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    案例頻道

    注塑機械的安全與保護(hù)――Pilz安全產(chǎn)品在注塑機械上的應(yīng)用
      注塑機械具有能一次成型外型復(fù)雜、尺寸精確或帶有金屬嵌件的質(zhì)地密致的塑料制品,被廣泛應(yīng)用于國防、機電、汽車、交通運輸、建材、包裝、農(nóng)業(yè)、文教衛(wèi)生及人們?nèi)粘I罡鱾€領(lǐng)域。注塑機械的工作原理與打針用的注射器相似,它是借助螺桿(或柱塞)的推力,將已塑化好的熔融狀態(tài)(即粘流態(tài))的塑料注射入閉合好的模腔內(nèi),經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程。注射成型是一個循環(huán)的過程,每一周期主要包括:定量加料—熔融塑化—施壓注射—充模冷卻—啟模取件。取出塑件后又再閉模,進(jìn)行下一個循環(huán)。一般注塑機包括注射裝置、合模裝置、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)等部分。

      任何一臺機械都存在一定的危險。一臺安全的機械,要求能夠在其整個使用壽命之內(nèi),在執(zhí)行其功能、安裝、調(diào)試、維修和拆卸的過程中,不能對工作人員造成任何傷害。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 954-1,注塑機械的安全等級要求為3級以上。其危險主要存在于合模區(qū)域、夾持機械裝置區(qū)域、中子移動區(qū)域、頂針驅(qū)動機械裝置、噴嘴區(qū)域、注塑單元區(qū)域、出料區(qū)域等,包括有機械危險、高壓液體釋放的危險、電氣危險、熱源導(dǎo)致的危險、氣體&蒸汽&塵埃導(dǎo)致的危險等等。我們可以根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1050、注塑機械標(biāo)準(zhǔn)EN 201或GB 22530-2008,識別和評估以上危險和風(fēng)險,然后采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣頊p少其風(fēng)險、隔離其危險,最終設(shè)計和制造出一臺安全的注塑機械。

      對于整臺機器,可以根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 418安裝緊急停止按鈕,一旦當(dāng)緊急停止按鈕被觸發(fā),必須發(fā)出一個超越與其他所有信號的動作,切斷馬達(dá)和閥的電源,使機器安全的停止。

      對于合模區(qū)域,模板的動作會對操作人員造成致命的傷害。我們必須加施安全防護(hù)裝置,將危險與工作人員隔離,并且保證安全防護(hù)裝置在被觸發(fā)的情況下,機器必須安全的停止。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 1088和EN 201,我們采用一個強制斷開觸點開關(guān)和一個非強制斷開觸點開關(guān)作為安全門的監(jiān)控輸入信號。當(dāng)前門打開的時候,停止合模區(qū)域內(nèi)的一切動作,包括切斷控制合模、注射等閥的電源。當(dāng)后門打開的時候,不僅僅合模區(qū)域內(nèi)的動作需要被停止,馬達(dá)的電源也必須被切斷。頂蓋防護(hù)門可以采用一個強制斷開觸點開關(guān)作為監(jiān)控輸入信號。當(dāng)頂蓋被打開的時候,停止合模區(qū)域內(nèi)的一切動作。

      同時,在安全門下部必須安裝一個凸輪閥。當(dāng)門打開的時候,使凸輪動作控制一個截止閥,用以斷開液壓回路。對于此凸輪閥,我們需要監(jiān)控其工作狀態(tài)。如果此截止閥出現(xiàn)故障,需要切斷控制合模、注射等閥的電源。

      對于注塑單元區(qū)域,我們必須增加注射防護(hù)門來降低該區(qū)域的風(fēng)險。當(dāng)注射防護(hù)門被打開的時候,切斷控制注射、座進(jìn)、出料的閥的電源。

      根據(jù)不同的應(yīng)用,還可以在注塑機械中使用模式轉(zhuǎn)換開關(guān)、鑰匙鎖或使能按鈕,用以控制特殊模式下的操作和動作――如開門后,依然可以接通部分閥、進(jìn)行諸如開模、頂出等操作。

      根據(jù)不同的規(guī)格的注塑機械,可以以拉桿距離來判斷是否需要安裝安全地毯。對于帶有氣動裝置的自動安全門,可以根據(jù)EN 954-1的等級評估,考慮是否需要使用邊沿開關(guān),并且將信號接入安全系統(tǒng),在安全門關(guān)閉的過程中,保護(hù)操作人員。

      由于注塑機械的安全等級要求達(dá)到3級以上(如根據(jù)EN/ISO 13849,要求達(dá)到PL d以上),所以以上安全輸入和安全輸出信號,必須經(jīng)由一個可靠的系統(tǒng)進(jìn)行控制,如安全繼電器或安全PLC。如果我們將上述安全輸入和安全輸出信號由一個非安全的系統(tǒng)來控制,如普通PLC或工業(yè)PC,一旦這些系統(tǒng)中出現(xiàn)任何故障――譬如處理器工作不規(guī)則、輸出短路、輸入熔焊等等――都會導(dǎo)致安全保護(hù)裝置的功能失效。而特殊的安全模塊由于采用了冗余的結(jié)構(gòu),加之以可靠的電路結(jié)構(gòu)和多樣的檢測電路,從而可以達(dá)到高安全等級的要求。

      上述安全功能可以分別由單個安全繼電器來控制,再將這些安全繼電器的輸出進(jìn)行硬接線上的邏輯連接,最終控制相應(yīng)的安全輸出。但是,這樣的一個解決方案會導(dǎo)致諸多的問題。首先,成本增加。為了達(dá)到高的安全等級,必須使用一個安全繼電器控制一個安全功能。這樣不僅使安全模塊的隱含使用成本增加,而且接線成本和隱含設(shè)計成本也一同提升。其次,故障診斷困難。由于各個安全功能之間的邏輯關(guān)系使用硬接線來完成,在既要達(dá)到一定安全等級,又要兼顧邏輯功能的情況下,必然會使得診斷和維修變得異常困難。第三,擴展能力差。如果要在這個安全系統(tǒng)上增加額外的安全功能,接線的改動和安全模塊的安裝將會帶來較多工作量。所以,單一安全繼電器的解決方案并不適合于這個應(yīng)用。

      對于這樣一種安全功能介于4至14個之間的應(yīng)用,Pilz專門開發(fā)了模塊化的安全繼電器PNOZmulti用以控制諸多不同的安全功能。PNOZmulti 是一個多功能、可自由配置的模塊化安全系統(tǒng)。與其他PNOZ安全繼電器不同,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。基礎(chǔ)模塊可單獨使用,包括20個可連接急停按鈕、安全門、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;2個繼電器安全輸出;一個輔助非安全輸出以及4個測試脈沖輸出。可以使用擴展模塊來達(dá)到增加輸入輸出點、速度監(jiān)視、現(xiàn)場總線連接的功能。通過基礎(chǔ)模塊上的RS232接口可以直接向PNOZmulti寫入程序,或使用讀卡器向SIM智能卡寫入程序后插入PNOZmulti運行。

      PNOZmulti有以下特點:

      1. 模塊化的結(jié)構(gòu),使用靈活

      PNOZmulti已經(jīng)有了3個版本的基礎(chǔ)模塊,PNOZm0p、PNOZm1p和PNOZm2p。PNOZm0p不可擴展輸入輸出模塊,但可以擴展通訊模塊;PNOZm1p可以擴展輸入輸出模塊和通訊模塊;PNOZm2p是專為壓機開發(fā)的基礎(chǔ)模塊。對于小型注塑機械,可以使用PNOZm0p進(jìn)行安全功能的控制。對于中大型、特別是帶有模式選擇或者鑰匙鎖功能的注塑機械,則可以采用PNOZm1p加上輸入輸出擴展模塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。

      2. 可編程,操作簡單易懂,無需特殊的編程知識

      PNOZmulti 采用圖形配置工具PNOZmulti Configurator 進(jìn)行編程,從而達(dá)到多配置而少配線。PNOZmulti Configurator有多種語言版本,包括有中文,德語, 英語, 西班牙語, 法語, 意大利語, 日語。通過PNOZmutli Configurator,只需要使用鼠標(biāo)拖拉,就可以迅速完成一個安全電路,縮短了設(shè)計和開發(fā)周期。每一個基礎(chǔ)模塊需要使用一塊SIM卡,用于存放程序。可以通過兩種方式將程序下載至基礎(chǔ)模塊。可以通過讀卡器,將程序下載至SIM卡;可以通過串行電纜和基礎(chǔ)模塊上的RS232串口,將程序下載至基礎(chǔ)模塊。如需要進(jìn)行功能擴展,則可以在程序內(nèi)部進(jìn)行更新,而無需硬接線上的繁瑣更改。

      3. 強大的診斷功能

      可以通過以下方式進(jìn)行故障診斷:

      a) 每一輸入輸出點都帶有LED指示燈

      b) 可以通過串行電纜和基礎(chǔ)模塊上的RS232串口,執(zhí)行動態(tài)程序顯示功能,用于故障診斷和設(shè)備調(diào)試

      c) 可以通過故障堆棧信息,迅速判斷故障

      d) 可以通過診斷字,判斷各個功能塊的狀態(tài)

      e) 可以與PMImicro Diag配合使用,通過人機界面,獲得可視化的診斷信息

      4. 可控制普通標(biāo)準(zhǔn)功能

      PNOZmulti可以控制普通標(biāo)準(zhǔn)功能。通過PNOZmi2p和PNOZmc1p,可以控制普通標(biāo)準(zhǔn)功能,諸如起動按鈕、復(fù)位按鈕,或進(jìn)行狀態(tài)信號輸出;可以通過普通標(biāo)準(zhǔn)總線,如Profibus、DeviceNet、CANopen、CC-Link進(jìn)行非安全狀態(tài)信息的通訊。

      所以,使用PNOZmulti就可以輕松的完成這不同規(guī)格的注塑機械的安全功能控制。設(shè)計人員只需要把輸入和輸出分別接入PNOZmulti,然后使用PNOZmulti Configutaor 來完成這些輸入和輸出之間的邏輯關(guān)系。這樣,不僅縮短了設(shè)計人員的開發(fā)周期,同時也降低了成本。

      Pilz 的安全產(chǎn)品在注塑行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,如國內(nèi)的海天集團(tuán),杭州泰瑞、寧波海太等知名注塑機械生產(chǎn)商。對于不同規(guī)格的注塑機械,Pilz都能夠根據(jù)客戶的不同要求,提供合理的、高性價比的解決方案。

      在國內(nèi)的注塑機械的制造領(lǐng)域中,安全防護(hù)措施往往被設(shè)計人員或最終用戶所忽視。一些注塑機械,或采用不符合要求的安全系統(tǒng)、或不使用任何安全防護(hù)措施,雖然其價格低廉,功能完善,但是其根本稱不上是一臺合格的注塑機械。這樣的設(shè)計和制造既不符合現(xiàn)代以人為本、安全為上的世界潮流,也不符合國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。如此往復(fù),只能夠使中國的制造業(yè)和自動化產(chǎn)業(yè)一直停滯在一個低附加值、生產(chǎn)加工型的世界工廠的尷尬境地。無論采用什么樣的安全產(chǎn)品、進(jìn)行什么樣的安全防護(hù),規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)是我們所必須關(guān)注的。GB 22530-2008的推出,為國內(nèi)諸多的注塑機械廠商提供了一個很好的指引。衷心的希望國內(nèi)的各注塑機械生產(chǎn)企業(yè),認(rèn)真貫徹這個標(biāo)準(zhǔn)。這樣,中國的制造業(yè)、自動化產(chǎn)業(yè)才能夠逐漸屹立于世界的前列。

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