在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，最危險、最需要采取保護措施的部位，即對工件進行加工的部位安裝防護門作為操作人員與加工工件之間的通道，但如何使防護門起到安全保護作用，成為安全門，就顯得尤為重要。 對于防護門不同的開關方式，可以通過安裝不同類型的安全開關來實現(xiàn)安全保護功能。由于機床的危險程度比較高，因此所需的安全保護等級也相應比較高，為此可通過將安全開關與各種安全監(jiān)控器配合使用，來實現(xiàn)較高的安全保護目的。安全開關主要分為安全門開關和安全限位開關。但在有些危險場所，則需設置安全光幕。 一安全門開關 1. 安全門開關的功能 安全門開關主要安裝在具有人身傷害危險性的機床、機器設備的防護門（或者蓋板）上；使用安全門開關必須實現(xiàn)以下功能： （1）隔離原則（人與機器空間上的分離原則）：在機器的危險運動停止之前，門被鎖住，工作人員無法進入危險區(qū)域；其他危險因素被排除之前，門被鎖住，工作人員無法進入危險區(qū)域；防護門關閉前和危險源被隔離前不可開機。 （2）停止原則（時間上分離原則）：關閉可移動的防護門都不會直接啟動機器設備的危險動作；機器運轉中打開防護門就要停機。 2. 安全門開關安全功能的實現(xiàn) 從結構上看，非安全開關通過彈簧施加的力來斷開觸點，而安全門開關通過剛性操動桿施加的力來斷開觸點。觸點熔接和彈簧失效的情況下，本來應該斷開的觸點卻無法斷開，此時就無法確保安全。而安全門的剛性操動桿，在此時可以強行斷開觸點，從而確保安全。因此，在實踐上往往在安全開關上印上經(jīng)過認證的"→"箭頭標記如圖1所示。 通過比較安全門開關和非安全開關可以看出，安全門開關不僅通過對防護門開閉和鎖定進行檢測來實現(xiàn)安全功能，同時，帶有NC接點的開關與剛性機械結構聯(lián)動，這使之具有肯定斷開接點的功能，即使接點熔接也能斷開，從而，通過其安全功能保證人身不受到機器設備的傷害。 3. 安全門開關的國際標準 國際標準是IEC60947-5-1。其有關低壓開關和控制裝置的一般規(guī)則中有一部分規(guī)定："……肯定斷開保證在常閉觸點熔接時，它們可被開關的正常操作分開，即壓下心桿，取出鑰匙，旋轉杠桿，或拉動繩索。換言之，即使在發(fā)生電路故障后，仍然保證開路。" 4. 安全門開關的分類 一般情況下，安全門開關分為機械鎖定型和電磁鎖定型安全門開關，這兩種開關都具有絕緣塑料外殼和金屬外殼兩個系列，選擇何種系列取決于它們所處的環(huán)境條件，這些條件包括：機械負載、溫度、化學影響等。經(jīng)驗表明，金屬外殼系列比絕緣塑料外殼系列更能承受惡劣的條件，但是，在通常的工業(yè)應用條件下，絕緣塑料外殼系列能更好地發(fā)揮作用，例如，在各種機床、工業(yè)機器人、印刷機械、造紙機械、包裝機械等行業(yè)。 安全電磁開關鎖有下述兩種工作方式，無論選用何種工作方式的安全電磁開關鎖，都必須考慮到在鎖定狀況下可能承受的最大拉力。 （1）彈簧力鎖定工作方式的安全電磁開關，通過內(nèi)部的彈簧力來進行鎖定，通過內(nèi)部的電磁線圈通電產(chǎn)生的電磁力來進行解鎖，如果電磁線圈沒有通電，則可移動的防護門將始終保持鎖定狀態(tài)。在這種形式的電磁開關鎖中，內(nèi)部的彈簧為安全型的彈簧，其彈簧線圈之間的間隙比彈簧鋼絲的直徑還要小，這樣可避免彈簧損壞，確保彈簧可實現(xiàn)安全的鎖定功能。 （2）電磁開關鎖的另一種工作方式是通過電磁力鎖定。當開關內(nèi)部的電磁線圈通電后產(chǎn)生電磁力，這個電磁力克服彈簧的彈力之后將操動件鎖定，而當電磁線圈斷電之后，彈簧將恢復原狀，從而將操動件解鎖。 在EN 1088:1996標準中明確指出，通過彈簧力鎖定的電磁開關鎖可被當作安全開關用來保護人身安全；而通過電磁力鎖定的電磁開關鎖只能應用于少數(shù)情況，在這些情況中，機器設備經(jīng)過分析后確認不會對人身安全造成傷害，但卻需要對機器設備本身或材料的加工過程進行保護。原因顯而易見，在使用通過電磁力鎖定的電磁開關鎖時，一旦因為外部線路的問題使得電磁線圈無法通電，則無法鎖定操動件，從而使可移動的防護門能輕易被打開，電磁開關鎖失去了安全鎖定的功能。 歐姆龍的安全門開關（有D4NS常規(guī)安全門開關，D4GS-N纖細型安全門開關，D4BS安全門開關，D4GL小型電磁鎖定安全門開關，D4JL電磁鎖定安全門開關，D4NL小型電磁鎖定安全門開關，D4BL電磁鎖定安全門開關，D4NH小型安全鉸鏈門開關，D40B小型非接觸式門開關）都可以滿足上述要求或者規(guī)定。 5. 安全門開關的特點 安全門開關由相互獨立的兩部分組成：開關本體和開關操動件。當安全防護門打開時，開關操動件被從開關本體中拉出，此時開關內(nèi)的常閉觸點會通過一個機械反彈裝置斷開。當安全防護門閉合時，開關操動件插入開關本體內(nèi)，此時常閉觸點閉合，這樣機器設備的驅動或控制系統(tǒng)才能通電工作。在任何情況下，具有單獨分離式操動件的安全保護開關，都不允許用作機械停止開關。 對于安全門開關，它是一種除了使用專用裝置（鑰匙等）以外，使用鑰匙、硬幣、螺絲刀、扁嘴鉗、刀等常用工具無法輕易操作的開關，這樣就可避免誤操作或惡意操作帶來安全方面的問題。 6. 安全門開關的應用 以D4JL電磁鎖定型安全開關為例。在設備正常運轉狀態(tài)下，電磁開關置ON，防護門被鎖定型開關鎖定，操作人員即使使用鑰匙插入也無法打開防護門進入危險區(qū)域，所以可確保安全。（D4JL，鎖定力3000N）。只有電磁開關置OFF，同時插入鑰匙，才可以打開門，此時，里面的設備停止運轉。員工如果此時進入危險區(qū)域進行設備檢修或者維護，即使關上門，進入者帶上鑰匙的情況下，電磁開關仍然置OFF，所以門還是沒有鎖定。如果此時電磁開關偶然置ON，門被鎖定的情況下，還可以通過特殊的背面釋放鑰匙解鎖，從而避免受到機械傷害而確保安全。 二安全限位開關 1. 安全限位開關功能 廣泛應用于扶梯、塑機、立庫、印刷、包裝等行業(yè)的安全限位開關是指當開關操動部件操動到動作位置時，開關的常閉觸頭肯定斷開，具有安全功能。對此類開關，IEC和歐洲都有相應的要求和標準，并用符號表示（如：國際電工，德國）。使用安全限位開關可避免普通開關的誤動作及故障，保證當開關被操動到常閉觸頭斷開位置時，常閉觸頭斷開，使設備的工作電源斷開，防止故障和事故的發(fā)生。 我公司安全限位開關D4NA，D4N，D4F，D4B，D4N-□R都含有肯定斷開的常閉觸頭，具有安全功能，因而標有標志，并擁有歐洲CE認證。 2. 限位開關的分類和特點 （1）歐姆龍的安全限位開關往往分為柱塞型（如D4NA4131）、可調滾珠擺桿型（如D4NA-12G）、滾珠柱塞型（如D4NA4132）等。 （2）如果螺桿變更，通過擺桿，可做到擺桿位置以7.5°為單位的360°任意位置設定，由于分別設計了擺桿和旋轉軸的凹槽，因此可有效防止擺桿滑出旋轉軸。另外，同樣可以擰松螺絲，對可調滾珠擺桿型的擺桿長度進行改變，將擺桿反向（正-反）安裝時，請先卸下擺桿正面的螺釘后再進行，這時將動作范圍設置在水平180°范圍內(nèi)。 我公司的安全限位開關外形如圖3所示。 三安全光幕 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，一方面，生產(chǎn)的過程越來越復雜。其原因有兩個：（1）客戶的需求多樣化、差異化導致工廠從大規(guī)模單一生產(chǎn)方式改變?yōu)樾∨慷嗥贩N生產(chǎn)方式；（2）用于生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)設備越來越精密復雜，也越來越高度自動化，這些都導致了生產(chǎn)過程復雜化。另一方面，隨著社會的進步發(fā)展，"以人為本"的人文精神日益深入人心，客觀上將導致在法律法規(guī)上對于安全的要求越來越嚴格。 生產(chǎn)過程復雜化導致人們在常規(guī)安全措施中對于機械安全的控制能力越來越力不從心，而提高機械安全性，又是社會發(fā)展的必然的急迫要求，兩者的矛盾越來越突出，于是人們都提出這樣一個問題：有沒有可能在生產(chǎn)中做到生產(chǎn)效益和機械安全兼顧呢？ 在實際應用中，大多數(shù)安全產(chǎn)品都很好地解決了這個問題，例如：安全開關中安全限位開關一方面起著常規(guī)限位開關的作用，在和相關控制器連接的情況下，維護檢修時還可以很快了解其技術狀態(tài)，有利于縮短檢修維護時間從而提高生產(chǎn)效率，而另一方面還要保證開關失效時仍然能夠確保操作人員的人身安全。在安全產(chǎn)品家族中，安全光幕是在"安全和生產(chǎn)兼顧"應用中最具有代表性和典型性的例子。 1. 什么是安全光幕？ 在高速運轉的較為危險的機器上不停地送進送出加工零件時，就需要設置開口部位，如果在此處設置防護門，將嚴重影響生產(chǎn)，也勢必不能兼顧生產(chǎn)和安全。安全光幕就宜設置在這些開口部位，通過光束進行防護的裝置。這是一種由上到下安裝一排排對射性光電開關的傳感裝置。它監(jiān)視一定幅度范圍，機器運行中當有人體闖入時會截斷光線，使機器停止，來達到保護人身安全的目的，但是有加工零件不停送進送出通過光幕時，卻不會引起機器停止運轉。這樣，在不影響生產(chǎn)的同時，有效地保護操作人員不受傷害，如圖4所示。 2. 安全光幕和普通光電開關、區(qū)域傳感器、普通光幕的區(qū)別 普通光電開關、區(qū)域傳感器以及普通光幕通常都存在檢測盲區(qū)，這主要由于它們沒有故障自檢功能，在發(fā)生故障時不能保證安全。而安全光幕不存在檢測盲區(qū)，在發(fā)生故障時由于具備了故障自檢功能可以保證安全。 3. 安全光幕的國際標準 在IEC61496-1（機械安全——光電保護設備——第1部分）和IEC61496-2（機械安全——光電保護設備——第2部分）以及其他國際標準對安全光幕等光電保護設備進行了詳細的規(guī)定。例如，在IEC61496-2中就提出了光電保護設備在設計、制造、測試中的特殊要求。而和IEC61496-1相對應的EN61496-1則明確指出：其標準是適用于諸如區(qū)域傳感器（安全光幕是其中的一種特殊區(qū)域傳感器），以通過設計的電路檢測操作者存在情況，輸出一個控制信號，從而進行人身防護。其中還規(guī)定了如下內(nèi)容：故障檢測性能、軟件設計規(guī)定、耐熱性能、EMC性能、耐振動和防觸電性能、指示燈顏色、標簽詳情甚至操作手冊。和IEC61496-2相對應的prEN61496-2也提出了相關最小檢測物體，防干擾方面的要求。 由此可見，在以保護人身為目的使用光幕時，除了符合這一安全標準的光幕以外，其他不能隨便使用。為此，生產(chǎn)安全光幕的廠家往往為了達到這些標準，還需要進行第三方安全認證，而不是僅僅自己聲稱生產(chǎn)"可以"達到相關標準的產(chǎn)品。 4. 安全光幕是如何兼顧安全和生產(chǎn)效益的？ a. 安全光幕在生產(chǎn)中的作用 從安裝角度看，安裝比較便利（我公司有自由定位的固定件），安裝靈活（可有若干套光幕無盲區(qū)串接），還可節(jié)省布線，使安裝變得非常輕松。 從使用角度看，由于生產(chǎn)過程復雜化，現(xiàn)場生產(chǎn)的產(chǎn)品型號經(jīng)常發(fā)生變更，此時對安全光幕的設置要求也是不同的。安全光幕配有靈活可變的相關軟件，根據(jù)客戶各種現(xiàn)場需求可輕松通過軟件變更屏蔽和消隱效果，大大減少了再布置、重新接線的時間。 從檢修維護看，安全光幕具有現(xiàn)場維護、調試的便利性，有各種指示燈，指明其工作狀態(tài)，故障狀態(tài)。若干個紅色LED故障原因指示燈，通過不同的組合，快速查明故障原因，并給出解決對策。 b. 安全光幕的安全特性 從安全回路上看：故障檢測能力是劃分安全光幕的最重要的標準，因此光幕等級根據(jù)其故障檢測能力劃分為1，2，3，4級。同時，安全光幕除了具有復位功能，還具有聯(lián)鎖功能，即：在電源通電時或者遮光時使控制輸出OFF，并保持這種狀態(tài)，直到復位信號輸入。有的安全光幕除了具有外部測試功能外，還具有外部繼電器EDM監(jiān)控功能，以便檢測控制機器危險部的外部繼電器（或者接觸器）諸如接點熔接等動作不良的功能。 從標準上看，安全光幕是按國際標準制造，并且都要取得第三方認證，而不是僅僅聲稱滿足國際標準。 c. 安全光幕的安全功能 按照圖5，一方面，當AGV（自動導向車）把工件送入危險區(qū)域內(nèi)進行加工時，機器人的機械手照常工作，并不影響其效率。另一方面，當操作者進入時，安全光幕應能夠檢測到操作者，并控制機械手，使其停止運轉從而保證操作者的安全。 因此，根據(jù)AGV進入危險區(qū)域的不同方式，把安全光幕的安全功能分為： （1）屏蔽：屏蔽功能就是使安全光幕的安全功能暫時無效，即使在遮光狀態(tài)下，也能使控制輸出保持ON的狀態(tài)的功能。這就解決了因為AGV要通過而不能設置光幕的課題，能兼顧安全性和生產(chǎn)性。當然，屏蔽還有部分屏蔽和位置屏蔽等具體情況。屏蔽過程中，為了讓周圍的人知道安全功能暫時無效，還可在所有操作位置都能確認的地方使用屏蔽指示燈（外部指示燈）來加以警示。 （2）固定消隱：使安全光幕的特定光軸無效。在這種情況下，無論在失效區(qū)域內(nèi)是否存在物體，控制輸出始終保持ON的狀態(tài)。 （3）浮動消隱：檢測區(qū)域內(nèi)存在不想檢測的一定幅度的運動物體時，使檢測功能失效。 5. 安全光幕的使用注意事項 （1）要注意安全距離的正確計算。在設置安全光幕位置時要綜合考慮傳感器的檢測能力、機器停止時間、人體侵入速度等因素——以便使用計算式算出危險區(qū)域與設置部位的距離。 安全距離的計算式：（ISO13852～5） 安全距離S=KXT+C 式中： K——人體侵入時間 T——整個裝置系統(tǒng)的響應時間 C——由最小受檢物體算出的追加距離 安全距離計算不充分將導致安全事故。 （2）還應在安裝和設置多套安全光幕時，考慮到光幕間的相互干擾問題，可采用自動抗干擾能力的光幕。我公司的安全光幕內(nèi)置了干涉光回避算法，包括自身投光器在內(nèi)即使有3套入光也可防止誤動作發(fā)生，非常適合AGV等移動設備上的安全光幕和固定設備上的安全光幕之間無法通過接線方式防止干擾。 但是，設置的安全光幕數(shù)量過多時，仍然要采取防止相互干擾的措施：例如，通過設置遮光板，改變?nèi)牍夥较?，使用設定工具，保持足夠距離等方法避免相互干擾。 當然，無論設置安全光幕數(shù)量的多少，其他防干擾措施也是必要的，例如：在使用反射鏡時，不要把安全光幕設置成反射型結構（可用反射鏡改變光線路徑），在金屬制成的墻壁、地板、天花板、工件等反射率較高的光澤面上設置時應參照使用手冊考慮離這些光澤面的距離。 在采取上述措施后都無法避免干擾的情況下，應向各安全光幕生產(chǎn)家咨詢后或者嚴格遵照相關手冊執(zhí)行。 四結束語 通過了解安全開關、安全光幕的相關內(nèi)容，可以預見，安全產(chǎn)品系列隨著中國作為"世界制造工廠"的地位進一步加強和機械安全意識的提高，必將在中國機械安全事業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。