安阳工学院学报３６ＪｏｕｍａｌｏｆＡｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００９生ＰＬＣ控制系统中安全电路的设计刘海军１，王建方２（１．河南安彩高科股份有限公司，河南安阳４５５０００；２．安阳第二机床厂，河南安阳４５５０００）摘要：设备安全在设备的设计和制造过程中是必须要考虑的关键性指标。它是一项复杂的系统工程，需要考虑的因素很多。这其中对于设备控制系统的安全电路的设计是必不可少的一环。关键词：ＰＬＣ控制系统；安全电路；安全标准；紧急分断电路中图分类号：ＴＨｌ８８文献标识码：Ａ文章编号：１６７３－２９２８（２００９）０４－００３６－０４ＰＬＣ控制系统设计的基本要求是保证系统运有效断开触点。从而保证安全回路正常工作。行的安全、可靠，不仅要考虑设备的正常运行情况，更要考虑当设备的机械、电器部件发生故障，以及ｎＬ／出现人员误操作、误动作等情况下的紧急处理。因此，在ＰＬＣ控制系统设计时，安全电路的设计相当重要。亩＃ｔ艚ｌ安全电路设计准则１．１安全性标准我们经常使用欧洲共同体的“ＥＮ”标准，在欧洲标准中，设备安全性标准分以下三类：１）Ａ类标准。安全基础标准，是适用于所有设备的通用设计标准。主要标准有ＥＮ２９２—１、ＥＮ２９２—２等。◇亩㈣．。ｏ：由２）Ｂ类标准。安全类组标准。分为Ｂｌ与Ｂ２两。击：◇畚黼０亩黼珏ｅ瓤“５７’鹾自ａｍ’类。Ｂ１类主要是特殊成套设备的安全性标准，如０蠢ｌ魈腓ＥＮ６０２０４—１“设备的安全，电气配套装置”等；Ｂ２类图１“非肯定”操作模式主要是安全操作装置及设计方面的具体要求，如ＥＮ４１８“紧急分断装置”等。３）Ｃ类标准。安全产品准则。它是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”等。每一伴蔷Ｐ蔷宙ｑ１．２安全触点的使用。撼拳蕺彝擐律粕ｔｌ捧业１．２．１肯定操作模式和非肯定操作模式ｗ≮图２“肯定”操作模式电气控制系统中用于安全回路的“主令元件”从图１中可以看出，采用“非肯定”操作模式（如紧急分断按钮、超程保护开关等）触头元件应时，一旦出现触点熔焊或者弹簧元件断裂的情况。该使用“肯定操作模式”，即必须使用“常闭”触点，安全回路将无法正常工作。在图２中的“肯定”操而不可以使用“常开”触点信号。采用“常闭”触点作模式下，即使发生触点熔焊或弹簧元件断裂．安的优点是：即使触点发生“熔焊”。或者弹簧零件发全元件仍然可以通过机械变位有效的断开触点。生断裂，通过直接作用产生的机械变位。仍然可以收稿１３期：２００９－０１－０５作者简介：刘海军（１９７４－），男，河南安阳人。河南娄阳安彩高科股份有限公司工程师，主要从事电气控制系统的维修和设计。万方数据第四期刘海军王建方ＰＬＣ控制系统中安全电路的设计３７使安全回路正常工作。１．２．２联合操作模式“肯定”操作模式也有它的弊端。例如当出现机械元件磨损或位置错位等情况下。“肯定”操作模式也存在失效的可能。对于安全要求较高的场合，可以使用“联合”操作模式。如图３所示。通过一个采用“肯定”模式的传感器和一个采用“非肯定”模式的传感器．将两种模式结合起来，就可以避免在两个传感器上出现同样的故障。此时一定要注意．非肯定操作模式只有在与“肯定操作模式的传感器相连的情况下才是可行的。辜蠡青窀援式筠迂按式图３“联合”操作模式１．２．３通过机械连接的电气触点在安全应用中。安全类继电器和接触器在反馈电路内要求机械连接或者对称触点．这将有助于防止机器意外起动。机械连接的触点连接在一起，如果常开触点熔焊时，可以防止常闭触点重新闭合；如果常闭触点熔焊时。可以防止常开触点重新闭合。简而言之，根据安全标准的规定，用于设备紧急停止的按钮、超程保护开关等，只能使用常闭触点，一般应该选具有安全功能的行程开关和旋转复位或拉，压复位的“急停”按钮；安全回路中的继电器和接触器应该选择具有机械连接触点的安全继电器和安全接触器。图４以机械方式连接到主触点的辅助触点１．３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够通过紧急分断电路，尽快使主机停止运行，以免造成对万方数据人或设备的伤害。紧急分断电路的要求是：１）用于紧急分断的安全电路．不允许通过ＰＬＣ进行控制，必须使用机电式执行元件，如接触器；２）不允许在紧急分断线路中接人除紧急分断控制的主令元件、控制触点以外的其它继电器或接触器触点和线圈等；紧急分断操作元件的“常开”、“常闭”触点必须满足“强制执行”条件，即“常开”、“常闭”触点不允许有“重叠接触”的现象；３）用于紧急分断的操作部件必须能够保持在“紧急分断”的位置上，且只能通过手或工具（通过旋转复位、拉拔复位等）直接作用于操作元件才能进行解除。２安全电路的设计２．１控制系统安全保护等级与设备的风险评估在欧洲标准ＥＮ９５４—１中。控制系统的安全保护等级被分为Ｂ，１，２，３，４五个类别，安全等级依次增高，４类为最高的安全等级。各类安全保护等级电路的特点如下：等级Ｂ：要求与安全功能有关的控制电路在设计、选择和组装过程中必须使用符合基本安全准则和有关标准的安全开关电器。等级Ｂ是最基本的等级，其他等级都必须满足等级Ｂ的要求。等级１：要求使用成熟的元器件或是根据可靠的安全标准制造的元器件。以及使用成熟的技术。特点是：采用带有机械连接的触点的继电器。等级２：除了要符合等级１的要求外，还必须要做到在机器的控制系统中能够对安全控制系统进行周期性测试。特点是：利用反馈回路对输出进行周期性检测。等级３：最主要的要求是必须保证单一的故障不会导致安全功能失效。并且在可能的情况下必须能够检测出该故障。特点是：安全电路中的输入和输出都带有冗余设计。等级４：为最高安全控制等级：要求是必须保证单一的故障不会导致安全功能失效。并且在安全功能的下一个隐患出现之前必须能够检测出该故障。同时要求，必须保证多个故障的积累不会引起安全功能的失效。特点是：安全电路中的输入和输出都带有冗余设计，同时反馈回路对输出进行周期性检测。我们在设计一台机器的安全控制电路之前。要根据欧洲标准ＥＮ１０５０，对这台机器进行风险评估、来识别该台机器的危险，并最终确认该台机器安阳工学院学报３８ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ２００９年所适用的控制系统安全保护等级。２．２紧急分断电路设计２．２．１符合安全等级１的紧急分断电路对于较简单的系统。紧急分断电路可以参照图５所示的电路进行设计。图中采用了的接触器Ｋｌ进行控制。通过紧急停止按钮Ｓ１可以立即切断ＰＬＣ的输出回路的电源，迅速停止执行元件的动作，同时，接触器Ｋ１的辅助触点作为ＰＬＣ的输入进入ＰＬＣ，ＰＬＣ程序进行相应的处理．在强电、软件两方面保证了紧急分断的执行。该电路符合控制系统安全保护等级１的要求。图５符合安全等级１的紧急分断电路２．２．２符合安全等级３和４的紧急分断电路由图５可以看出，在这种电路中仍然有出现简单故障的风险，例如：急停按钮的辅助触点被短路；Ｋ１接触器的辅助触点被粘连等。当出现上述故障时，系统的安全功能有可能会丧失。因此。对于图６符合安全等级３的紧急分断电路图７符合安全等级４的紧急分断电路万方数据由图６、７中可以看出。符合安全等级３的紧急分断电路和符合安全等级４的紧急分断电路标准的紧急分断电路采用了冗余设计，这样就可以防止某一个元件故障而导致安全电路丧失功能。大大地提高了紧急分断电路的可靠性。同时，符合安全等级４的紧急分断电路还可以检测三个安全接触器的辅助触点状态。２．２．３紧急分断特殊继电器的使用紧急分断电路还经常可以采用按照标准生产的安全类组合装置或紧急分断特殊继电器。例如等。这些安全继电器模块被设计与安全光幕、安全地毯、双手控制器、Ｅ—ｓｔｏｐ按钮、安全门开关、急停拉线开关以及其他一些安全元件一起工作。其目的是满足生产线的任何安全继电器应用要求。在的类型来选择相应的安全继电器模块。在安全电路的设计中也经常会用到安全隔离开关。安全隔离开关的主要作用是：能够用来在维安全隔离开关一般安装在接近最终用电设备的位置．例如电机旁边的接线盒、设备的动力装置安全控制电路的设计既严格又灵活，这种严格Ｎｏｗ安全产品选型指南嗍．ＰＬＣ应用技术——通用篇【Ｍ】．北ＳＩＥＭＥＮＳ公司的３ＴＫ２８系列接触器安全组合装置使用时要根据实际的需要及安全电路中主令元件２．３安全隔离开关的使用修期间隔离电机的电源以防意外操作。这些开关能够与带锁手柄配用，这种隔离开关一般都具有醒目的颜色，并且具有明显的断开点。该开关能够很好的隔离电源，保证维修人员的安全。旁边等位置。这样可以很方便的就近操作，也便于人员的监控。３结束语性和灵活性都体现在对标准的理解和使用中。对于设备安全标准的融会贯通。有助于设计出一套合适的安全等级、低成本的安全控制电路。参考文献：【ｌ】施耐德电气．自动化和控制使用Ｐｒｅｖｅｎｔａ的安全保护方案产品目录【Ｍ】．【２】罗克韦尔自动化．Ｓａｆｅｔｙ京：人民邮电出版社。２００５．安全要求高的场合，必须使用更高保护等级的安全电路。所以大多数的工业机械都应使用等级３或等级４的安全系统。如图６、７所示。【３】龚仲华．￥７－２００／３００／４００第四期刘海军王建方ＰＬＣ控制系统中安全电路的设计３９ＴｈｅＤｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＳａｆｅＥｌｅｃｔｒｉｃＣｉｒｃｕｉｔｉｎｔｈｅＰＬＣＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＬＩＵ１４ａｉｊｕｎｌ，ＷＡＮＧＪｉａｎｆａｎｇｚ（１．ＨｅｎａｎＡＮＣＭＨＩ－ＴＥＣＨＣｏ．，ＬＴＤ，Ａｎｙａｎｇ４５５０００，Ｃｈｉｎａ；２．ＡｎｙａｎｇＮｏ．２ＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌＦａｃｔｏｒｙ，Ａｎｙａｎｇ４５５０００，Ｃｈｉｎａ．）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｍａｃｈｉｎｅｉｓｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｄｉｃａｔｏｒｓｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｄｅｓｉｇｎａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ．Ｉｔｉｓａｃｏｍｐｌｅｘｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｐｌｅｎｔｙｏｆｆａｃｔｏｒｓｎｅｅｄｅｄｔｏｂｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｏｄｅｓｉｇｎｔｈｅｓａｆｅｔｙｃｉｒｃｕｉｔｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｓｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｓａｂｓｏｌｕｔｅｌｙｎｅｃｅｓｓａｒｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＬＣＣｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｓａｆｅｔｙｃｉｒｃｕｉｔ；ｓａｆｅｔｙｃｒｉｔｅｒｉｏｎ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｄｉｓｊｕｎｃｔｉｏｎｃｉｒｃｕｉｔ（上接３５页）ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩＥＧＴＦｒｅｑｕｅｎｃｙＣｏｎｖｅｒｔｅｒＭｏｔｏｒｏｆＡｎｇａｎｇＳＵＮＸｉａｏｈｏｎｇｔｏｔｈｅＶａｒｉａｂｌｅ－ｓｐｅｅｄｏｆＭａｉｎ（ＡＩｌｙ舳ｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｙａｎｇ４５５０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｆｏｒｔｙｙｅａｒｓ，ａｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｆｒｏｍＤＣｔｏＡＣｄｒｉｖｅｈａｓｂｅｅｎｒｅａｌｉｚｅｄｆｏｒｔｈｅｈｉ｝ｇｈｍａｉｎｍｏｔｏｒｆｏｒ－ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＩＥＧＴｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｏｎｖｅｒｔｅｒｔｏｔｈｅ８０００ＫＷｄｒｉｖｅｉｎＡｎｇａｎｇｉｓａｌｓｏｄｅａｌｔｗｉｔｈｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．ｖａｒｉａｂｌｅ－ｓｐｅｅｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄｍｏｔｏｒ；，ｄｒｉｖｅｍｏｄｅ；ＩＥＧＴ（ｉｎｊｅｃｔｉｏｎｅｎｈａｎｃｅｄｇａｔｅｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）万方数据
