國(guó)內(nèi)外的各制造行業(yè)廠商歷來(lái)重視制造過(guò)程中的安全與保護(hù)。隨著產(chǎn)能的不斷提升，廠商對(duì)設(shè)備自動(dòng)化的要求越來(lái)越高，機(jī)器和設(shè)備也越來(lái)越復(fù)雜、速度也越來(lái)越快。因此，廠商對(duì)這些機(jī)器的安全要求也越來(lái)越高。我們既要能夠保證安全、可靠性，又要保證靈活、易維護(hù)性。這就對(duì)安全元器件的正確和合理的設(shè)計(jì)和選擇提出了一定的要求。
　　
　　安全功能在工業(yè)設(shè)備上的使用在發(fā)達(dá)國(guó)家已十分普及，例如，在歐洲有強(qiáng)制的安全標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)不到相應(yīng)安全等級(jí)的設(shè)備不能投產(chǎn)；在美國(guó)則依靠高額的事故賠償來(lái)強(qiáng)制設(shè)備的安全性。通常，我們可以參照以下歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)：
　　
　　EN1050-1996機(jī)械安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)
　　
　　EN292－1：1991機(jī)器安全基本概念與設(shè)計(jì)通則
　　
　　EN954-1機(jī)械安全控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件第1部分設(shè)計(jì)通則
　　
　　EN/IEC60204機(jī)械安全機(jī)械電氣設(shè)備
　　
　　EN/ISO13894機(jī)械的安全控制系統(tǒng)有關(guān)的安全部件
　　
　　EN/IEC61508主要涵蓋了電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)的功能安全
　　
　　EN418緊急制動(dòng)設(shè)備
　　
　　EN1088與保護(hù)裝置有關(guān)的連鎖裝置設(shè)計(jì)和選擇原則
　　
　　EN12415機(jī)床安全小型數(shù)控車床和車削中心
　　
　　EN12417機(jī)床安全加工中心
　　
　　EN12478機(jī)床安全大型數(shù)控車床和車削中心
　　
　　EN692：1996機(jī)械壓力機(jī)安全
　　
　　EN693：2000機(jī)床安全液壓機(jī)
　　
　　EN1550：1997機(jī)床安全工件夾緊用卡盤(pán)設(shè)計(jì)和制造的安全要求
　　
　　在這方面我國(guó)還處于起步階段，很多有一定危險(xiǎn)性的設(shè)備沒(méi)有任何安全保護(hù)措施，這也是工廠事故頻發(fā)的一個(gè)重要原因。隨著國(guó)家對(duì)此重視程度的提高和以人為本理念的逐漸深入人心，設(shè)備的安全性正得到越來(lái)越多的重視。
　　
　　設(shè)備的安全性能由機(jī)械安全防護(hù)和電氣安全控制兩方面組成。機(jī)械安全防護(hù)在本文不做過(guò)多介紹，下面詳細(xì)介紹電氣安全控制的原理及應(yīng)用。
　　
　　安全控制系統(tǒng)必須提供一種高度可靠的安全保護(hù)手段，zui大限度地避免機(jī)器的不安全狀態(tài)、保護(hù)生產(chǎn)裝置和人身安全，防止惡性事故的發(fā)生、減少損失。該系統(tǒng)在開(kāi)車、停車、出現(xiàn)工藝擾動(dòng)以及正常維護(hù)操作期間對(duì)機(jī)器設(shè)備提供安全保護(hù)。一旦當(dāng)機(jī)器設(shè)備本身出現(xiàn)危險(xiǎn)，或由于人為原因而導(dǎo)致危險(xiǎn)時(shí)，系統(tǒng)立即做出反應(yīng)并輸出正確信號(hào)，使機(jī)器安全停車，以阻止危險(xiǎn)的發(fā)生或事故的擴(kuò)散。
　　
　　一套安全控制系統(tǒng)，由安全輸入信號(hào)（即安全功能，如緊急停止信號(hào)、安全門(mén)信號(hào)等）、安全控制模塊（如安全繼電器、安全PLC）、和被控輸出元件（如主接觸器、閥等）三部分組成。
　　
　　要使設(shè)備達(dá)到相應(yīng)的安全等級(jí)就離不開(kāi)必要的安全元件和安全線路，常見(jiàn)的安全元件有急停按鈕、雙手按鈕、安全門(mén)開(kāi)關(guān)、安全光柵等。這些元件通過(guò)線路（一般是雙回路）連接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因?yàn)樗痪邆浒踩δ堋?br />　　
　　具有安全要求的機(jī)器中，普通的繼電器或者PLC被廣泛地作為控制模塊，對(duì)安全功能進(jìn)行監(jiān)控。從表面看來(lái)，這樣的機(jī)器在一定條件下也能夠保證安全性。但是，當(dāng)普通的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界原因?qū)е鹿δ苁r(shí)（如觸點(diǎn)熔焊、電氣短路、處理器紊亂等故障），就會(huì)丟失安全保護(hù)功能，引發(fā)事故。
　　
　　而對(duì)于安全控制模塊，由于其采用冗余、多樣的結(jié)構(gòu)，加之以自我檢測(cè)和監(jiān)控、可靠電氣元件、反饋回路等安全措施，保證在本身缺陷或外部故障的情況下，依然能夠保證安全功能，并且可以及時(shí)的將故障檢測(cè)出來(lái)。從而在zui大程度上保證了整個(gè)安全控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保護(hù)了人和機(jī)器的安全。
　　
　　電氣安全控制的方式大致分為以下幾種：
　　
　　1.用普通繼電器搭建有自鎖和互鎖功能的雙回路線路。這種是zui原始的安全控制方式，能達(dá)到較低的安全等級(jí)。其優(yōu)點(diǎn)是成本低廉，缺點(diǎn)是維護(hù)和改造十分復(fù)雜，無(wú)法監(jiān)控。
　　
　　2.使用安全繼電器搭建安全回路。上個(gè)世紀(jì)隨著安全繼電器的出現(xiàn)，它已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備中。可以用于控制單一安全功能，適用于小型的安全控制系統(tǒng)。其安全輸出通常有繼電器觸點(diǎn)輸出或晶體管輸出。無(wú)論采用何種形式的輸出結(jié)構(gòu)，安全繼電器都能夠保證至少2個(gè)通道進(jìn)行輸出的控制。在一個(gè)輸出通道出現(xiàn)故障的情況下，另外一個(gè)冗余的通道依然能夠保證安全繼電器的安全功能，并且及時(shí)檢測(cè)出故障通道。常見(jiàn)的安全繼電器品牌有皮爾茲、施邁賽等，現(xiàn)在西門(mén)子、歐姆龍等系統(tǒng)集成商也都相繼推出了自己的安全繼電器產(chǎn)品。此控制方式成本適中，能達(dá)到較高的安全等級(jí)，但如果安全元件多線路依然比較復(fù)雜，不適于大型生產(chǎn)線。
　　
　　3.使用安全PLC進(jìn)行安全控制。安全可編程控制器的CPU采用冗余的多處理器結(jié)構(gòu)。各個(gè)處理器之間相互監(jiān)控，一旦出現(xiàn)不一致，立刻使控制器處于安全狀態(tài)，并且發(fā)出報(bào)警信息；同時(shí)，安全可編程控制器對(duì)內(nèi)部的RAM，EPROM，輸入輸出寄存器等元件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且采用特殊的測(cè)試脈沖對(duì)輸入信號(hào)和輸出被控元件進(jìn)行檢測(cè)，一旦出現(xiàn)任何不安全隱患，控制器立刻切換至安全保護(hù)狀態(tài)。安全總線系統(tǒng)適用于大型、離散式的安全控制系統(tǒng)。其原理是在現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)上，采用了一系列的時(shí)間檢測(cè)、地址檢測(cè)、連接檢測(cè)和CRC冗余校驗(yàn)等措施，達(dá)到高的安全等級(jí)。安全PLC是上世紀(jì)末出現(xiàn)的產(chǎn)品，他的優(yōu)點(diǎn)是可編程性能強(qiáng)大，使用安全總線能實(shí)現(xiàn)很高要求的安全控制，但成本較高。
　　
　　4.使用可編程安全繼電器進(jìn)行安全控制?？删幊贪踩^電器是近年推出的安全產(chǎn)品，它介于安全PLC和安全繼電器之間，即具有一定的可編程性，價(jià)格卻不是很高。安全繼電器是一個(gè)多功能、可自由配置的模塊化安全系統(tǒng)。與其他普通安全繼電器不同，可編程安全繼電器的安全電路可在個(gè)人電腦上使用圖形配置工具輕松生成。通過(guò)基礎(chǔ)模塊上的RS232接口可以直接向可編程安全繼電器寫(xiě)入程序。
　　
　　以上簡(jiǎn)單介紹了安全控制的幾種方式，那么與安全等級(jí)密切相關(guān)的安全元件是如何達(dá)到安全控制的目的的呢？下面進(jìn)行分類介紹：
　　
　　1.防短路功能。安全線路一般使用雙回路控制，即使有一條線路發(fā)生短路，依然能防止設(shè)備在不滿足要求的狀態(tài)下運(yùn)行，另外安全繼電器和安全PLC都有短路診斷功能。
　　
　　2.放粘連功能。安全繼電器與普通繼電器不同，普通繼電器在長(zhǎng)時(shí)間電弧的作用下有可能發(fā)生觸點(diǎn)的粘連，而安全繼電器由于其特殊的結(jié)構(gòu)，能保證在回路不滿足條件的情況下觸點(diǎn)強(qiáng)制斷開(kāi)。
　　
　　3.安全區(qū)域功能。通過(guò)安全門(mén)鎖和安全光柵行程的安全區(qū)域，一旦進(jìn)入安全門(mén)或穿越光柵，在安全控制的作用下設(shè)備能夠強(qiáng)制停機(jī)，保證生產(chǎn)人員的安全。
　　
　　4.冗余功能。安全PLC和安全總線都具有冗余功能，確保在外界干擾下的安全性能不受影響。
　　
　　對(duì)于安全功能4個(gè)以下的單臺(tái)設(shè)備或流水線，我們可以使用緊湊型安全繼電器。例如，在動(dòng)力車間中的單臺(tái)數(shù)控機(jī)床，其安全功能通常包括數(shù)個(gè)緊急停止按鈕、一扇至二扇安全門(mén)，并且安全等級(jí)在3級(jí)以上。對(duì)于這樣一個(gè)應(yīng)用，我們可以采用一個(gè)緊湊型安全繼電器控制所有的緊急停止按鈕；再使用1/2個(gè)緊湊型安全繼電器控制1/2扇安全門(mén)。任何一個(gè)安全繼電器被觸發(fā)，安全輸出必須切斷相關(guān)負(fù)載（如控制軸運(yùn)動(dòng)的變頻器或伺服）。
　　
　　對(duì)于安全功能在4至14個(gè)的設(shè)備或流水線，我們推薦使用模塊化的可編程安全繼電器來(lái)得到更高的靈活性和更低的成本。我們以一條油漆自動(dòng)化線為例，在此生產(chǎn)區(qū)域中，通常包括在安裝在噴涂區(qū)域進(jìn)出口的2對(duì)安全光柵、4/8個(gè)安全門(mén)、若干個(gè)緊急停止按鈕、2套屏蔽傳感器，并且安全等級(jí)在3級(jí)以上。我們當(dāng)然可以選用緊湊型的安全繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)以上安全功能。但是這種解決方案的成本較高、接線繁瑣、故障診斷困難。而可編程安全繼電器的應(yīng)用，不但能夠可靠、的完成安全功能，并且能夠從設(shè)計(jì)、購(gòu)買(mǎi)、維護(hù)中降低成本。
　　
　　對(duì)于安全功能在數(shù)十個(gè)以上、或者大部分的安全功能都離散分布的現(xiàn)場(chǎng)，可編程安全PLC系統(tǒng)和安全總線系統(tǒng)可以使復(fù)雜的安全控制變得簡(jiǎn)便、清晰。在大型沖壓流水線中，安全PLC都有成功的應(yīng)用案例。通常，一條沖壓流水線高10m，長(zhǎng)50m，分為涂油、沖壓、剪切等幾個(gè)工作區(qū)域。每個(gè)區(qū)域都有2扇沖程門(mén)和若干的緊急停止按鈕；外圍還需要有安全光柵保護(hù)換模區(qū)域；此外沖壓機(jī)械中還有大量的安全信號(hào)（比如上死點(diǎn)、閥信號(hào)等）需要接入安全控制系統(tǒng)，并且以復(fù)雜的邏輯關(guān)系貫穿于整個(gè)安全控制回路。在這種情況下，可編程安全繼電器和安全總線系統(tǒng)是zui為合適的解決方案。安全PLC可以簡(jiǎn)便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯關(guān)系。通過(guò)安全總線可以將分散在現(xiàn)場(chǎng)的安全輸入信號(hào)通過(guò)一根電纜集中至主站進(jìn)行控制。
　　
　　在我國(guó)的生產(chǎn)制造行業(yè)，各種安全控制系統(tǒng)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。以汽車行業(yè)為例，合資企業(yè)使用歐美的進(jìn)口設(shè)備，一般都具有較高的安全等級(jí)，例如一汽大眾、上海大眾、上海通用的生產(chǎn)車間就是如此。而多數(shù)民族汽車品牌大都使用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，如奇瑞汽車，長(zhǎng)城汽車等，在其沖壓焊裝和總裝線上大范圍使用了國(guó)產(chǎn)設(shè)備，也大都配備了安全繼電器和安全PLC等安全控制系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)的安全性。隨著以人為本理念的深入貫徹，相信安全控制在未來(lái)的工業(yè)生產(chǎn)中將得到更加廣泛的應(yīng)用。