現(xiàn)代汽車的制造分為沖壓爆踱、焊裝壕吹、涂裝和總裝四大工藝所踊，再加上動力總成就組成了整車生產(chǎn)的五個密不可分的生產(chǎn)流程浊闪。國內(nèi)外的汽車制造商歷來重視汽車制造過程中的安全與保護恼布。隨著產(chǎn)能的不斷提升，廠商對設(shè)備自動化的要求越來越高搁宾，機器和設(shè)備也越來越復(fù)雜折汞、速度也越來越快。因此使谋，廠商對這些機器的安全要求也越來越高蛆器。我們既要能夠保證安全、可靠性蔓摇，又要保證靈活、易維護性固鹏。這就對安全元器件的正確和合理的設(shè)計和選擇提出了一定的要求崩绑。

　　為何在安全控制系統(tǒng)中，需要使用特殊的安全控制模塊來控制安全功能

　　安全控制系統(tǒng)必須提供一種高度可靠的安全保護手段鹰个，最大限度地避免機器的不安全狀態(tài)寂疏、保護生產(chǎn)裝置和人身安全，防止惡性事故的發(fā)生骏拱、減少損失忱徙。該系統(tǒng)在開車、停車、出現(xiàn)工藝擾動以及正常維護操作期間對機器設(shè)備提供安全保護缭慈。一旦當(dāng)機器設(shè)備本身出現(xiàn)危險冲肖，或由于人為原因而導(dǎo)致危險時，系統(tǒng)立即做出反應(yīng)并輸出正確信號涯捻，使機器安全停車浅妆，以阻止危險的發(fā)生或事故的擴散。

　　一套安全控制系統(tǒng)障癌，由安全輸入信號（即安全功能凌外，如緊急停止信號、安全門信號等）涛浙、安全控制模塊（如安全繼電器康辑、安全PLC）、和被控輸出元件（如主接觸器轿亮、閥等）三部分組成疮薇。

　　在國內(nèi)不少具有安全要求的機器中，普通的繼電器或者PLC被廣泛地作為控制模塊哀托，對安全功能進(jìn)行監(jiān)控惦辛。從表面看來，這樣的機器在一定條件下也能夠保證安全性仓手。但是胖齐，當(dāng)普通的繼電器和PLC由于自身缺陷或外界原因?qū)е鹿δ苁r（如觸點熔焊、電氣短路董纺、處理器紊亂等故障）茎冒，就會丟失安全保護功能，引發(fā)事故吆律。

　　而對于安全控制模塊宠璧，由于其采用冗余、多樣的結(jié)構(gòu)妈务，加之以自我檢測和監(jiān)控姊黍、可靠電氣元件、反饋回路等安全措施钓宗，保證在本身缺陷或外部故障的情況下沃铣，依然能夠保證安全功能，并且可以及時的將故障檢測出來构胰。從而在最大程度上保證了整個安全控制系統(tǒng)的正常運行暴彻，保護了人和機器的安全。

　　汽車制造行業(yè)的安全要求

　　汽車制造行業(yè)需要運用到各種各樣的設(shè)備和技術(shù)莱衍，包括有數(shù)控機床冬魏、沖壓設(shè)備帮寻、機器人控制、傳送和傳輸裝置等赠摇。這些設(shè)備根據(jù)不同應(yīng)用和其本身的風(fēng)險程度固逗，有著不同的安全要求。通常蝉稳，我們可以參照以下歐洲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計：

　　EN 1050-1996 機械安全 風(fēng)險評價

　　EN 292－1：1991 機器安全 基本概念與設(shè)計通則

　　EN 954-1 機械安全 控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件 第1部分 設(shè)計通則

　　EN/IEC 60204 機械安全 機械電氣設(shè)備

　　EN/ISO 13894 機械的安全 控制系統(tǒng)有關(guān)的安全部件

　　EN/IEC 61508 主要涵蓋了電氣/電子/可編程電子系統(tǒng)的功能安全

　　EN 418 緊急制動設(shè)備

　　EN 1088 與保護裝置有關(guān)的連鎖裝置 設(shè)計和選擇原則

　　EN 12415 機床 安全 小型數(shù)控車床和車削中心

　　EN 12417 機床 安全 加工中心

　　EN 12478 機床 安全 大型數(shù)控車床和車削中心

　　EN 692：1996 機械壓力機安全

　　EN 693：2000 機床安全 液壓機

　　EN 1550：1997 機床安全 工件夾緊用卡盤設(shè)計和制造的安全要求

　　這些標(biāo)準(zhǔn)中抒蚜，我們現(xiàn)在比較常用的有EN 954-1（此標(biāo)準(zhǔn)將被 EN ISO 13849替代）。其中以下的圖表常被用于機械的等級判斷耘戚。

　　EN 954-1中的等級分為B嗡髓、1、2收津、3饿这、4，分別由低到高撞秋。我們以沖壓車間中的壓機設(shè)備為例长捧，經(jīng)過分析，由于壓機滑塊會對人員造成重傷或死亡的危害吻贿，我們選擇S2秩纹；工作人員需要將加工件放入壓機之下進(jìn)行加工，連續(xù)工作12小時萎丘。也就是說操作人員需要經(jīng)常面臨此危險园撵，所以我們選擇F2；而滑塊下落的時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人員反應(yīng)和動作的時間另款，即為人員幾乎不可能避免此危險石沸，所以我們選擇P2。根據(jù)圖表询嘹，對于壓機的工作區(qū)域庵动，我們可以得到其安全等級要求為4級。沖壓車間為所有車間之中最為危險呜谓、安全等級最高的一個生產(chǎn)區(qū)域暮课。對于油漆、總裝洼荡、車身和動力車間椎吼，則需要根據(jù)不同的設(shè)備、加工區(qū)域胯恤、傳送流程進(jìn)行各自的風(fēng)險評估和等級劃分。

　　Pilz安全控制模塊在汽車制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　在確定了設(shè)備的安全等級之后绰姻，相應(yīng)安全區(qū)域的安全控制電氣回路也必須達(dá)到與之對應(yīng)的安全等級枉侧。在整個安全控制電氣系統(tǒng)中引瀑，安全控制模塊最為復(fù)雜。因為安全控制模塊榨馁，既要采集安全輸入信號憨栽，并且根據(jù)邏輯要求，進(jìn)行安全的輸出控制翼虫。安全控制模塊不但在自身出現(xiàn)缺陷的情況下依然要能夠保持高安全可靠性屑柔，同時也要能夠檢測安全輸入信號和被控輸出元件的故障，并及時做出合理的反應(yīng)珍剑。在安全控制領(lǐng)域掸宛，常用的安全控制模塊有安全繼電器、安全可編程控制器招拙、安全總線系統(tǒng)唧瘾。

　　Pilz緊湊型安全繼電器PNOZ X、elog和Sigma系列可以用于控制單一安全功能别凤，適用于小型的安全控制系統(tǒng)禀丁。其安全輸出通常有繼電器觸點輸出或晶體管輸出。無論采用何種形式的輸出結(jié)構(gòu)乃描，安全繼電器都能夠保證至少2個通道進(jìn)行輸出的控制跨基。在一個輸出通道出現(xiàn)故障的情況下，另外一個冗余的通道依然能夠保證安全繼電器的安全功能斯凑，并且及時檢測出故障通道肾俯。

　　Pilz模塊化安全繼電器PNOZmulti是一個多功能、可自由配置的模塊化安全系統(tǒng)界赦。與其他PNOZ安全繼電器不同诬忱，PNOZmulti的安全電路可在個人電腦上使用圖形配置工具輕松生成。PNOZmulti由一個PNOZ m0（1/2）p基礎(chǔ)模塊和若干個擴展模塊組成焰箩【伪啵基礎(chǔ)模塊可單獨使用，包括20個可連接急停按鈕影晋、安全門在膏、雙手控制器等所有安全功能的輸入點；4個2A容量的半導(dǎo)體安全輸出镜会；2個繼電器安全輸出檬寂；一個輔助非安全輸出以及4個測試脈沖輸出〈帘恚可以使用擴展模塊來達(dá)到增加輸入輸出點桶至、速度監(jiān)視、現(xiàn)場總線連接的功能匾旭。通過基礎(chǔ)模塊上的RS232接口可以直接向PNOZmulti寫入程序镣屹，或使用讀卡器向SIM智能卡寫入程序后插入PNOZmulti運行圃郊。

　　安全可編程控制器適用于中、大型的安全控制系統(tǒng)女蜈。Pilz的安全可編程控制器PSS的CPU采用冗余的多處理器結(jié)構(gòu)持舆。各個處理器之間相互監(jiān)控，一旦出現(xiàn)不一致伪窖，立刻使控制器處于安全狀態(tài)逸寓，并且發(fā)出報警信息；同時覆山，安全可編程控制器對內(nèi)部的RAM竹伸，EPROM，輸入輸出寄存器等元件進(jìn)行實時監(jiān)控胜玖，并且采用特殊的測試脈沖對輸入信號和輸出被控元件進(jìn)行檢測袄优，一旦出現(xiàn)任何不安全隱患，控制器立刻切換至安全保護狀態(tài)竿疫。

　　Pilz 安全總線系統(tǒng)SafetyBUS p則適用于大型紫掷、離散式的安全控制系統(tǒng)。其原理是在現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場總線的基礎(chǔ)上胃争，采用了一系列的時間檢測伯梧、地址檢測、連接檢測和CRC冗余校驗等措施所讶，達(dá)到高的安全等級惊眠。

　　對于汽車制造工業(yè)的不同車間和設(shè)備，以上安全產(chǎn)品的正確選擇妄温、設(shè)計和使用尖鲜，對于成本的降低、設(shè)備的安全可靠性瓷莽、維護的便易性至關(guān)重要宣璧。

　　對于安全功能4個以下的單臺設(shè)備或流水線，我們可以使用緊湊型安全繼電器溃卡。例如溢豆，在動力車間中的單臺數(shù)控機床，其安全功能通常包括數(shù)個緊急停止按鈕瘸羡、一扇至二扇安全門漩仙，并且安全等級在3級以上。對于這樣一個應(yīng)用犹赖，我們可以采用一個緊湊型安全繼電器控制所有的緊急停止按鈕队他；再使用1/2個緊湊型安全繼電器控制1/2扇安全門。任何一個安全繼電器被觸發(fā)峻村，安全輸出必須切斷相關(guān)負(fù)載（如控制軸運動的變頻器或伺服）麸折。

　　對于安全功能在4至14個的設(shè)備或流水線系枪，我們推薦使用模塊化的安全繼電器PNOZmulti來得到更高的靈活性和更低的成本。我們以一條油漆自動化線為例磕谅，在此生產(chǎn)區(qū)域中，通常包括在安裝在噴涂區(qū)域進(jìn)出口的2對安全光柵雾棺、4/8個安全門膊夹、若干個緊急停止按鈕、2套屏蔽傳感器然那，并且安全等級在3級以上邀敲。我們當(dāng)然可以選用緊湊型的安全繼電器來實現(xiàn)以上安全功能。但是這種解決方案的成本較高涝沈、接線繁瑣珍媚、故障診斷困難。而PNOZmulti的應(yīng)用侍醇，不但能夠可靠尼布、高效的完成安全功能，并且能夠從設(shè)計子历、購買朦舟、維護中降低成本。

　　對于安全功能在數(shù)十個以上稻便、或者大部分的安全功能都離散分布的現(xiàn)場投湿，可編程安全系統(tǒng)PSS和安全總線系統(tǒng)SafetyBUS p 可以使復(fù)雜的安全控制變得簡便、清晰趁宠。在大型沖壓流水線中不从，PSS和SafetyBUS p都有成功的應(yīng)用案例。通常犁跪，一條沖壓流水線高10m椿息，長50m，分為涂油耘拇、沖壓撵颊、剪切 等幾個工作區(qū)域。每個區(qū)域都有2扇沖程門和若干的緊急停止按鈕惫叛；外圍還需要有安全光柵保護換模區(qū)域倡勇；此外沖壓機械中還有大量的安全信號（比如上死點、閥信號等）需要接入安全控制系統(tǒng)嘉涌，并且以復(fù)雜的邏輯關(guān)系貫穿于整個安全控制回路妻熊。在這種情況下，PSS安全可編程控制器和SafetyBUS p 安全總線系統(tǒng)是最為合適的解決方案仑最。PSS可編程控制器可以簡便的實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯關(guān)系扔役。通過SafetyBUS p安全總線可以將分散在現(xiàn)場的安全輸入信號通過一根電纜集中至PSS主站進(jìn)行控制帆喇。同時，PSS可以通過普通現(xiàn)場總線如Profibus亿胸、DeviceNET與現(xiàn)場的其他系統(tǒng)進(jìn)行通訊馁雏。

　　Pilz安全傳感器技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域中的應(yīng)用

　　現(xiàn)在，機器人已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于汽車制造領(lǐng)域国产。機械手運動的區(qū)域為危險區(qū)域托俯。我們經(jīng)常使用安全光柵/光幕、安全掃描儀拼固、安全地毯和防護柵欄雹纤，以避免保護工作人員收到受機械手的傷害。如下圖今攀，2套安全光柵墓趋、2個安全掃描儀和大量的防護柵欄被用于2個機械手的危險隔離。在這里敲抄，3種不同的安全防護技術(shù)被應(yīng)用于這個解決方案奈兢。而Pilz最新推出的產(chǎn)品SafetyEYE可以使用一種技術(shù)就可以完成以上所有的安全功能，并使成本更加低碴验、使用更加靈活汪兢。

　　安全照相系統(tǒng)的SafetyEYE包含兩個相互作用的單元：傳感裝置包含照相機和分析單元，分析單元用以分析圖像信息并且通過一個可編程的安全控制系統(tǒng)提供一個自動化的界面辞槐。照相機每秒鐘能記錄下多個圖像信息用于計算目標(biāo)的物理位置掷漱，然后將其與檢測區(qū)域和警告區(qū)域進(jìn)行比較，根據(jù)不同的比較結(jié)果可以設(shè)定不同的輸出榄檬，并且可以通過安全的總線系統(tǒng)SafetyBUS p和未來的SafetyNET p進(jìn)行設(shè)置卜范。SafetyEYE是在三維視覺理論的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它要形成一個真實空間中目標(biāo)的圖像信息至少需要來自兩個角度的信息鹿榜，就像人的兩只眼睛一樣海雪，SafetyEYE需要一些傳感器也就是一些照相機來保證獲取所需的信息。SafetyEYE配置了三個照相機為的是能夠獲取所有情況及每個可能的可視和實際情況下的圖像信息舱殿。人眼之間的距離能夠與SafetyEYE鏡頭間的距離相比較奥裸。由于所有靜態(tài)和動態(tài)的目標(biāo)都可以被監(jiān)控，單個的照相機必須同時采集信息沪袭，SafetyEYE的傳感裝置每秒鐘可以采集20個圖像信息湾宙，通過光纖電纜傳輸?shù)椒治鰡卧S著單個照相機間的距離的確定也建立起深度效果冈绊。靈活的設(shè)計使得風(fēng)景顯得相對平坦侠鳄，例如，對于一個具體的應(yīng)用，基本距離間的結(jié)構(gòu)設(shè)計枕捺，鏡頭的布局以及照相機的像素都應(yīng)該作為參考吮蒜，用以確定最小的可發(fā)覺的目標(biāo)的大小。

　　對于汽車制造領(lǐng)域中的機器人控制壁歧，采用SafetyEYE即可達(dá)到類似下圖中的效果催岔。一套系統(tǒng)既可以實現(xiàn)原先需要三套甚至更多系統(tǒng)才能夠完成的安全功能！

　　我們以總裝車間中的涂膠工作站為例段扛，操作人員需要將一個前擋風(fēng)玻璃插入到一個裝置中闭榛，擋風(fēng)玻璃通過排煙罩殼固定，操作人員安裝真空固定的光跌缩、雨傳感器，然后在外邊緣涂上膠粘劑攻睬，從而使得擋風(fēng)玻璃能夠連接到車身上雀肠，要完成整個的工作流程，操作人員必須離開工作站并啟動自動模式浅慎。這些工作站的大小大約是3 x 1 x 2米（寬胁会、深、高）抵蚊，在這樣的工作站內(nèi)施绎，操作人員的安全保障主要是通過光幕和激光掃描儀來實現(xiàn)的。當(dāng)有操作人員進(jìn)入到工作站時贞绳，光幕就會切斷所有危險的移動谷醉。激光掃描儀用于防止侵入被保護的區(qū)域，這也就意味著直到人離開危險區(qū)域才可以通過腳踏開關(guān)或按鈕開啟工作站冈闭。除了單個系統(tǒng)的投資之外俱尼，在工廠的工程、安裝和調(diào)試的過程中也會產(chǎn)生相當(dāng)?shù)馁M用萎攒，所有的安全元件都必須安裝遇八、固定并且在相應(yīng)的總線分站上建立獨立的紀(jì)錄文檔，當(dāng)然我們也不能忘記在操作的過程中產(chǎn)生的費用耍休，包括在設(shè)定的間隔內(nèi)重復(fù)測試所產(chǎn)生的費用∪杏溃現(xiàn)在我們可以利用SafetyEYE來保護兩個互成90°的兩個車間。兩個車間連接處的檢測區(qū)域?qū)⑼ㄟ^一個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控羊精。SafetyEYE將會被安裝在大約4米能夠看到兩個工廠的高度斯够，也會對檢測區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。因此每個工作站被定義為一個檢測區(qū)域組太汹，這些工作組將會獨立于其他的元件單獨轉(zhuǎn)換稀掠。使用了SafetyEYE之后，其他的安全裝置如激光掃描儀和光幕現(xiàn)在就可以拆除了，因為不再需要那些在設(shè)備邊緣的防護裝置幽滤，整個的工作站將會變得非常得開放蓖搅。整個的設(shè)備現(xiàn)在可以更好得滿足員工對環(huán)境的需求。

　　結(jié)束語

　　Pilz作為第一個安全繼電器的發(fā)明者哼沃，多年來一直致力于安全自動化技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)自動化技術(shù)的研究和開發(fā)翩汰。Pilz的各種產(chǎn)品被廣泛的應(yīng)用于汽車制造行業(yè)，并且獲得客戶極大的認(rèn)可床候。隨著國內(nèi)對安全生產(chǎn)溃耸、以人為本的經(jīng)營理念的不斷認(rèn)知，我們相信猩缺，國內(nèi)汽車制造廠商對安全自動化技術(shù)的要求將會不斷提高发惭。Pilz 將會保持客戶至上的公司理念，為國內(nèi)汽車制造領(lǐng)域的廣大用戶提供更加可靠泣爷、更高性價比罩锐、更先進(jìn)的安全與非安全的整體解決方案。

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