雙手按鈕——將危險(xiǎn)制約在源頭的設(shè)計(jì)理念
雙手按鈕主要用來控制壓機(jī)的滑塊運(yùn)動(dòng)。在生產(chǎn)線調(diào)試階段或者手動(dòng)運(yùn)行壓力機(jī)時(shí)，需要使用雙手按鈕進(jìn)行操作。
生產(chǎn)的初始階段，由于產(chǎn)品質(zhì)量及人員培訓(xùn)等方面的制約，安全生產(chǎn)得不到有效和嚴(yán)格的實(shí)施。很多操作人員為了圖方便，往往采取各種各樣的“詭詐”手段。例如，將其中一個(gè)按鈕固定閉合，只操作另一個(gè)按鈕，另一只手用來輸送板料等，這種操作方式存在著較大的安全隱患。為避免這種情況，項(xiàng)目技術(shù)人員從多年的項(xiàng)目運(yùn)作及生產(chǎn)中總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，認(rèn)識(shí)到設(shè)備的選型是關(guān)鍵。
基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，在選擇雙手按鈕時(shí)我們選擇了羅克韋爾800P-F2CAV系列的產(chǎn)品，而不是簡(jiǎn)單地選用兩個(gè)按鈕進(jìn)行組合。該系列的雙手按鈕不僅具有特殊的殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，而且配套采用安全監(jiān)控模塊（又稱安全繼電器），組成一個(gè)安全的雙手控制系統(tǒng)（見圖2）。在危險(xiǎn)場(chǎng)所，特別是手工送料的機(jī)器、沖壓設(shè)備以及帶切割刀具的機(jī)器等，只有在雙手按鈕同時(shí)按下去，并且時(shí)間差應(yīng)該不小于0.5s時(shí)，裝置才進(jìn)行有效操作；如果時(shí)間差超過0.5s，必須兩個(gè)手都松開后才可以再次使用，從而確保操作人員的雙手離開危險(xiǎn)區(qū)域，免受傷害。
雙手按鈕的2個(gè)常開和2個(gè)常閉總共4個(gè)信號(hào)觸點(diǎn)連接到安全監(jiān)控模塊，由安全監(jiān)控模塊對(duì)雙手按鈕的狀態(tài)進(jìn)行判斷。當(dāng)且僅當(dāng)兩個(gè)按鈕在0.5s內(nèi)同時(shí)按下時(shí)，安全監(jiān)控模塊才會(huì)有輸出，該系統(tǒng)才能夠啟動(dòng)機(jī)器動(dòng)作；任何一個(gè)觸點(diǎn)的故障，均可以被監(jiān)控判斷；當(dāng)任何一只手離開按鈕，安全裝置就立刻停止輸出，切斷動(dòng)力源，從而實(shí)現(xiàn)人員保護(hù)的目的。任何一只按鈕的提前或推遲工作，都不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)（見圖3）。
切斷危險(xiǎn)的源頭，避免任何誤操作可能帶來的風(fēng)險(xiǎn)，是項(xiàng)目技術(shù)管理的重要原則。雙手按鈕的這種操作理念同樣也適用在寸動(dòng)、微調(diào)等運(yùn)行模式上：同時(shí)按下按鈕，壓機(jī)動(dòng)作；同時(shí)釋放，壓機(jī)停止；若一只手突然釋放，壓機(jī)急停。
安全保護(hù)系統(tǒng)MPS——安全生產(chǎn)及維護(hù)兼顧的設(shè)計(jì)理念
從手動(dòng)線到自動(dòng)線的過渡，從簡(jiǎn)單的人力生產(chǎn)到高度自動(dòng)化的飛躍，絕非一朝一夕之功。在自動(dòng)線設(shè)計(jì)之初，考慮到安全與生產(chǎn)的同時(shí)維護(hù)需求，我們引入了MPS能量控制理念。MPS即能量監(jiān)控及鎖定系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)的MPS操作盒如圖4所示。
首先，我們將壓力機(jī)所涉及的動(dòng)作分為主要?jiǎng)幼骱痛我獎(jiǎng)幼?。所謂的主要?jiǎng)幼骷纯赡芤鹑松碇貍蛩劳龅膭?dòng)作，如壓力機(jī)滑塊的下壓動(dòng)作和機(jī)器人的軌跡運(yùn)動(dòng)等。次要?jiǎng)幼骷磳?duì)人身傷害輕微或不構(gòu)成傷害的動(dòng)作，如氣閥的動(dòng)作、機(jī)器人真空吸盤的動(dòng)作等。通過控制主、次要?jiǎng)幼鞯碾娫椿蜻壿嫵绦蛞云谶_(dá)到安全的目的。
引入MPS能量監(jiān)控系統(tǒng)后，無論是在生產(chǎn)節(jié)拍提升亦或是在人員保護(hù)上都有明顯的改善。操作人員想進(jìn)入模腔區(qū)域，它就必須將主要?jiǎng)幼鹘?。在沖壓自動(dòng)生產(chǎn)線上，它就意味著選擇POS1（位置1，見圖4）停止滑塊動(dòng)作，打開柵欄門，鎖定機(jī)器人動(dòng)作，關(guān)閉廢料門，安全指示燈亮（圖4所示綠色柱燈）后，方可進(jìn)入?yún)^(qū)域執(zhí)行維修任務(wù)。
例如，當(dāng)生產(chǎn)時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，模腔中就會(huì)有金屬屑粘在模具上，即便是這些小的金屬屑也是生產(chǎn)質(zhì)量所不允許的。傳統(tǒng)的解決方法是，停止生產(chǎn)線或停止壓力機(jī)，操作人員進(jìn)入壓力機(jī)模腔，將金屬屑清除干凈，然后重新啟動(dòng)壓力機(jī)，恢復(fù)生產(chǎn)。這樣做確實(shí)是出于對(duì)安全的考慮，但是對(duì)于400多千瓦的主電機(jī)來說，多次重啟不僅影響使用壽命，而且耗費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間。
在此，我們對(duì)SGMW柳州自動(dòng)化沖壓線改造前后的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。X月份停線數(shù)據(jù)：30次/班，每次3min，清潔模腔的時(shí)間占到一半，大概十幾次左右；按每班約17次用于清潔模腔，若停主電機(jī)，所需時(shí)間：3×17=51min；引入MPS改造后，若不停主電機(jī)，清潔模腔所需時(shí)間：1×17=17min；每班節(jié)約時(shí)間：51-17=34min；每天三班共節(jié)約時(shí)間：34×3=102min。
在汽車生產(chǎn)廠，一個(gè)小時(shí)可能就意味著70臺(tái)車，僅僅清潔模腔一項(xiàng)就節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間將近兩個(gè)小時(shí)，極大地提高了產(chǎn)能。
若要選擇執(zhí)行其他MPS任務(wù)，如示教機(jī)器人等，也可以選擇使用POS2（位置2）、POS3（位置3）等。當(dāng)然，也可以配合使用其他的狀態(tài)顯示屏，如滑塊鎖緊顯示LED板。通過這種直觀的安全狀態(tài)顯示，更好地保障了進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的人員的安全性。
安全PLC及I/O模塊——引入最先進(jìn)的安全控制產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理念
2007年是SGMW進(jìn)行安全設(shè)備升級(jí)的一年，這在青島分公司的生產(chǎn)線建設(shè)上得到了完美體現(xiàn)。與柳州生產(chǎn)線不同，由于安全PLC和安全I(xiàn)/O的引入，安全繼電器由于其繁瑣的接線及安裝幾乎在一夜間就被淘汰了。
以AB的安全PLC為例，安全PLC系列l(wèi)ogix5561&5562通常都會(huì)有一個(gè)安全的伴侶Logix55LSP，該類型的PLC既可以連接安全I(xiàn)/O，又可以連接普通的非安全等級(jí)的I/O，如西門子的IP20。與AB的常規(guī)產(chǎn)品不同，安全PLC是具備特定SIL等級(jí)的安全控制器，它利用各種水平的冗余機(jī)構(gòu)，提供給系統(tǒng)以整體安全性。其安全控制架構(gòu)如圖5所示。
PLC安全系統(tǒng)包括安全I(xiàn)/O，它幫助我們從柳州項(xiàng)目中硬接線安全繼電器的傳統(tǒng)方式中解脫出來，取而代之的是更為靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)編程功能的控制器。青島項(xiàng)目就是通過采用安全網(wǎng)絡(luò)DNET和ENET，將安全I(xiàn)/O進(jìn)行分布配置，不但節(jié)省了布線、安裝成本和項(xiàng)目時(shí)間，而且確保標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)和人機(jī)界面隨時(shí)獲取診斷信息。智能化的安全I(xiàn)/O模塊和傳統(tǒng)的I/O模塊根本的不同點(diǎn)在于安全I(xiàn)/O能夠自行監(jiān)控接入其中的安全回路，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備Field級(jí)別的診斷功能。
安全I(xiàn)/O的輸出端帶有的測(cè)試脈沖能在外部的輸入回路接通時(shí)進(jìn)行內(nèi)部回路檢測(cè)。使用這種功能，當(dāng)兩個(gè)輸入之間或者輸入和電源（＋）之間發(fā)生短路時(shí)，安全I(xiàn)/O模塊就能夠自行檢測(cè)得到。比如，當(dāng)模塊有輸出時(shí)，在每個(gè)周期為648 ms時(shí)，測(cè)試脈沖能夠自動(dòng)斷開470us；當(dāng)檢測(cè)到有故障時(shí)，輸出數(shù)據(jù)和輸出的安全狀態(tài)指示自動(dòng)斷開。安全測(cè)試脈沖如圖6所示。
該配套安全系統(tǒng)所帶有的程序鎖定功能，更是方便了項(xiàng)目結(jié)束后的程序管理。當(dāng)編程結(jié)束，設(shè)備調(diào)試完畢后，技術(shù)人員可以對(duì)完成的程序進(jìn)行鎖定，只有擁有管理權(quán)限的人才可以通過密碼保護(hù)進(jìn)行必要的程序修改和維護(hù)，結(jié)束了一個(gè)維修工和一臺(tái)電腦修改生產(chǎn)程序的時(shí)代。
結(jié)語
使用安全的元器件保障生產(chǎn)安全，不僅是為了避免造成人身傷害和財(cái)產(chǎn)損害，更是為了保證生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的順利進(jìn)行，對(duì)防止和減少生產(chǎn)安全事故，促進(jìn)制造業(yè)的健康發(fā)展具有積極的意義。
在此，我們只介紹了雙手按鈕、安全保護(hù)系統(tǒng)MPS以及安全PLC及I/O模塊。除此之外，沖壓生產(chǎn)線上還應(yīng)用了很多的安全元件和系統(tǒng)，如急停按鈕、安全地毯和安全光幕等。在實(shí)際生產(chǎn)中，這些安全產(chǎn)品在保護(hù)人身和設(shè)備安全方面所起的作用不可估量。
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