摘要：本文通过对安全继电器在工业生产过程中的应用进行了研究，尤其是对在盾构机上的应用。对安全继电器的硬件和软件软件进行介绍及功能分析，通过盾构机安全要求和国际上一些制定的安全标准体系，结合盾构机上用到的安全继电器的应用，和以前的继电器相比，验证了现在的安全继电器对设备和人身安全起到了保护作用。
关键词：安全继电器，盾构机，安全标准体系
1绪论
随着工业生产过程中安全问题的不断产生，工业安全日益受到人们的重视，涉及到人和机械设备安全的大型机械领域尤其重要。工业生产安全的核心问题就是防止在工业生产过程中发生工作人员伤亡以及财产损失。机械安全是一项十分复杂的系统工程，需要考虑的因素很多，比如机械设备特点，工艺操作特点，安全设计理念，人为因素等。安全控制系统包括：安全输入设备（急停按钮，维护开关，门限位，双手控制按钮等），安全控制电器元件（安全继电器，安全PLC，安全总线等）和安全输出控制（主回路中的接触器，继电器，阀等）[1]。
1.1发展背景
在自动化环境中，集成智能安全系统变得越来越重要。采用智能接口技术可用于安全工程[2]。安全继器是实现兼具灵活性和经济性的机器安全系统的理想选择。以前的普通安全继电器，和现在的安全继电器相比，以前的安全继电器全部都是用外部硬件来控制，而现在的安全继电器是通过程序来控制，不需要大量的硬件来控制。
1.2盾构机安全要求
机械安全标准起源于发达国家，通过机械安全标准来规范机械全生命周期内的安全要求，特别是从设计源头减小或消除风险，对于提高机械的本质安全水平，促进制造业安全生产是切实有效的解决办法之一[3]。我国的机械安全标准主要以国际标准为主。盾构机的安全设施要满足GB/T 34650-2017全断面隧道掘进机盾构机安全要求，安全回路应采用具有安全防护等级的设备或装置[4]。电气控制系统安全防护的性能等级应符合GB/T 16855.1的规定，安全防护的性能等级要求(PLr）[5]，其余安全性能等级要求(PLr)应该至少满足“a”(见表1)。
表1 性能等级要求
安全防护性能等级要求(PLr)
刀盘点动d
在电路或供电中断情况下的负载维持d
最小支撑压力的连锁b
附加的独立支撑系统的连锁d
检修门或防护装置的连锁c
急停装置c/d
自动关闭c
本部分的性能等级定义为每小时危险失效的概率。5种性能等级(a~e)用每小时危险失效概率的规范来表示(见表2)。
表2 性能等级(PL)
PL每小时平均危险失效概率/(1/h)
a≥10-5?<10-4
b≥3×10-6 <10-5
c≥10-6 <3×10-6
d≥10-7 <10-6
e≥10-8 <10-7
2硬件介绍
2.1 武汉三阳路的盾构机用到的安全继电器的主要配置：
（1）cpu模块 FX3-CPU130002
（2）网络模块 FX0-GPNT
（3）扩展8个单通道输入模块 FX3-XTDI80002
（4）扩展8个单通道输入和4个单通道输出模块 FX3-XTIO84002
（5）继电器模块 UE410-4RO4
2.1.1 cpu模块
CPU模块是整个系统的CPU，它通过储存在插头中的存储器来监控和处理所有的输入信号[6]。主单元具有RS-232接口，通过它，技术人员可以上传并且改变系统设置。
主模块另外还有2个EFI接口。它有俩个EFI接口，EFI总线是一种传感器与控制器之间的双通道通信总线。所有的通过EFI连接的控制器都可以通过flexi soft的RS-232通信进行编程；提供高质量的诊断信息和当处于优先状态时可以传递快速准确的动作。
2.1.2网络模块
所用到的网关模块，用于将FLEXI SOFT数据集成到PLC中，网关提供输入/输出状态和错误/状态信息传递[7]。它的现场总线用的是PROFINET。
2.1.3 继电器模块
继电器模块的输出端有4个通路电流路径(13/14,23/24,33/34,43/44)；
控制输入数量有2个（B1,B2）；
信号电流路径有2个（Y14,Y24）；
反馈电流路径有2个（Y1/Y2,Y3/Y4）。
3软件介绍
3.1 Flexi Soft介绍
flexiSoft是一个可编程并且可以扩展模块的安全控制器，适用于集成到多种总线网络。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆软件中包含非常丰富的功能块程序模块化配置(12-144 输入/输出)可自由选择晶体管输出或者继电器输出具备快速关东功能，反应时间短(可达到8 ms)通过记忆插头存储程序，可快速配置具备几乎所有的通用总线网络网关，可方便的与各种网络连接提供EFI总线接口，可应用于同样具备EFI总线接口的安全传感器。
优点：
? 带有模块化硬件平台的安全控制器
? 配置存储于系统插件中
? 利用 Flexi Link 实现安全控制器联网
? 使用 Flexi Loop 的安全串联
? 安全驱动监控
? 免授权配置软件 Flexi Soft Designer
3.2 Flexi Soft Designer介绍
配置工具Flexi Soft Designer可为安全控制软件Flexi Soft创建简单清晰的配置文件。仅用三步（硬件配置，逻辑创建和发送以及校验）即可完成配置创建。通过配置工具中的简单操作指导即可将模块和元件信息、用于快速调试的图形化布线图和完整的文档准备完毕。也可在 Flexi Soft Designer 中非常简单地配置 Flexi-Link 项目。每个站均各自项目化，而 Flexi-Link 项目可被存储在一个单独的项目文件中。
优点：
?配置编程简单；
?模块化，可扩展性强；
?能处理多种传感器信号；
?快速关断；
?设备更换容易；
3.3 计算机与Flexi Soft系统连接
计算机连接到Flexi Soft系统，一共有三种不同的接口：
? RS-232
? USB（需要 FX3-CPU3）
? TCP/IP（经由以太网网关）
主要通过以太网连接Flexi Soft系统
直接通过STEP7给SICK分配IP地址。
点击按钮添加 TCP/IP 连接配置文件。创建新的连接配置文件对话框将打开。
硬件组态设置，每个站最多5个输入，5个输出。起始地址自行设置，每个模块12个字节。
寄存器间接寻址读写数据。
IO输入输出：自动分配在模块1,2里面。逻辑结果：自动分配在模块3里面。计算量：手动编辑在模块3,4,5里面。
STEP7到SICK，一个rlease一个reset按钮。
3.4 主要功能块说明
3.4.1复位功能
一般说明：
复位功能块可用于满足针对安全应用的规范要求，以确认手动安全停止，以及满足接下来的重启应用要求。通常情况下，模块化安全控制器 Flexi Soft 的每个安全逻辑均包含一个复位功能块。
3.4.2外部设备监控功能
一般说明：
外部设备监控功能块可以控制外部设备（例如接触器）并利用其反馈信号检查是否按预期切换。外部设备为此连接到输出 1 和/或输出 2。反馈信号连接到外部设备监控反馈信号输入。控制输入连接到显示所需外部设备状态的逻辑信号，例如复位功能块的许用输出。
4 安全继电器使用实例
在武汉三阳路的的国内超大直径为15.73米的盾构机上面用的安全继电器用的就是SICK安全继电器。此台盾构机上一共有四个站分别为：A,B,C,D。其中A站在MCC01(低压配电柜)里面，C站在SDB01(低压配电柜)里面，B站,D站在CC01(控制室)里面。四个站是串联起来的，四个站相互联系。
以注浆系统为例，注浆系统由俩个注浆泵组成。
注浆急停的线圈得电满足的条件:
(1) CC01急停按钮;
(2)液压动力单元维护开关;
(3)RC233注浆泵清洁急停按钮;
(4)RC233注浆泵清洁维护开关;
(5)RC232注浆急停按钮;
(6)RC232注浆维护开关;
液压动力单元维护开关，RC232,RC233控制面板的维护开关要处于ON状态为开启注浆泵的前提条件，当RC233控制面板(1#车架浆桶边上),RC232控制面板(注浆泵边上)，CC01操作室的急停按钮按下去，安全继电器的线圈就会断电，注浆泵的控制回路会断电，注浆泵就会停下来。
急停按钮接线用的是双通道，以防其中一条线路断路，急停按钮不起作用。
5结语
由于当今社会人们越来越注重安全，安全继电器产品在技术上越来越成熟，产品功能的标准化，应用场合的多样化，安全继电器等安全设备已经普及到很多行业的设计标准中。通过现在安全继电器在盾构机上的应用，和普通的安全继电器相比，安全等级更高，现在的安全继电器既能保护机器又能保护操作人员的人身安全。现在的安全继电器可以通过程序来控制，不需要大量的硬件设备来控制，更加方便，更容易检查故障。
参考文献:
[1]褚卫中.机械安全技术及应用[M].机械工业出版社.2014.6
[2]吴巧玲.盾构构造及应用[M].人民交通出版社出版,2011
[3]费国,葛自江,马矜.安全继电器在工业生产过程中的分析与应用[D].2013.6
[4]唐经世,唐元宁.掘进机与盾构机[M].中国铁道出版社,2008
[5]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].中国建筑工业出版社,2004
[6]耿帅兵.安全PLC在电气自动化中的应用问题分析与研究[J].2017.10.08
[7]王锡俊.可充当安全PLC的安全网关[J].2017.04.15
论文作者:宋云
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/29
标签：继电器论文; 盾构论文; 模块论文; 注浆论文; 按钮论文; 等级论文; 设备论文; 《防护工程》2019年11期论文;