，它們可以記錄并分析整個監(jiān)控區(qū)域的詳細(xì)信息，安全監(jiān)控有潛在危險的工作過程，保護(hù)員工和機(jī)器。

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

雙手控制設(shè)備：在工作站上應(yīng)用雙手控制設(shè)備，使操作者的雙手處于占用狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時，雙手就會遠(yuǎn)離危險區(qū)。

圖2 安全掃描儀和安全照相機(jī)

電敏保護(hù)設(shè)備的重要信息

1）機(jī)器的重啟：一旦安全防護(hù)設(shè)備被激活，機(jī)器就不能被自動重啟，直到保護(hù)區(qū)域具備重啟條件。機(jī)器的重啟必須通過危險區(qū)外部的可視化設(shè)備進(jìn)行復(fù)位。 

2）危險區(qū)后部的入侵：除了對危險區(qū)正面加裝保護(hù)之外，也有必要考慮從設(shè)備上方、下方或周圍移動的可能性，以及從保護(hù)區(qū)后方入侵的可能性。可以加裝純機(jī)械保護(hù)裝置或者光柵等用來避免后方入侵。

3）屏蔽：電敏保護(hù)設(shè)備暫時的，自動的停止，以便在不中斷生產(chǎn)過程的情況下允許物料進(jìn)出危險區(qū)。屏蔽傳感器的安裝位置必須正確，確保當(dāng)物料通過保護(hù)區(qū)時，控制器只啟動屏蔽功能，使保護(hù)設(shè)備暫時停止，同時，一旦檢測到有人進(jìn)入了保護(hù)區(qū)，危險運(yùn)動將立即停止。

圖3 4個屏蔽傳感器實現(xiàn)屏蔽功能

4）安全距離：如果危險工作區(qū)很容易被靠近，而且機(jī)器本身無法對危險做出及時反應(yīng)（比如焊接和磨削過程），需要安裝主動型的光電保護(hù)設(shè)備。

如果安全圍欄的安全門被打開，有人進(jìn)入了危險區(qū)，但是機(jī)器仍在減速或制動的過程中，而且機(jī)器的制動時間相對較長，而人接近的速度又足夠快，這種情況下，就有可能會發(fā)生危險的后果。

為了確保在人靠近之前危險動作完全關(guān)閉，必須在適當(dāng)?shù)木嚯x安裝保護(hù)設(shè)備。根據(jù)EN ISO13855，對安全距離的定義如下：

S=Kx(t1+t2)+C，其中，

t1：保護(hù)設(shè)備的響應(yīng)時間；

t2：機(jī)器的響應(yīng)時間；

C：保護(hù)設(shè)備無法檢測的靠近危險區(qū)的潛在可能性，比如從光幕的兩束光線中穿過未被檢測到，取決于光線之間的距離；

K：人體或人體某個部分靠近的速度，在EN ISO 13855中定義為1,600mm/s，手的速度是2,000mm/s。

打開門所需的時間需要減掉，因為沒有參考標(biāo)準(zhǔn)，可以通過理論上的時間長度或者實踐計時來確定。

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