安全電路設計
林建平
發(fā)布于2023-01-31 15:59
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標簽:安全電路設計
①安全性標準 電氣設備的安全性,在所有機電設備中占有至高無上的地位,必須引起設計人員的高度重視。為了統(tǒng)一設備的安全性標準,1995年歐洲共同體頒布了"89/392/EWG 有關成員國設備標準傾向統(tǒng)一的法令",即著名的"設備法令"。該法令從1995年1月1日起,開始對歐洲共同體流通的所有設備具有約束力,它是所有生產制造商必須執(zhí)行的基本安全要求,以法律形式進行強制。所有生產制造商必須聲明其產品符合"設備法令"中相關標準的規(guī)定,并對此負法律責任。此外,設備必須佩帶“CE”標志,表明設備已經符合標準的要求。在89/392/EWG"設備法令"中,對安全性的定義是"在實現設備功能的過程中,不引起傷害或有利于健康"。設備安全性標準分以下3類。
a.A類標準:安全基礎標準。它涉及設備安全性,基本概念等,是適用于所有設備的通用設計導則。主要標準有EN292-1、EN292-2、EN1050等。
b.B類標準:安全類組標準。標準分類、分組規(guī)定了安全性設計的具體要求,分為B1 和B2兩類。
B1類主要是特殊成套裝置的安全性標準,如EN60204-1"設備的安全,電氣配套裝置"等;B2類主要是安全操作裝置及設計方面的具體要求,如EN547"雙手操作的電路",EN418“緊急分斷裝置”等。
c.C類標準:安全產品標準。它針對特殊產品的安全性標準,如 prEN616~620“手動操作裝置與系統(tǒng)"的安全性;prEN692"機械式壓力機"的安全性;prENG93"液壓式壓力機”的安全性等。
“設備法令”強調“設備設計人員的職責是:從一開始就應選擇合適的結構特征來避免設備的危害性,或者降低這種危害性”;“控制系統(tǒng)在結構設計上應做到:不允許個別故障而引起的安全功能的喪失,必須識別故障,不允許設備繼續(xù)運行”。
由于EN標準涉及的范圍廣、內容多,限于篇幅不能一一予以說明?,F只將與電氣控制系統(tǒng)設計密切相關的重點要求擇要說明如下。
②安全觸點的使用 電氣控制系統(tǒng)中用于安全回路的"主令元件"(如緊急分斷按鈕、超程保護開關等)觸頭元件,必須滿足EN60947-5-1(IEC947-5-1)標準的規(guī)定。
應特別注意標準中的"強制釋放"要求,即:安全觸點"必須依靠形位配合,不能用彈簧零件”使其動作。就是說用于緊急分斷、超程保護的按鈕、開關,必須使用由操作件或手動直接作用的“常閉”觸點,而不可以使用常開觸點信號。
采用“常閉”觸點的優(yōu)點是:即使觸點發(fā)生“熔焊”,通過直接作用力產生的機械變位,仍然可以有效斷開"熔焊",保證安全回路的正常動作。
標準還規(guī)定"用于緊急分斷的操作件,必須能保持在操作(緊急分斷)的位置上;只允許使用手或者工具直接作用于緊急分斷操作電器上,才能解除操作",也就是說,不允許使用自動“復位”的普通按鈕和限位開關。
簡言之,用于設備緊急停止的按鈕、超程保護的開關等,只能使用"常閉"觸點;而且緊急停止的按鈕、超程保護的開關必須具有“自鎖”功能,即:應采用具有安全功能的行程開關(如 SIEMENS SIGUARD 3SE2/3SE3系列行程開關,見圖 5-27)和旋轉復位或拉/壓復位的“急停”按鈕(見圖5-28)等。
③雙手操作電器的使用 機械設備中有可能對人體產生傷害與危險的部件(如夾具等),在電氣控制系統(tǒng)設計中,必須采用“雙手操作”的電器與控制電路,以確保操作人員能將自己的雙手遠離危險區(qū)域(相關標準:EN547,DIN24980,VDI0113,EN60204-1 12/97,IEC204-1 11/98)。
“雙手操作”的電路設計應達到以下要求:只有通過“雙手”同時操作,使得兩個按鈕的觸點同時接通并保持0.5s以上,才能使得信號輸出動作;釋放任意一個(或者兩個)按鈕,即可使輸出中斷。同時,只有在釋放了兩個按鈕后,才允許進行再次輸出。從而使得操作者使用"單手"或"單臂"操作不僅不允許,而且不可能。
“雙手操作”一般都需要特殊的控制繼電器,按鈕可以根據標準要求進行布置,或采用SIEMENS公司的SIGUARD3SB38系列雙手操作按鈕與“急?!卑粹o的組合產品。用于“雙手操作”控制的繼電器典型產品有SIEMENS公司的3TK2811/3TK2834“雙手”接觸器安全組合裝置,PILZ公司的P2HZX系列"雙手操作"控制繼電器等。
④控制線路的“互鎖”當兩個電器執(zhí)行元件(如電機正/反轉控制接觸器)同時動作,可能引起電源短路、機械部件損壞的,為了保證控制系統(tǒng)的工作可靠性,在繼電器-接觸器控制系統(tǒng)中,需要通過接觸器觸點進行可靠的電氣"互鎖"。
在使用PLC控制的系統(tǒng)中,如果這些執(zhí)行元件是通過PLC的輸出進行控制的,那么在設計時不僅要在PLC 程序中保證這些執(zhí)行元件不可能同時動作,而且還必須同時通過線路中的電磁執(zhí)行機構(或機械連鎖裝置)進行電氣(或機械)“互鎖”、保證這些執(zhí)行元件不存在同時動作的可能件(見圖5-29)。
⑤緊急分斷 根據EN60204-1標準規(guī)定,用于工業(yè)設備的電氣控制裝置,在出現危險情況時必須能通過緊急分斷電路,盡快地使主機停止運行,以免造成對人員或設備的傷害。
標準規(guī)定,緊急分斷的實現方法可以有如下兩種。
a.通過安裝緊急分斷開關分斷。用于緊急分斷的開關可以是手動的,也可以是通過控制回路的分斷進行遠距離控制。
b.經過控制電路的設計,使得緊急分斷可以通過唯一的主令開關,就能分斷全部有關的主電路。作為緊急分斷的操作部件,有如下要求。
(a)用于緊急分斷的操作元件必須能夠保持在“緊急分斷”的位置,且只能通過手動或工具(例如通過旋轉復位、拉拔復位、使用鑰匙等)直接作用于操作元件才能進行解除。
(b)緊急分斷操作元件的"常開"、"常閉"觸點必須滿足"強制執(zhí)行"條件,即"常開"、"常閉"觸點不允許有"重疊接觸"的現象。
(c)緊急分斷操作元件的"常閉"觸點至少已經獲得最小的斷開間隙(完全斷開),且可能的“常開”觸點都已經處于閉合狀態(tài),連鎖才能生效。