独立于CNC的机床安全控制系统

提高数控机床的安全性能,是行业发展的整体趋势,同时也是一个合格企业的责任和义务。

随着科学技术的发展,机械产品的形状和结构不断改进,对零件加工质量也提出了越来越高的要求。伴随社会对产品多样化需求的增强,产品种类不断增多,更新换代的速度也越来越快,使得数控机床在生产中的应用越来越广泛。高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并区联动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。数控技术是国际商业贸易的重要构成,发达国家把数控机床视为具有高技术附加值、高利润的重要出口产品,世界贸易额逐年增加。

数控机床安全门边沿

数控技术已经成为衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志,实现加工机床及生产过程数控化是当今制造业的发展方向,机械制造的竞争其实质是数控的竞争。《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》将“高档数控机床与基础制造装备”确定为16个科技重大专项之一。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

面临的机械安全问题:

与传统机床相比,数控机床增加了数控系统和相应的监控装置等,应用了大量的电气、液压和机电装置,易于导致出现失效的概率增大;工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利,而数控机床加工的零件型面较为复杂,加工周期长,要求平均无故障时间在2万小时以上。为了确保机械制造系统中的自动加工设备与工件的安全,避免重大事故,提高生产率和机床利用率,必须采用监控和故障诊断技术加强设备的运行管理。由于制造系统的结构复杂、价格昂贵,因各种故障而造成的“停机损失”已成为一种不堪忍受的负担。

安全功能的应用在发达国家已经十分成熟,不达到安全等级的设备不会被准许投入生产,但在我国正在使用的数控机床大多安全等级不高。对于这类数控机床进行安全升级改造,从而保证操作者的生产安全以及维持设备的正常运行时非常有必要的。而现代数控机床的安全监控与诊断,大部分是对于自身系统的监控和对设备本身的保护。

系统的解决方案:

提高生产力

机床完成金属加工行业的各种过程,例如 车削,铣削,磨削,冲压。每一秒都很重要,特别是在大批量生产中:生产率是决定机床竞争优势的关键因素。由于默认机器是安全的,这意味着安全监控不得影响或干扰生产力。施迈赛集团根据这一原则,历经多年设计出了强大的机床安全系统。

不必要的生产中断

人们不希望在生产过程中出现不必要的中断,这不仅仅是因为生产效率的原因。当操作员打开镗铣床的安全防护装置,迫使加工中断,钻头和工件都有可能被损坏,这也是为什么在机床中螺线管联锁装置的使用率高于平均水平的情况。只要设备正在运行,就要保证设备的安全门保持关闭。对于这些应用,施迈赛集团提供各种各样的产品,包括用于小型安全防护装置的紧凑型电磁联锁装置,用于超大型安全防护装置的三点式联锁装置,以及用于保护需要行走的危险区域的模块化系统。

防撞块

所有操作过程的安全

研究表明,绝大多数在机器和工厂发生事故的时间是在安装和维护期间。针对这种情况,可以通过特别安全措施来防止这种情况的发生。例如,在新机器指令(2006/42/EC)中所述的特殊操作模式,如设置模式和过程观察,或通过加装使能开关来实现。

核心目标: 避免屏蔽安全设备的错误操作

根据研究,在金属加工行业,将近有三分之一的企业把安装在设备上的安全设备屏蔽了,更不幸的是许多企业将此操作视为标准操作。

安全防撞边沿

快速诊断减少停机时间

建议使用“AS Interface Safetyat Work”标准来传输安全相关信号,在这种情况下,用户可以大大减少安装工作量和开销以及增强诊断可能性。施迈赛集团可以为客户提供综合ASi安全接口的安全开关设备。

操作和观察的简洁性

人机工程学是人机界面安全的另一个重要方面。毕竟,具有可直接操作元器件的设备运行起来会更加安全。这就是为什么施迈赛设计的BDF系列的操作面板,它可以直接安装到传统的轮廓系统上。通过R系列的指令和信号装置,可以组态完整的操作面板。

人机界面的安全性

只要人与运行的机器协作,都需要特殊的安全措施。例如光电安全装置和拉绳开关,适和安装在数控机床进料输送带上,以保证设备的安全运行时工作人员不会受到意外伤害。另外,施迈赛通过与Satech的深入合作,增加了安全围栏产品,进而可以为客户提供一站式安全服务。

信号评估:选择取决于用户

安 全 相 关 信 号 可 以 通 过 安 全监控模块以传统方式进行评估,也可以通过全新的PROTECT-SELECT紧凑型安全控制器进行评估,只需通过拖放操作即可激活所需的预配置程序。该控制器也可以在PROTECT-OEM的客户专用版中使用。PROTECTPSC安全控制器的模块化结构能够适应多样化的需求,其强大的功能提供了更多的可能性。客户更倾向于信号集中处理,因此具有ASi-Safety接口的安全开关可以满足用户的使用要求。

满足客户的定制化需求

施迈赛具有超过18000(安全)开关种类。这些产品中有许多是在与个别客户的密切合作下开发的,或者是为了满足他们的特殊要求单独设计的,满足了客户的设备要求。例如:对于带有重叠安全防护装置的激光加工中心,采用较大的执行机构开发了AZM 200电磁联锁的特殊变型。SRB 100 DR安全监控模块提高了维护人员的安全性,维护人员正在相互连接的机床的可行走危险区域工作。

全球性的合作

大多数机床制造商都是国际企业。这是不可避免的,因为他们的客户通常在世界范围内运营 - 例如在东亚和南美的新兴经济国家。这些企业可以依靠施迈赛在大约50个国家进行快速和胜任的服务和咨询。

服务

机器安全是一个复杂的主题。施迈赛集团为客户提供全面支持,以实施高生产率机床标准和指导方针。服务组合包括伍珀塔尔技术培训中心的研讨会,以及由20多个国家的认证安全顾问为机器制造商和安全工程师提供的个人咨询。

为什么需要安全

实践的安全解决方案:

总部位于美国的一家专业的防爆通讯集团,其产品包括防爆监控、防爆通讯、消防及声光报警产品。其中有很多较为老旧的机器,特别是数控机床,虽已是“古董级”,但依旧在各自的岗位上发挥余热,目前车床上的门锁、限位已失效,急停装置老化,且位置不合适,存在多处安全隐患,但设备仍然照常运行。如何对这些设备进行改造,使其在不影响生产效率的前提下,提升设备的安全等级,是摆在企业面前的一道难题。

作为一家专注于安全的国际化公司,施迈赛基于资深的安全标准及丰富的安全服务经验,运用结构化的安全方法,从前期的风险评估到中期的安全设计及最终的系统改造,提供一整套的交钥匙安全咨询服务。通过下列解决方案,帮助客户降低设备风险,达到需要的PL等级,以符合机械安全法规:

(1)增加安全门锁AZM161、限位开关Z/T235、急停按钮EDRRZ、安全边沿SCE、安全地毯SMS-4及脚踏开关Z/TFH232 等一系列安全输入产品,确保人员接触危险区域时,设备能正常停止,确保安全性。

(2) 当需要特殊操作如对刀时,需要屏蔽部分安全措施如安全门锁,此时,需要使用使能开关ZSD5 ,以保证安全,并加装三色灯,在此操作期间,指示灯闪烁报警。

(3)所有的安全输入产品,接入施迈赛最新的安全PLC控制器PSC1-C-100,此安全PLC输入输出通道均采用双通道冗余结构,并通过TUV安全认证,符合ISO13849-1,性能等级可达到PLe。

(4)输出部分,采用双接触器串联,将接触器常闭触点作为反馈信号,接入安全PLC,以监控输出状态,确保能切断电源。

(5)设置两级电源控制,当机床的安全门打开,设备的运动部件电源断开;当遇紧急情况时,通过按下急停按钮,切断设备动力电源。

通过以上的安全改造,并计算PL的4个参数,Category,MTTFd,DCavg,CCF。使设备的每个安全链都能达 到所需的性能等级(PL)。通过CNC的安全系统升级改造,给操作及维护人员带来更高的安全保障,减少生产损失,有效降低企业的安全运营风险。

从成本方面来说,一方面减少了机械停产带来的损失,另一方面有效降低了因发生劳动灾害给企业带来的刑事责任、民事责任、损害赔偿等;从生产效率方面来讲,一方面提高了设备可以安全运转的时间,另一方面熟练地劳动者不会因伤病离职而减少。

安全咨询服务

 

结语:

提高数控机床的安全性能,是行业发展的整体趋势,同时也是一个合格企业的责任和义务。人们不仅要在思想上宣传安全教育,更要对设备进行安全改造,切实提高设备的安全等级,从根本上杜绝事故的发生,给企业的员工营造一个真正安全的生产环境。

 

 

文章来源:《亚洲控制工程》杂志2018年03-04期,机器安全专栏    由施迈赛供稿

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