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    PLC安全电路详解:1. 安全电路设计准则

    (1) 安全性标准。电气设备的安全性,在所**电设备中占有**无上的地位,必须引起设计人员的高度重视。为了统一设备的安全性标准,1995年欧洲共同体颁布了"89/392/EWG有关成员国设备标准倾向统一的法令",即*的"设备法令"。该法令从1995年1月1日起,开始对欧洲共同体流通的所有设备具有约束力,它是所有生产制造商必须执行的基本安全要求,以法律形式进行强制。所有生产制造商必须声明其产品符合"设备法令"中相关标准的规定,并对此负法律责任。此外,设备必须配有"CE"标志,表明设备已经符合标准的要求。

    在89/392/EWG"设备法令"中,对安全性的定义是"……在实现设备功能的过程中,不引起伤害或有利于健康……”。设备安全性标准分以下3类:

    1) A类标准:安全基础标准。它涉及设备安全性、基本概念等,是适用于所有设备的通用设计导则。主要标准有EN292-1、EN292-2、EN1050等。

    2) B类标准:安全类组标准。标准分类、分组规定了安全性设计的具体要求,分为B1和B2两类。B1类主要是特殊成套装置的安全性标准,如EN60204-1"设备的安全,电气配套装置"等;B2类主要是安全操作装置及设计方面的具体要求,如EN547"双手操作的电路",EN418"紧急分断装置"等。

    3) C类标准:安全产品标准。它针对特殊产品的安全性标准,如prEN616~620“手动操作装置与系统”的安全性;prEN692"机械式压力机"的安全性;prEN693"液压式压力机"的安全性等。

    "设备法令"强调"设备设计人员的职责是:从一开始就应选择合适的结构特征来避免设备的危害性,或者降低这种危害性";"控制系统在结构设计上应做到:不允许个别故障而引起的安全功能的丧失,必须识别故障,不允许设备继续运行”。

    (2) 安全触点的使用。电气控制系统中用于安全回路的“主令元件”类(如紧急分断按钮、**程保护开关等)触点元件,必须满足EN60947-5-1(IEC947-5-1)标准的规定。

    应特别注意标准中的"强制释放"要求,即安全触点"必须依靠形位配合,不能用弹簧零件"使其动作。就是说用于紧急分断、**程保护的按钮、开关,必须使用由操作件或手动直接作用的“动断”触点,而不可以使用动合触点信号。

    采用“动断”触点的优点是:即使触点发生“熔焊”,通过直接作用力产生的机械变位,仍然可以有效断开"熔焊",保证安全回路的正常动作。

    标准还规定"用于紧急分断的操作件,必须能保持在操作(紧急分断)的位置上;只允许使用手或者工具直接作用于紧急分断操作电器上,才能解除操作",也就是说,不允许使用自动"复位"的普通按钮和限位开关。

    简言之,用于设备紧急停止的按钮、**程保护的开关等,只能使用"动断"触点;而且紧急停止的按钮、**程保护的开关必须具有“自锁”功能,即应采用具有安全功能的行程开关(如Siemens SIRD 3SE2/3SE3系列行程开关,见图5-6)和旋转复位或拉/压复位的"急停"按钮(见图5-7)。

    (3) 双手操作电器的使用。机械设备中有可能对人体产生伤害与危险的部件(如夹具等),在电气控制系统设计中,必须采用“双手操作”的电器与控制电路,以确保操作人员能将自己的双手远离危险区域(相关标准:EN547,DIN24980,VDI0113,EN60204-112/97,IEC204-11/98)。

    “双手操作”的电路设计应达到以下要求;只有通过“双手”同时操作,使得两个按钮的触点同时接通并保持0.5s以上,才能使得信号输出动作;释放任意一个(或者两个)按钮,即可使输出中断。同时,只有在释放了两个按钮后,才允许进行再次输出。从而使得操作者使用“单手”或“单臂”操作不仅不允许,而且不可能。

    图5-6 具有安全功能的行程开关

    图5-7 双手操作按钮组合件

    “双手操作”一般都需要特殊的控制继电器,按钮可以根据标准要求进行布置,或采用图5-7所示的Siemens公司的SIRD3SB38系列双手操作按钮与“急停”按钮的组合产品。用于“双手操作”控制的继电器典型产品有Siemens公司的3TK2811/3TK2834“双手”接触器安全组合装置,PLC公司的P2HZX系列“双手操作”控制继电器等。

    (4) 控制线路的“互锁”。当两个电器执行元件(如电动机正/反转控制接触器)同时动作、可能引起串源短路、机械部件损坏的,为了保证控制系统的工作可靠性,在继电器-接触器控制系统中,需要通过接触器触点进行可靠的电气“互锁”。

    在使用PLC控制的系统中,如果这些执行元件是通过PLC的输出进行控制的,那么在设计时不仅要在PLC程序中保证这些执行元件不可能同时动作,而见还必须同时通过线路中的电磁执行机构(或机械连锁架置)进行电气(或机械)"互锁",保证这些执行元件不存在同时动作的可能性(见图5-8)。

    图5-8 “互锁”设计的要求

    (5) 紧急分断。根据EN60204-1标准规定,用于工业设备的电气控制装置,在出现危险情况时必须能通过紧急分断电路,尽快地使主机停止运行,以免造成对人员或设备的伤害。

    标准规定,紧急分断的实现方法可以有如下两种:

    1) 通过安装紧急分断开关分断。用于紧急分断的开关可以是手动的,也可以是通过控制回路的分断进行远距离控制。

    2) 经过控制电路的设计,使得紧急分断可以通过一的主令开关,就能分断全部有关的主电路。作为紧急分断的操作部件,有如下要求:

    ●用于紧急分断的操作元件必须能够保持在“紧急分断”的位置,且只能通过手动或工具(例如通过旋转复位、拉拔复位、使用钥匙等)直接作用于操作元件才能进行解除。

    ●紧急分断操作元件的动合、动断触点必须满足"强制执行"条件,即动合、动断触点不允许有"重叠接触”的现象。

    ●紧急分断操作元件的"动断"触点至少已经获得较小的断开间隙(完全断开),且可能的"动合"触点都已经处于闭合状态,连锁才能生效。

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