在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，最危險(xiǎn)、最需要采取保護(hù)措施的部位，即對工件進(jìn)行加工的部位安裝防護(hù)門作為操作人員與加工工件之間的通道，但如何使防護(hù)門起到安全保護(hù)作用，成為安全門，就顯得尤為重要。 對于防護(hù)門不同的開關(guān)方式，可以通過安裝不同類型的安全開關(guān)來實(shí)現(xiàn)安全保護(hù)功能。由于機(jī)床的危險(xiǎn)程度比較高，因此所需的安全保護(hù)等級也相應(yīng)比較高，為此可通過將安全開關(guān)與各種安全監(jiān)控器配合使用，來實(shí)現(xiàn)較高的安全保護(hù)目的。安全開關(guān)主要分為安全門開關(guān)和安全限位開關(guān)。但在有些危險(xiǎn)場所，則需設(shè)置安全光幕。 一安全門開關(guān) 1. 安全門開關(guān)的功能 安全門開關(guān)主要安裝在具有人身傷害危險(xiǎn)性的機(jī)床、機(jī)器設(shè)備的防護(hù)門（或者蓋板）上；使用安全門開關(guān)必須實(shí)現(xiàn)以下功能： （1）隔離原則（人與機(jī)器空間上的分離原則）：在機(jī)器的危險(xiǎn)運(yùn)動停止之前，門被鎖住，工作人員無法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域；其他危險(xiǎn)因素被排除之前，門被鎖住，工作人員無法進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域；防護(hù)門關(guān)閉前和危險(xiǎn)源被隔離前不可開機(jī)。 （2）停止原則（時(shí)間上分離原則）：關(guān)閉可移動的防護(hù)門都不會直接啟動機(jī)器設(shè)備的危險(xiǎn)動作；機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中打開防護(hù)門就要停機(jī)。 2. 安全門開關(guān)安全功能的實(shí)現(xiàn) 從結(jié)構(gòu)上看，非安全開關(guān)通過彈簧施加的力來斷開觸點(diǎn)，而安全門開關(guān)通過剛性操動桿施加的力來斷開觸點(diǎn)。觸點(diǎn)熔接和彈簧失效的情況下，本來應(yīng)該斷開的觸點(diǎn)卻無法斷開，此時(shí)就無法確保安全。而安全門的剛性操動桿，在此時(shí)可以強(qiáng)行斷開觸點(diǎn)，從而確保安全。因此，在實(shí)踐上往往在安全開關(guān)上印上經(jīng)過認(rèn)證的"→"箭頭標(biāo)記如圖1所示。 通過比較安全門開關(guān)和非安全開關(guān)可以看出，安全門開關(guān)不僅通過對防護(hù)門開閉和鎖定進(jìn)行檢測來實(shí)現(xiàn)安全功能，同時(shí)，帶有NC接點(diǎn)的開關(guān)與剛性機(jī)械結(jié)構(gòu)聯(lián)動，這使之具有肯定斷開接點(diǎn)的功能，即使接點(diǎn)熔接也能斷開，從而，通過其安全功能保證人身不受到機(jī)器設(shè)備的傷害。 3. 安全門開關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn) 國際標(biāo)準(zhǔn)是IEC60947-5-1。其有關(guān)低壓開關(guān)和控制裝置的一般規(guī)則中有一部分規(guī)定："……肯定斷開保證在常閉觸點(diǎn)熔接時(shí)，它們可被開關(guān)的正常操作分開，即壓下心桿，取出鑰匙，旋轉(zhuǎn)杠桿，或拉動繩索。換言之，即使在發(fā)生電路故障后，仍然保證開路。" 4. 安全門開關(guān)的分類 一般情況下，安全門開關(guān)分為機(jī)械鎖定型和電磁鎖定型安全門開關(guān)，這兩種開關(guān)都具有絕緣塑料外殼和金屬外殼兩個(gè)系列，選擇何種系列取決于它們所處的環(huán)境條件，這些條件包括：機(jī)械負(fù)載、溫度、化學(xué)影響等。經(jīng)驗(yàn)表明，金屬外殼系列比絕緣塑料外殼系列更能承受惡劣的條件，但是，在通常的工業(yè)應(yīng)用條件下，絕緣塑料外殼系列能更好地發(fā)揮作用，例如，在各種機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、印刷機(jī)械、造紙機(jī)械、包裝機(jī)械等行業(yè)。 安全電磁開關(guān)鎖有下述兩種工作方式，無論選用何種工作方式的安全電磁開關(guān)鎖，都必須考慮到在鎖定狀況下可能承受的最大拉力。 （1）彈簧力鎖定工作方式的安全電磁開關(guān)，通過內(nèi)部的彈簧力來進(jìn)行鎖定，通過內(nèi)部的電磁線圈通電產(chǎn)生的電磁力來進(jìn)行解鎖，如果電磁線圈沒有通電，則可移動的防護(hù)門將始終保持鎖定狀態(tài)。在這種形式的電磁開關(guān)鎖中，內(nèi)部的彈簧為安全型的彈簧，其彈簧線圈之間的間隙比彈簧鋼絲的直徑還要小，這樣可避免彈簧損壞，確保彈簧可實(shí)現(xiàn)安全的鎖定功能。 （2）電磁開關(guān)鎖的另一種工作方式是通過電磁力鎖定。當(dāng)開關(guān)內(nèi)部的電磁線圈通電后產(chǎn)生電磁力，這個(gè)電磁力克服彈簧的彈力之后將操動件鎖定，而當(dāng)電磁線圈斷電之后，彈簧將恢復(fù)原狀，從而將操動件解鎖。 在EN 1088:1996標(biāo)準(zhǔn)中明確指出，通過彈簧力鎖定的電磁開關(guān)鎖可被當(dāng)作安全開關(guān)用來保護(hù)人身安全；而通過電磁力鎖定的電磁開關(guān)鎖只能應(yīng)用于少數(shù)情況，在這些情況中，機(jī)器設(shè)備經(jīng)過分析后確認(rèn)不會對人身安全造成傷害，但卻需要對機(jī)器設(shè)備本身或材料的加工過程進(jìn)行保護(hù)。原因顯而易見，在使用通過電磁力鎖定的電磁開關(guān)鎖時(shí)，一旦因?yàn)橥獠烤€路的問題使得電磁線圈無法通電，則無法鎖定操動件，從而使可移動的防護(hù)門能輕易被打開，電磁開關(guān)鎖失去了安全鎖定的功能。 歐姆龍的安全門開關(guān)（有D4NS常規(guī)安全門開關(guān)，D4GS-N纖細(xì)型安全門開關(guān)，D4BS安全門開關(guān)，D4GL小型電磁鎖定安全門開關(guān)，D4JL電磁鎖定安全門開關(guān)，D4NL小型電磁鎖定安全門開關(guān)，D4BL電磁鎖定安全門開關(guān)，D4NH小型安全鉸鏈門開關(guān)，D40B小型非接觸式門開關(guān)）都可以滿足上述要求或者規(guī)定。 5. 安全門開關(guān)的特點(diǎn) 安全門開關(guān)由相互獨(dú)立的兩部分組成：開關(guān)本體和開關(guān)操動件。當(dāng)安全防護(hù)門打開時(shí)，開關(guān)操動件被從開關(guān)本體中拉出，此時(shí)開關(guān)內(nèi)的常閉觸點(diǎn)會通過一個(gè)機(jī)械反彈裝置斷開。當(dāng)安全防護(hù)門閉合時(shí)，開關(guān)操動件插入開關(guān)本體內(nèi)，此時(shí)常閉觸點(diǎn)閉合，這樣機(jī)器設(shè)備的驅(qū)動或控制系統(tǒng)才能通電工作。在任何情況下，具有單獨(dú)分離式操動件的安全保護(hù)開關(guān)，都不允許用作機(jī)械停止開關(guān)。 對于安全門開關(guān)，它是一種除了使用專用裝置（鑰匙等）以外，使用鑰匙、硬幣、螺絲刀、扁嘴鉗、刀等常用工具無法輕易操作的開關(guān)，這樣就可避免誤操作或惡意操作帶來安全方面的問題。 6. 安全門開關(guān)的應(yīng)用 以D4JL電磁鎖定型安全開關(guān)為例。在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，電磁開關(guān)置ON，防護(hù)門被鎖定型開關(guān)鎖定，操作人員即使使用鑰匙插入也無法打開防護(hù)門進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域，所以可確保安全。（D4JL，鎖定力3000N）。只有電磁開關(guān)置OFF，同時(shí)插入鑰匙，才可以打開門，此時(shí)，里面的設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)。員工如果此時(shí)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行設(shè)備檢修或者維護(hù)，即使關(guān)上門，進(jìn)入者帶上鑰匙的情況下，電磁開關(guān)仍然置OFF，所以門還是沒有鎖定。如果此時(shí)電磁開關(guān)偶然置ON，門被鎖定的情況下，還可以通過特殊的背面釋放鑰匙解鎖，從而避免受到機(jī)械傷害而確保安全。 二安全限位開關(guān) 1. 安全限位開關(guān)功能 廣泛應(yīng)用于扶梯、塑機(jī)、立庫、印刷、包裝等行業(yè)的安全限位開關(guān)是指當(dāng)開關(guān)操動部件操動到動作位置時(shí)，開關(guān)的常閉觸頭肯定斷開，具有安全功能。對此類開關(guān)，IEC和歐洲都有相應(yīng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，并用符號表示（如：國際電工，德國）。使用安全限位開關(guān)可避免普通開關(guān)的誤動作及故障，保證當(dāng)開關(guān)被操動到常閉觸頭斷開位置時(shí)，常閉觸頭斷開，使設(shè)備的工作電源斷開，防止故障和事故的發(fā)生。 我公司安全限位開關(guān)D4NA，D4N，D4F，D4B，D4N-□R都含有肯定斷開的常閉觸頭，具有安全功能，因而標(biāo)有標(biāo)志，并擁有歐洲CE認(rèn)證。 2. 限位開關(guān)的分類和特點(diǎn) （1）歐姆龍的安全限位開關(guān)往往分為柱塞型（如D4NA4131）、可調(diào)滾珠擺桿型（如D4NA-12G）、滾珠柱塞型（如D4NA4132）等。 （2）如果螺桿變更，通過擺桿，可做到擺桿位置以7.5°為單位的360°任意位置設(shè)定，由于分別設(shè)計(jì)了擺桿和旋轉(zhuǎn)軸的凹槽，因此可有效防止擺桿滑出旋轉(zhuǎn)軸。另外，同樣可以擰松螺絲，對可調(diào)滾珠擺桿型的擺桿長度進(jìn)行改變，將擺桿反向（正-反）安裝時(shí)，請先卸下擺桿正面的螺釘后再進(jìn)行，這時(shí)將動作范圍設(shè)置在水平180°范圍內(nèi)。 我公司的安全限位開關(guān)外形如圖3所示。 三安全光幕 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，一方面，生產(chǎn)的過程越來越復(fù)雜。其原因有兩個(gè)：（1）客戶的需求多樣化、差異化導(dǎo)致工廠從大規(guī)模單一生產(chǎn)方式改變?yōu)樾∨慷嗥贩N生產(chǎn)方式；（2）用于生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備越來越精密復(fù)雜，也越來越高度自動化，這些都導(dǎo)致了生產(chǎn)過程復(fù)雜化。另一方面，隨著社會的進(jìn)步發(fā)展，"以人為本"的人文精神日益深入人心，客觀上將導(dǎo)致在法律法規(guī)上對于安全的要求越來越嚴(yán)格。 生產(chǎn)過程復(fù)雜化導(dǎo)致人們在常規(guī)安全措施中對于機(jī)械安全的控制能力越來越力不從心，而提高機(jī)械安全性，又是社會發(fā)展的必然的急迫要求，兩者的矛盾越來越突出，于是人們都提出這樣一個(gè)問題：有沒有可能在生產(chǎn)中做到生產(chǎn)效益和機(jī)械安全兼顧呢？ 在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)安全產(chǎn)品都很好地解決了這個(gè)問題，例如：安全開關(guān)中安全限位開關(guān)一方面起著常規(guī)限位開關(guān)的作用，在和相關(guān)控制器連接的情況下，維護(hù)檢修時(shí)還可以很快了解其技術(shù)狀態(tài)，有利于縮短檢修維護(hù)時(shí)間從而提高生產(chǎn)效率，而另一方面還要保證開關(guān)失效時(shí)仍然能夠確保操作人員的人身安全。在安全產(chǎn)品家族中，安全光幕是在"安全和生產(chǎn)兼顧"應(yīng)用中最具有代表性和典型性的例子。 1. 什么是安全光幕？ 在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的較為危險(xiǎn)的機(jī)器上不停地送進(jìn)送出加工零件時(shí)，就需要設(shè)置開口部位，如果在此處設(shè)置防護(hù)門，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)，也勢必不能兼顧生產(chǎn)和安全。安全光幕就宜設(shè)置在這些開口部位，通過光束進(jìn)行防護(hù)的裝置。這是一種由上到下安裝一排排對射性光電開關(guān)的傳感裝置。它監(jiān)視一定幅度范圍，機(jī)器運(yùn)行中當(dāng)有人體闖入時(shí)會截?cái)喙饩€，使機(jī)器停止，來達(dá)到保護(hù)人身安全的目的，但是有加工零件不停送進(jìn)送出通過光幕時(shí)，卻不會引起機(jī)器停止運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣，在不影響生產(chǎn)的同時(shí)，有效地保護(hù)操作人員不受傷害，如圖4所示。 2. 安全光幕和普通光電開關(guān)、區(qū)域傳感器、普通光幕的區(qū)別 普通光電開關(guān)、區(qū)域傳感器以及普通光幕通常都存在檢測盲區(qū)，這主要由于它們沒有故障自檢功能，在發(fā)生故障時(shí)不能保證安全。而安全光幕不存在檢測盲區(qū)，在發(fā)生故障時(shí)由于具備了故障自檢功能可以保證安全。 3. 安全光幕的國際標(biāo)準(zhǔn) 在IEC61496-1（機(jī)械安全——光電保護(hù)設(shè)備——第1部分）和IEC61496-2（機(jī)械安全——光電保護(hù)設(shè)備——第2部分）以及其他國際標(biāo)準(zhǔn)對安全光幕等光電保護(hù)設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。例如，在IEC61496-2中就提出了光電保護(hù)設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、測試中的特殊要求。而和IEC61496-1相對應(yīng)的EN61496-1則明確指出：其標(biāo)準(zhǔn)是適用于諸如區(qū)域傳感器（安全光幕是其中的一種特殊區(qū)域傳感器），以通過設(shè)計(jì)的電路檢測操作者存在情況，輸出一個(gè)控制信號，從而進(jìn)行人身防護(hù)。其中還規(guī)定了如下內(nèi)容：故障檢測性能、軟件設(shè)計(jì)規(guī)定、耐熱性能、EMC性能、耐振動和防觸電性能、指示燈顏色、標(biāo)簽詳情甚至操作手冊。和IEC61496-2相對應(yīng)的prEN61496-2也提出了相關(guān)最小檢測物體，防干擾方面的要求。 由此可見，在以保護(hù)人身為目的使用光幕時(shí)，除了符合這一安全標(biāo)準(zhǔn)的光幕以外，其他不能隨便使用。為此，生產(chǎn)安全光幕的廠家往往為了達(dá)到這些標(biāo)準(zhǔn)，還需要進(jìn)行第三方安全認(rèn)證，而不是僅僅自己聲稱生產(chǎn)"可以"達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。 4. 安全光幕是如何兼顧安全和生產(chǎn)效益的？ a. 安全光幕在生產(chǎn)中的作用 從安裝角度看，安裝比較便利（我公司有自由定位的固定件），安裝靈活（可有若干套光幕無盲區(qū)串接），還可節(jié)省布線，使安裝變得非常輕松。 從使用角度看，由于生產(chǎn)過程復(fù)雜化，現(xiàn)場生產(chǎn)的產(chǎn)品型號經(jīng)常發(fā)生變更，此時(shí)對安全光幕的設(shè)置要求也是不同的。安全光幕配有靈活可變的相關(guān)軟件，根據(jù)客戶各種現(xiàn)場需求可輕松通過軟件變更屏蔽和消隱效果，大大減少了再布置、重新接線的時(shí)間。 從檢修維護(hù)看，安全光幕具有現(xiàn)場維護(hù)、調(diào)試的便利性，有各種指示燈，指明其工作狀態(tài)，故障狀態(tài)。若干個(gè)紅色LED故障原因指示燈，通過不同的組合，快速查明故障原因，并給出解決對策。 b. 安全光幕的安全特性 從安全回路上看：故障檢測能力是劃分安全光幕的最重要的標(biāo)準(zhǔn)，因此光幕等級根據(jù)其故障檢測能力劃分為1，2，3，4級。同時(shí)，安全光幕除了具有復(fù)位功能，還具有聯(lián)鎖功能，即：在電源通電時(shí)或者遮光時(shí)使控制輸出OFF，并保持這種狀態(tài)，直到復(fù)位信號輸入。有的安全光幕除了具有外部測試功能外，還具有外部繼電器EDM監(jiān)控功能，以便檢測控制機(jī)器危險(xiǎn)部的外部繼電器（或者接觸器）諸如接點(diǎn)熔接等動作不良的功能。 從標(biāo)準(zhǔn)上看，安全光幕是按國際標(biāo)準(zhǔn)制造，并且都要取得第三方認(rèn)證，而不是僅僅聲稱滿足國際標(biāo)準(zhǔn)。 c. 安全光幕的安全功能 按照圖5，一方面，當(dāng)AGV（自動導(dǎo)向車）把工件送入危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行加工時(shí)，機(jī)器人的機(jī)械手照常工作，并不影響其效率。另一方面，當(dāng)操作者進(jìn)入時(shí)，安全光幕應(yīng)能夠檢測到操作者，并控制機(jī)械手，使其停止運(yùn)轉(zhuǎn)從而保證操作者的安全。 因此，根據(jù)AGV進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的不同方式，把安全光幕的安全功能分為： （1）屏蔽：屏蔽功能就是使安全光幕的安全功能暫時(shí)無效，即使在遮光狀態(tài)下，也能使控制輸出保持ON的狀態(tài)的功能。這就解決了因?yàn)锳GV要通過而不能設(shè)置光幕的課題，能兼顧安全性和生產(chǎn)性。當(dāng)然，屏蔽還有部分屏蔽和位置屏蔽等具體情況。屏蔽過程中，為了讓周圍的人知道安全功能暫時(shí)無效，還可在所有操作位置都能確認(rèn)的地方使用屏蔽指示燈（外部指示燈）來加以警示。 （2）固定消隱：使安全光幕的特定光軸無效。在這種情況下，無論在失效區(qū)域內(nèi)是否存在物體，控制輸出始終保持ON的狀態(tài)。 （3）浮動消隱：檢測區(qū)域內(nèi)存在不想檢測的一定幅度的運(yùn)動物體時(shí)，使檢測功能失效。 5. 安全光幕的使用注意事項(xiàng) （1）要注意安全距離的正確計(jì)算。在設(shè)置安全光幕位置時(shí)要綜合考慮傳感器的檢測能力、機(jī)器停止時(shí)間、人體侵入速度等因素——以便使用計(jì)算式算出危險(xiǎn)區(qū)域與設(shè)置部位的距離。 安全距離的計(jì)算式：（ISO13852～5） 安全距離S=KXT+C 式中： K——人體侵入時(shí)間 T——整個(gè)裝置系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間 C——由最小受檢物體算出的追加距離 安全距離計(jì)算不充分將導(dǎo)致安全事故。 （2）還應(yīng)在安裝和設(shè)置多套安全光幕時(shí)，考慮到光幕間的相互干擾問題，可采用自動抗干擾能力的光幕。我公司的安全光幕內(nèi)置了干涉光回避算法，包括自身投光器在內(nèi)即使有3套入光也可防止誤動作發(fā)生，非常適合AGV等移動設(shè)備上的安全光幕和固定設(shè)備上的安全光幕之間無法通過接線方式防止干擾。 但是，設(shè)置的安全光幕數(shù)量過多時(shí)，仍然要采取防止相互干擾的措施：例如，通過設(shè)置遮光板，改變?nèi)牍夥较颍褂迷O(shè)定工具，保持足夠距離等方法避免相互干擾。 當(dāng)然，無論設(shè)置安全光幕數(shù)量的多少，其他防干擾措施也是必要的，例如：在使用反射鏡時(shí)，不要把安全光幕設(shè)置成反射型結(jié)構(gòu)（可用反射鏡改變光線路徑），在金屬制成的墻壁、地板、天花板、工件等反射率較高的光澤面上設(shè)置時(shí)應(yīng)參照使用手冊考慮離這些光澤面的距離。 在采取上述措施后都無法避免干擾的情況下，應(yīng)向各安全光幕生產(chǎn)家咨詢后或者嚴(yán)格遵照相關(guān)手冊執(zhí)行。 四結(jié)束語 通過了解安全開關(guān)、安全光幕的相關(guān)內(nèi)容，可以預(yù)見，安全產(chǎn)品系列隨著中國作為"世界制造工廠"的地位進(jìn)一步加強(qiáng)和機(jī)械安全意識的提高，必將在中國機(jī)械安全事業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。