通过Andrew Waugh, AutomationDirect.com传感器和安全产品经理
操作人员的安全是机器和机器人安装的首要任务，安全开关有助于实现所需的保护级别。
保护操作人员不受安全危害应该是所有自动化设备(如机器和机器人)设计者的首要任务。一旦确定了适当的安全防护级别，只有通过适当的联锁门和其他接入点才能进入自动化设备。为了控制门禁，必须指定安全开关和其他相关部件，以满足规范和安装要求。
安全开关有多种机械选择，如舌联锁，铰链联锁，电缆拉和限制。这些触点开关在许多应用中工作得很好，就像非触点安全开关在其他情况下一样。
但在我们详细讨论安全开关之前，让我们先看看一些适用的标准。
标准和规范
各种人员操作自动化生产设备，从经验丰富的制造工程师到新雇用的生产工人。所有这些员工都需要防止机器操作危险的保护，这可以通过以下几个国家和国际规范定义的安全规范来提供(表1)。
如29 CFR 1910.212等规范确定了通常需要操作点保护的各种机器。ANSI/NFPA 79-1991和ANSI/RIA R15.06-1986也讨论了防护要求，以及ISO 13849-1和EN 62061。
这些规范明确规定，应提供机器防护，以保护机器区域的操作人员和其他员工免受危险。这些危险包括操作点、夹点、旋转机械、飞溅的碎片和火花造成的危险。
防护屏障通常用于保护机器操作人员和维修技术人员。这些防护屏障的设计和建造是为了防止工厂人员在机器循环过程中身体的任何部分处于危险区域。
这些屏障防护装置通常包括一个大门或防护门，以保护操作人员免受机器危害。在机器开始循环之前，这些闸门必须处于关闭状态。为了确认大门或防护门是否关闭，使用安全开关;有许多选择来满足监管要求，并提供一个安全的工作环境。
安全水平
由于这些安全开关被设计到自动化设备和控制系统中，必须考虑机械安全标准，如ISO 13849-1和EN 62061，以确保符合。重要的是要了解运动水平和危险因素，如受伤的严重程度、暴露的频率和避免的可能性。
这些机械安全标准有助于定义安全系统的可靠性、冗余性和故障检测。在指定安全开关时，要了解所需的类别，例如PLe或SIL3。类别取决于应用程序，必须使用一些判断，所以一个好的经验法则是，当有疑问时，去更高的类别。
安全完整性水平(SIL)是一个衡量安全系统性能的指标，根据故障概率随需应变。有四个级别:SIL 1, SIL 2, SIL 3和SIL 4。性能水平(PL)是一种类似于SIL的测量方法，具有PL a、b、c、d或e的水平。较高的SIL数字或PL字母表示更安全、更昂贵的保护机制。具体来说，SIL数字或PL字母越高，系统就越安全，因为系统无法正常运行的概率就越低。随着SIL数量或PL字母的增加，系统的安装和维护成本和复杂性通常也会增加。
机械安全开关
确保符合应用程序的安全要求并选择正确的保护级别始终是设计者的责任。以下是对为操作人员提供接入点保护并满足保护等级要求的防护门安全开关的一些建议。
市场上有各种各样的安全开关(图1)。每个开关的单或双触点连接到安全控制器(安全继电器，安全可编程继电器或安全额定PLC)作为输入。当开关被激活时，安全控制器的输出从运动引起装置(包括马达、螺线管和气动执行器)中去除能量，如电源或空气。
经常使用舌锁安全开关来监视门的位置。有了这些装置，钥匙就被安装在门上，当门关闭时，钥匙就会机械地接合并启动开关。
锁定舌保护开关类似于舌联锁安全开关，但使用弹簧和螺线管。当通电或断电时，这些锁定舌保护开关可以配置为解锁/释放舌。
铰链联锁开关也可以用来保护门，并有不同的风格。一些安装在门顶部的销子上，而另一些安装在铰链销子上并监测门的位置。
在机器或生产线上常用的安全装置是拉线开关。这些开关监测沿着打开的机器或传送带伸展的电缆的张力。如果电缆被拉或切断，则分别从电缆上增加或释放张力，开关断开(断开)连接到安全控制器的安全电路。
安全开关的设计不仅仅是为了保护操作人员，也是为了保护机器。即使在这些条件并不直接危及操作人员安全的情况下，超过行程或漂移在机器行程停止时，也会对设备造成灾难性的损害。安全限位开关是用来防止这类问题的。它们可以与普通的限位开关具有相同的形式，包括杠杆、摇杆、柱塞和滚子，并且在设计时考虑到了安全标准，以确保可能的机器故障能够及早发现。
非接触式安全开关是另一种选择。尽管他们执行相同的功能舌联锁开关，他们提供了几个优势，因为开关和执行机构不接触。
非接触式开关的优点
与标准的机械联锁安全开关相比，非接触式安全开关有几个优点(表2)。在防护对准差、维护要求高、需要较长的机械寿命的应用场合，它们工作得很好。
由于非接触式安全开关体积小，具有各种安装脚印和驱动路径，因此安装方便，不易引起注意。由于非接触式装置的执行机构和开关不是机械啮合的，这些装置没有机械磨损，因此使用寿命长。这些开关通常也增加了环境保护，使它们不容易受到水和污垢的侵入。
非接触式安全开关的另一个优点是它们在执行机构和开关对准方面的灵活性。与传统联锁不同的是，人们必须仔细调整钥匙(舌)路径，以进入和启动开关，非接触式开关可以有向上的½in。因此，下垂的防护门、紧凑的摆动半径和笨拙的角度都不会构成问题。
非接触式开关的主要挑战是它们不能机械地锁住门或其他移动部件。然而，也有使用电磁铁的选项，可提供高达1500n的力，以保持门关闭或移动部件在指定位置。虽然金属执行器和电磁铁确实是可验证的接触，但不像接触开关那样有接合键。
大多数非接触开关可以购买非编码或编码，取决于所需的安全级别，并可以使用各种不同的方法来提供保护。
非接触式开关技术
非接触式安全开关有多种类型和配置。非编码开关是简单的磁铁，而编码开关可以是磁性或rfid编码，以提供更高水平的安全性。为安全起见，非编码开关使用冗余簧片开关。当磁铁执行器存在时，它拉入或关闭开关接触。这些单元不需要单独的电源，当用作安全控制器的输入时，它们就像电路中的干接点。
编码，非接触开关需要额外的电源，但反过来提供数字输出，LED指示和提高水平的检测，如果工厂人员尝试和失败的开关。人员由于各种原因破坏安全装置，但这样做从来都不是一个好主意，可以使用编码开关来帮助阻止这些有害的行为。
编码非接触开关中的开关执行器由一系列磁极按特定图案放置(例如N-S-N)的磁铁组成。开关被设置成只看到这种特定的磁场模式;因此，它不能被普通磁铁击败。
rfid编码的交换机提供了额外的失败预防层。执行器由一个射频识别标签组成，开关被编程检测。这些开关可以是主编码(检测所有RFID标签)或唯一编码(只看到一个标签)。由于独特的编码RFID标签只能看到驱动器，从而进一步降低了击败它们的可能性。
这里有一个例子，这些安全开关可以用于机器和机器人的保护方案:
涉及锁定安全开关的常见应用是一个有保护的机器人工作单元(图2)。当机器人处于循环状态时，维护检修门通过一个电磁阀操作的锁定舌联锁安全开关保持关闭。操作员只需按一个按钮就可以进入警戒区域。按钮将激活安全控制器上的一个输入，该输入将发出一个循环停止请求。这个请求会给机器人发出信号，让它完成循环并停止。
一旦机器人的循环完成并停止，安全控制器就会收到离散信号输入的通知。一个安全控制器的输出然后激活安全开关螺线管，释放门锁。当警卫门打开时，机器人的警卫安全电路被禁用。这将抑制机器人的运动，除非将机器人置于手动模式，并启动手持吊坠上的死人开关。操作员可以安全地打开门进行维修，如果需要可以手动操作机器人。
在这个应用程序中使用锁定安全开关，允许机器人以受控和可预测的方式停止，防止可能的机器损坏或对人员的伤害。它也使重新启动系统更容易，因为它是由安全控制器在已知状态下自动停止的。
有许多机器和机器人的应用，必须检查每一个，以确定所需的保护级别。一旦确定了这个级别，必须选择正确类型的安全开关、安全装置和安全控制器，以满足保护级别的要求，并为人员和机械提供保护。
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