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安全的高性能激光——皮尔磁为迈尔船厂激光测试中心开发完整的安全解决方案
来源: ceasia-china.com作者: Kenny Fu时间:2020-02-13 23:49:18点击:10247

位于德国帕彭堡的迈尔船厂(MEYER WERFT)是世界上最先进的造船厂之一。它凭借富于创新的高效生产技术,在造船业享有盛誉。该公司十分重视生产技术和质量标准的优化,因此, 2012 年他们在迈尔船厂建成了自己的高性能激光焊接技术研究实验室。由于安全要求极高,而激光焊接又属于最高风险级别,因此,作为全方位安全自动化供应商的 皮尔磁提供了必要的技术系统组件,并负责整体项目管理。

无论从哪一方面来看,迈尔船厂的规模都超过了普通的生产场地:在这里,最大的生产车间有 504 米长、约 125 米宽和 75 米高。这里正在建造的或之前已出坞的船舶,都是世界上最大的船只。该公司成功的主要原因是:他们在规划和生产工艺的所有领域均使用最新技术。

以现代激光工艺确保质量

钢材是船舶建造中最重要的资源。造船所用钢材直接来源于由基板构成的钢结构,这些基板长宽达 10 x 3 米、厚 5 - 30 mm。在迈尔船厂,他们使用激光焊接技术接合各分段的历史长达 20 年。通过 MSG 激光混合焊接工艺,迈尔船厂开发出一种特殊工艺,它结合了现代激光技术和传统的金属屏蔽气焊工艺。此工艺的优点包括焊接速度快、焊缝变形较少(热输出较低)、强度更大且高度可靠。因此,MSG 激光混合焊接比传统工艺更加经济高效。

迈尔船厂的激光中心使用七台大型激光焊接设备,每台设备的最大输出功率达 12 kW。由起重机架引导的激光设备以高度自动化的工艺接合长度超过30 米的金属板。

激光测试实验室需要特定安全功能

迈尔船厂的决策者们明白,只有不断创新才能确保竞争力,这也是他们在 2011 年决定建设新的 3D 激光焊接测试中心的原因。此实验室的目的在于开发和测试使用高性能激光的新生产方法,以便将来的工艺设计能够更高产、更高效。这是一种灵活的测试台,所以必须事先检测所有与操作此类设备相关的风险和潜在危险。迈尔船厂委托来自 德国明斯特大学应用科学学院的激光技术及激光安全专家 Dr. Ing. Klaus Dickmann 教授编写一份基础技术安全报告。报告列出了所有外在风险;根据欧盟的激光安全指令 DIN EN 60825,必须采取合适措施降低风险和避免危险。

这对我们而言也是新领域:对于规划的新实验室,我们必须开发一种全新的、全面而灵活的安全解决方案,因为我们希望它适用于当前和将来的所有激光应用,迈尔船厂研发部接合技术科的主管 Frank Boekhoff 表示。从根本上而言,智能安全概念必须提供可能有的最大余地和研究实验室所需的自由度,以及可能实现的最高安全级别。

安全、完整的一站式解决方案和服务

迈尔船厂的生产现场激光实验室使用高性能 4 类 10 kW 激光。由于此激光具有高强度辐射,如果暴露于其中,操作人员将面临风险。实验室的尺寸约 4 x 4 米,使用六轴自动机械操作激光。报告要求提供以下设施:即使在最坏情况下也能经受聚焦激光束至少 10 秒的防光墙,双层门窗(包括集成有源激光传感器),外加单独提供防护的操作及控制室。这首先达到了基本的被动安全,但其本身并未就欧盟的激光安全指令提供足够防护。该报告还指出需防止未经授权地开放出入点,并且在启动激光单元时,必须绝对保证测试区内无人员滞留。

这一任务仅靠技术是无法实现的,还需具备与所需安全解决方案相关的强大实力和丰富经验。作为完整的安全自动化供应商,来自奥斯菲尔敦的皮尔磁最终获得了该合同。通过与迈尔船厂工程师的合作,皮尔磁开发了一种专为该实验室中的环境量身定制的安全解决方案。我们需要可靠的解决方案来监控来自所有安全开关的信号,以及激光、自动机械和窗户。在紧急情况下,系统必须在零点几秒的时间内关闭Frank Boekhoff 在总结要求时说。

安全解决方案包括控制和传感器技术皮尔磁的 PSS 4000 自动化系统可以在零点几秒的时间内评估/关闭激光。

PSS 4000 安全和标准自动化系统是皮尔磁所开发解决方案的重心。此多功能系统在机械工程领域广受认可;作为主要实例,它管理各种或简单或复杂的自动化任务,实现硬件和软件组件之间的最佳互动。

在测试实验室中,来自 PSS 4000 自动化系统的 PSS universal PLC 控制系统监控安全相关信号,例如操作模式、急停和联锁安全门。实验室具有防光的双层石砌结构,可在指定时间内阻断激光束;门窗均配备有激光传感器:如果激光束触及这些元件中的任何一个,无论出于何种原因,激光传感器都会记录到。PSS 4000 自动化系统直接接入激光设备的急停电路,可以在零点几秒的时间内评估/关闭激光。

为确保不发生危险,如果门已打开,无论是有意还是无意,都将使用 PSENsgate 安全门系统(皮尔磁的另一产品)对两个出入点的门进行防护。它在一个系统中结合了安全门监控和安全防护锁定功能,并包含了诸如急停和逃生释放等功能。因此,它满足了高达安全等级 (PL) e / 安全完整性等级 (SIL) 3 的最高安全要求。这样一来,任何因失误受困于此区域的人员都可以轻松地离开危险区;如果设备没有通过若干安防和复位功能对测试实验室内无人员滞留这一情况予以绝对确定,设备将无法重启。该系统有多个安装在工作区的急停按钮、一个信号灯和一个已安装的报警喇叭,该喇叭在即将重启时发出声音信号。设备操作员还能通过连接控制室的窗户和安装的大量摄像头持续对实验室进行目视检查。得益于皮尔磁的PITmode操作模式选择开关,经授权人员能够以各种操作模式操作和控制设备。PITmode 提供两项功能:操作模式选择和机器使用的授权控制。通过 PITmode 操作模式选择开关,您可以在定义的操作模式之间进行切换。通过这种方式,每个操作员被授予与其能力和资质相匹配的权限,因此提供了极佳的篡改防护。PSS universal PLC 控制系统的作用是监控安全相关和非安全相关信号,并确保在发生危险时立即关机。

综合咨询和服务的优势

由于此项目需要非常独特的解决方法,皮尔磁的另一主要焦点在于咨询和服务。从设计阶段开始,全方位的安全自动化供应商即承担了所有项目管理,并负责场地建设、检查、安装支持直至调试和设备批准。在硬件设计方面,皮尔磁提供技术说明、准备布线图、编辑零部件清单并编制了电子格式的文档。软件工程方面包含了诸如技术说明、实施手册的编制、设计说明、应用程序编码和验证协议准备(安全检查)等服务。整套服务的最后一项是设计和装配控制柜和控制台,并按照 DIN EN ISO 13849-1 验证所实现的安全等级。PSS 4000 提供的这一安全而完整的解决方案既可靠又实用,机械组件也属一流。凭借一站式服务,皮尔磁实实在在地证明了其在自动化、安全和客户导向方面的强大实力,Frank Boekhoff 在总结结果时表示 - 表达了迈尔船厂与皮尔磁携手共创未来的愿望。

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