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控制安全回路课件

第一章安全回路基础概述

什么是安全回路?系统组成由输入检测单元、逻辑处理单元和输出执行单元三大部分构成的完整控制系统回路安全保障实时监测设备运行状态,在危险情况发生前主动切断电源或停止设备运行,防止事故发生标准设计严格遵循国际安全标准进行设计,确保系统具备高可靠性和故障自检能力,满足认证要求

安全回路的重要性核心价值安全回路作为机械设备安全防护体系的核心,承担着预防事故、保护生命的重要使命。它通过实时监控和智能判断,在危险发生的瞬间做出正确响应。机械设备安全防护的第一道防线保障生产过程连续性与稳定性降低企业安全事故风险和经济损失提升员工安全感和工作信心标准认证符合国际安全标准的安全回路设计是产品出口和市场准入的必要条件,也是企业技术实力的重要体现。满足ISO13849机械安全控制标准符合GB/T16855国家标准要求通过第三方安全认证机构审核

机械防护安全门联锁系统

第二章安全回路设计标准与等级

主要标准介绍1ISO13849-1/GB/T16855.1机械安全控制系统的性能等级设计原则,规定了从风险评估到系统验证的完整流程,是机械安全领域最权威的国际标准2IEC61508电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全基础标准,定义了安全完整性等级SIL,适用于各类工业安全系统3GB22997/GB28240我国针对特定行业制定的安全技术规范,涵盖数控机床、注塑机等重点设备的安全要求,与国际标准接轨

安全等级(PL)划分PLa-最低等级基本安全要求,适用于轻微伤害风险场景,采用简单可靠的元件PLb-低等级单通道设计,使用经过测试的元件,降低故障概率PLc-中等级单通道带诊断或双通道无诊断,提高系统可靠性PLd-高等级双通道冗余设计,具备故障检测能力,单点故障不导致安全功能丧失PLe-最高等级双通道冗余加高覆盖率诊断,故障及时发现并处理,确保最高安全性

风险评估三要素S-伤害严重程度S1:轻伤(可逆伤害,如擦伤)S2:重伤(不可逆伤害或死亡)F-暴露频率F1:很少暴露(每年)F2:频繁暴露(每天/每小时)P-避免可能性P1:在特定条件下可能避免P2:几乎不可能避免

第三章安全回路的典型结构与设计

B类系统(PLb)结构特点B类系统是最简单的安全回路设计,采用单通道架构,不具备自诊断功能。系统依靠元件本身的可靠性来保证安全功能。单一控制通道,结构简单无故障自检测能力使用基本的可靠元件成本低,维护简便应用场景

1类系统(PLc)设计原则采用单通道结构,但所有元件必须经过严格验证和测试,确保高可靠性。使用经过认证的安全元件,如通过CE认证的安全开关、继电器等。元件要求所有关键元件需选用经过验证的产品,具有明确的技术参数和失效率数据。元件需符合相关产品标准,并有完整的技术文档支持。典型应用

2类系统(PLc)2类系统在单通道基础上增加了周期性测试功能,通过定期检测来发现潜在故障,提高系统可靠性。技术特征单通道结构配备周期性测试功能自动或手动触发安全功能测试具备基本的故障指示能力诊断覆盖率相对有限应用实例安全光幕触发后电机立即停止激光扫描仪控制的安全区域需要定期功能测试的安全装置

3类系统(PLd)双通道冗余采用两个独立的控制通道,任一通道故障不影响安全功能,提供冗余保护故障检测具备较高的诊断覆盖率,能够检测单点故障,及时发现异常并采取措施安全输出通过双通道安全继电器或安全PLC输出,确保执行机构可靠动作

4类系统(PLe)最高安全等级设计4类系统代表了安全回路设计的最高水平,通过双通道冗余、高覆盖率诊断和实时监测,确保在任何可预见的故障情况下都不会丧失安全功能。完全冗余双通道完全独立运行,各自具备完整的输入检测、逻辑处理和输出执行能力,互为备份实时诊断高覆盖率的自诊断功能,能够及时检测并处理各类故障,包括元件失效、线路断路、短路等异常故障安全采用故障安全原则设计,任何故障都导向安全状态,防止危险输出,确保人员和设备安全应用实例:高速冲床的双手启动控制、大型剪板机的安全防护系统、机器人工作站的安全围栏联锁、危险化学品生产设备的紧急停机系统等高风险场景。

不同PL等级安全回路架构对比

第四章安全元件选择与接线原则

安全继电器与安全PLC安全继电器适用于固定逻辑的简单安全回路硬件逻辑,响应速度快结构简单,易于理解和维护成本相对较低,可靠性高适合单机设备或小型系统安全PLC适合复杂逻辑和多功能控制灵活的编程能力,易于修改集成诊断和通信功能可连接多种安全传感器和执行器适合大型系统或生产线控制

触点选择:常闭vs常开常闭触点(NC)优势优先推荐使用断线故障时自动切断回路,导向安全状态触点磨损或接触不良容易被检测符合故障安全设计原则满足高安全等级要求常开触点