关于安全电路的基础知识( 二 )


此外,ISO 14119 标准中还定义了安全系统失效的概念 。 这是一种利用旁路绕过设备互锁的动作 。 例如,在防护装置打开时,操作员可能有意或无意地将重物放在行程开关上,这使得设备运行时人员可以进入工作区,因而相当危险 。 如果安全系统采用正确的设计,那么采用可以合理预见的任何方式都无法使互锁装置失效——无论是手动操作,还是使用附近随手可取的器物 。 这包括使用用于操作设备的工具,或是螺丝刀、内六角、胶带或电线等随手可取的工具,卸下开关或执行器 。 另外,这也表示安全钥匙互锁系统的备用钥匙不能轻易获取 。
ISO 14119 标准将互锁装置分为四类:
1 型互锁装置具有机械式行程开关,使用旋转凸轮、线性凸轮或铰链等未编码的执行器 。 这种装置的失效方法相对简单,只需将器物放在开关上,或以其他方式使其保持在特地位置 。
2 型互锁装置具有机械式行程开关,使用异型执行器(舌型)或安全钥匙等带编码的执行器 。 这类装置则很难使其失效 。
3 型互锁装置具有非接触式行程开关,使用接近开关等未编码的执行器 。 使 3 型互锁装置失效的难度取决于所涉及的致动原理 。 能使电容式、超声波和光学执行器失效的器件相当多;任何铁制金属物体都能使电感式执行器失效;而要使磁执行器失效,就需要一块磁铁 。
4 型互锁装置具有非接触式行程开关,使用 RFID 标签、编码磁铁或编码光学标签等带编码的执行器 。 如果系统构建恰当,无法卸下已编码的执行器,则很难使其失效 。
设计安全电路时,所选择的互锁装置必须能够最大限度地降低失效的可能性 。 除此之外,还须考虑:
系统整体停机性能,即发出停止命令后设备达到安全状态所需的时间 。
接近时间,即启动停止命令后人员接触到危险所需的时间 。
系统整体停机性能必须比接近时间短得多 。 此外,还应考虑防护装置是否需要设置紧急释放(允许从外部手动打开),或是逃生释放(允许从内部手动释放) 。
ISO 14119 标准参考了 ISO 13849 标准,后者分为两部分,涵盖了控制系统中安全相关部分 (SRP/CS) 的设计和验证原则 。 根据此标准,SRP/CS 可以按以下特性进行分类:
抗故障能力
发生故障时的行为
机械设备上所有涉及安全的设计工作都须根据 ISO 12100 标准,从风险评估开始着手,以便识别危害、预估风险 。 然后尽量降低风险:首先采用本质安全型设计,然后采取防护措施,最后注意使用信息 。 另外,所有依赖于控制系统的保护措施都必须使用特殊的迭代程序来进行评估 。 这涉及确定每种安全功能所需的性能水平 (PLr) 及平均危险故障前时间 (MTTFD),以确定 SRP/CS 的可靠性 。 在 a到e的范围内,可以为每个组件指定一个性能等级,其中 PLa 表示发生危险故障的可能性最高,而PLe表示可能性最低 。 对于故障发生的具体方式,还需参考上述 ISO 14119 标准中提出的注意事项 。
各类安全电路及一些布置示例对于带门的机器人工作区等大型围栏,安全布局略有不同 。 因为即便操作员在活动工作区内,防护装置也常常是关闭的 。 因此,在很多情况下可以使用安全钥匙系统,确保在门关闭时操作员不在工作区内,并且只有这样,机器人才能开始全速运行 。
当然,当操作员在工作区内时,传统机器人往往只能在低速示教模式下进行操作,而当其全速运行时,人员则不得靠近,这一点与协作机器人不同 。 即使在示教模式下,除非机器人配备了力反馈系统,否则操作员仍有遭受冲撞的危险 。 因此,手持式控制单元上常装有失能开关,当操作员失去行为能力时,它将关闭机器人 。

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