机械开关

安全门上安装的独立开关是否需要机械冗余？

针对单通道机械执行机构的机械开关（簧片开关或滚轮开关等），应确认其技术文档是否有关于机械性能保证的描述。当存在双通道电气元件时，这一点尤为重要。

如果没有制造商的明确确认，那么这些开关机械部分的故障排除应由用户来证明。需要知道的是，这通常是很难实现的，比如，磨损、振动、腐蚀或不适当的机械应力对设备的影响就很难评估。要想达到PLd或PLe，必须同时安装两个机械门开关。

图1，需主动干预的生产区域监控

非接触式开关

对于磁性开关和RFID接近开关来说，其设计原则是：单独的机械故障不会导致整个安全功能的丢失，安装一个双通道磁性开关或者一个带有冗余OSSD输出的RFID开关就能达到PLd或PLe。

使用磁性开关（带励磁触点）时，如果同时使用一对开关和安全继电器，而两者之间的相互适用性没有经过制造商的检验。那么使用者必须确保开关内的峰值电流不会造成继电器等电器单元的过早磨损。

假设安全电路发生的最大峰值电流为Is，开关允许的峰值电流为Ismax，所有串联开关的允许峰值电流的最小值必须大于或等于Is。

RSmin(i)：开关i最小的内部阻抗

ISmax：开关i允许的最大峰值电流

UPmax：最大电压

RPmin：安全继电器的最小内部阻抗

Is：最大的切换电流

而机械开关和OSSD输出的开关不会发生过早磨损的问题，因为它们的磨损主要取决于平均电流和热性能。

主动型的光电保护设备

主动型的光电保护设备包括光栅、激光扫描仪、安全照相系统和压敏地毯等。

光栅：在需要主动干预的生产过程，光栅为设备和机械进行最佳保护，提供符合EN/IEC 61496-1的手指、手部或身体保护功能。

激光扫描仪：激光光束扫描需要监控的区域，如果光束被异物反射，扫描仪检测到异常，将中断危险的动作。通常激光扫描仪只能覆盖比较小的区域，如果保护区域比较大，可增加第二台激光扫描仪以水平或者一定的角度安装，防止对第一台扫描仪的后方入侵。

安全照相系统：目前行业内最新的发展是安全照相系统，可自由配置保护区大小，相对于简单的传感器，它们可以记录并分析整个监控区域的详细信息，安全监控有潜在危险的工作过程，保护员工和机器。

压敏地毯：许多压敏地毯基于常开的工作原理，需要使用特殊的评估设备，进行驱动并确保故障检测。市场上也有按照常闭原理工作的地毯，一般应用在安全级别较低以及电气负载较低的场合，这种类型的安全地毯可以直接激活负载接触器。

双手控制设备：在工作站上应用双手控制设备，使操作者的双手处于占用状态，当设备运行时，双手就会远离危险区。

图2，安全扫描仪和安全照相机

电敏保护设备的重要信息

1）机器的重启：一旦安全防护设备被激活，机器就不能被自动重启，直到保护区域具备重启条件。机器的重启必须通过危险区外部的可视化设备进行复位。 

2）危险区后部的入侵：除了对危险区正面加装保护之外，也有必要考虑从设备上方、下方或周围移动的可能性，以及从保护区后方入侵的可能性。可以加装纯机械保护装置或者光栅等用来避免后方入侵。

3）屏蔽：电敏保护设备暂时的，自动的停止，以便在不中断生产过程的情况下允许物料进出危险区。屏蔽传感器的安装位置必须正确，确保当物料通过保护区时，控制器只启动屏蔽功能，使保护设备暂时停止，同时，一旦检测到有人进入了保护区，危险运动将立即停止。

图3，4个屏蔽传感器实现屏蔽功能

4）安全距离：如果危险工作区很容易被靠近，而且机器本身无法对危险做出及时反应（比如焊接和磨削过程），需要安装主动型的光电保护设备。

如果安全围栏的安全门被打开，有人进入了危险区，但是机器仍在减速或制动的过程中，而且机器的制动时间相对较长，而人接近的速度又足够快，这种情况下，就有可能会发生危险的后果。

为了确保在人靠近之前危险动作完全关闭，必须在适当的距离安装保护设备。根据EN ISO13855，对安全距离的定义如下：

S=Kx(t1+t2)+C，其中，

t1：保护设备的响应时间；

t2：机器的响应时间；

C：保护设备无法检测的靠近危险区的潜在可能性，比如从光幕的两束光线中穿过未被检测到，取决于光线之间的距离；

K：人体或人体某个部分靠近的速度，在EN ISO 13855中定义为1,600mm/s，手的速度是2,000mm/s。

打开门所需的时间需要减掉，因为没有参考标准，可以通过理论上的时间长度或者实践计时来确定。

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