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【摘 要】随着我国机械制造业的蓬勃发展，机械设备安全控制系统越来越广泛的推广和应用，机械设备的安全性越来越高，将大大有利于国内现代制造业的向前发展。然而当前我国机械制造与安全控制系统仍然存在问题，本文就其中一些问题进行分析，并提出了相应对策。
【关键词】机械制造；安全控制系统；问题；对策
安全控制系统是指在机械运行、停止时以及操作期间对生产装置提供安全保护。这种安全系统在工厂装置本身出现危险或人为原因而导致危险时，能够立即做出反应并输出正确信号，使装置安全停车，以防止危险的发生、事故的扩散或者降低事故的危害性。它包括了现场的安全信号，逻辑控制单元和输出控制单元三个主要的方面。在机械制造领域和流程化工领域，安全控制系统都是整个系统运行极为重要的组成部分。一般来说，目前安全控制系统的硬件主要安全措施有：多样性控制、冗余性控制、安全进入装置、紧急停止设备、安全总线系统等。下文就安全控制系统问题进行分析概述。
一、PLC安全控制系统问题
PLC安全控制系统问题主要表现在以下方面：
（1）外部设备故障
外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障，直接影响系统的控制功能。
（2）系统故障
这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。
故障发生后，可重新启动使系统恢复正常，则可认为是偶然性故障。重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件，系统才能恢复正常，则可认为是固定故障。
（3）硬件故障
这类故障主要指系统中的模板（特别是I/O模板）损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显，影响局部。
（4）软件故障
软件本身所包含的错误，主要是软件设计考虑不周，在执行中一旦条件满足就会引发。在实际工程应用中，由于软件工作复杂、工作量大，因此软件错误几乎难以避免。
对于可编程控制器组成的控制系统而言，绝大部分故障属于上述四类故障。根据这一故障分类，可以帮助分析故障发生的部位和产生的原因。
对于PLC安全控制系统问题可以通过加强日常维护来避免，具体如下：为了使PLC连续工作在最佳状态， 周期性检查是很必要的. 因为PLC的主要部件是半导体器件， 而且是长期运行， 所以工作环境将对其产生影响， 有时会造成损坏，检查内容如下：
（1）供电电源：供电电压是否为额定电压；供电频率是否为额定频率。
（2）运行环境：温度， 湿度， 振动， 粉尘等是否符合要求。
（3）安装：接地电阻是否符合要求， 应定期（一般为一年一至两次）摇测；安装是否牢固， 应定期（一般为一年一至两次）紧固；各接线是否接触良好， 接线螺丝必须上紧， 外观不能有异常。
二、监视系统的问题
传统的监视系统无法实现对工厂内微机机电保护装置及电气自动装置的故障报告等信息的监视，操作人员无法直接查看到相关报告信息，对这些装置的运行状况无法准确掌握，无法及时采取相关信息。目前这些报告信息的整理和保存均需要人工整理、存储和传输。 目前大多数工厂对电气自动化设备信息的监视仍然采用传统的中央信号光字牌，伴随着电气自动化控制设备的更新改良，需要监视的信息不断增多，原有的光字牌已经无法满足目前工厂监视设备运行和故障信息的需要。传统设备寿命短，设备配备成本高，耗能大，经济效益和社会效益差。维护工厂运行的操作人员一般值守在网络控制室，这样不利于操作人员对整个工厂电气设备运行状态的了解，无法实现信息的共享和同步。而且各个单元的DCS系统无法与操作人员直接通讯，这样一来操作人员无法即时掌握设备运行的实时信息。浪费了大量人力和物力。 对于监控问题，可通过采用安全监视继电器（MSR）解决。
安全监视继电器（MSR）通常由两个或者多个正向导引式继电器以及确保安全功能的补充回路组成。在安全系统巾可进行多种检查。这些继电器带电后会对其内部组件进行自检。输入装置激活时，MsR将比较冗余输入的结果。
三、安全可编程控制器问题
安全可编程控制器采用了多套中央处理器进行控制，并且这些处理器来自不同的生产商。这样的控制方式符合了冗余、多样性控制的要求。这是安全PLC与普通PLC最根本的区别。当一定数量的处理器出现故障后，完好的处理器依然执行安全功能，切断所有安全输出使系统停机。导致系统停机的处理器的故障数量取决于不同的系统。如，1oo2 系统（2 取1 的系统） ，一旦一个处理器出现故障，系统立刻进入故障安全状态；又如，2003 系统（3 取2 的系统） ，当一个处理器出现故障，系统并不会停机。系统只有在2个处理器同时出现故障的情况下才会导致系统停机。前者我们通常成为2 重冗余系统，安全可靠性较高、可用性较低；后者我们通常成为3 重冗余系统，其安全可靠性和可用性较高，但相比前者成本高。对于信号的采集、处理和输出的过程，安全PLC都采用了冗余控制的方式。当信号进入PLC后，分别进入多个输入寄存器，再通过对应的多个中央处理器的处理，最后进入多个输出寄存器。这样，安全PLC就构成了多个冗余的通道。整个过程之中，信号状态、处理结果等可以通过安全PLC内部的暂存装置进行相互比较，如果出现不一致，则可以根据不同的系统特性，进入故障安全状态或将故障检测出来。输入回路可以采用双通道的方式，通过2 条物理接线进入安全PLC。安全PLC也可以提供安全测试脉冲，用以检测输入通道中的故障。安全PLC的输出内部电路也采用了冗余、多样性的方式，对一个输出节点进行安全可靠控制。安全PLC可以通过2 种不同的手段，即切断基极信号和切断集电极电源两种不同的方式，将输出信号由1 转变为0。无论那种方式出现故障，另外一种方式依然完好的执行安全功能。同时，安全PLC提供了内部检测脉冲，以检测内部故障。安全PLC的扫描时间要求为每千条指令1ms 以下。快速的中央处理功能不仅可以达到紧急停车的要求，同时能够以较短的时间完成整套系统的安全功能自检。在软件方面，安全PLC必须有可靠的编程环境、校验手段，以保证安全。这主要可以通过规范安全功能编程来实现。如Pilz的安全PLC，提供了通过认证的MBS安全标准功能块，以帮助编程人员进行合理的、安全的编程。这些安全功能块经过加密，不能够修改。我们只需要在功能块的输入和输出部分填入相应的地址、参数和中间变量，即可以完成对安全功能的编程。这些MBS功能块涵盖了机械制造领域及流程化工领域的安全功能控制。
四、結语
安全控制系统在整个机械制造中并不是占有很大的比重，但是其重要性是十分值得重视的。不同的问题对应有不同的保障技术和安全解决方案。有效的安全解决方案即可以实现所要求的安全性能，同时也可以保持较低的成本。由于缺少本土高端自动化企业、机械产品附加值低、法律和法规不健全、安全意识薄弱等因素，我国安全控制系统仍不完善，但随着“以人为本”的理念在制造业中逐步被人们接受，安全自动化技术的不断进步和推广，机械制造业的安全问题必将在中国机械制造业中得以有效地解决。
参考文献：
[1]王燕，王述洋，潘洪亮.谈机械制造业中的生产安全[J].林业劳动安全，2006（10）.
[2]李安.浅谈机械制造系统中的安全控制系统[J].装备制造技术， 2012（10）.
【关键词】机械制造；安全控制系统；问题；对策
安全控制系统是指在机械运行、停止时以及操作期间对生产装置提供安全保护。这种安全系统在工厂装置本身出现危险或人为原因而导致危险时，能够立即做出反应并输出正确信号，使装置安全停车，以防止危险的发生、事故的扩散或者降低事故的危害性。它包括了现场的安全信号，逻辑控制单元和输出控制单元三个主要的方面。在机械制造领域和流程化工领域，安全控制系统都是整个系统运行极为重要的组成部分。一般来说，目前安全控制系统的硬件主要安全措施有：多样性控制、冗余性控制、安全进入装置、紧急停止设备、安全总线系统等。下文就安全控制系统问题进行分析概述。
一、PLC安全控制系统问题
PLC安全控制系统问题主要表现在以下方面：
（1）外部设备故障
外部设备就是与实际过程直接联系的各种开关、传感器、执行机构、负载等。这部分设备发生故障，直接影响系统的控制功能。
（2）系统故障
这是影响系统运行的全局性故障。系统故障可分为固定性故障和偶然性故障。
故障发生后，可重新启动使系统恢复正常，则可认为是偶然性故障。重新启动不能恢复而需要更换硬件或软件，系统才能恢复正常，则可认为是固定故障。
（3）硬件故障
这类故障主要指系统中的模板（特别是I/O模板）损坏而造成的故障。这类故障一般比较明显，影响局部。
（4）软件故障
软件本身所包含的错误，主要是软件设计考虑不周，在执行中一旦条件满足就会引发。在实际工程应用中，由于软件工作复杂、工作量大，因此软件错误几乎难以避免。
对于可编程控制器组成的控制系统而言，绝大部分故障属于上述四类故障。根据这一故障分类，可以帮助分析故障发生的部位和产生的原因。
对于PLC安全控制系统问题可以通过加强日常维护来避免，具体如下：为了使PLC连续工作在最佳状态， 周期性检查是很必要的. 因为PLC的主要部件是半导体器件， 而且是长期运行， 所以工作环境将对其产生影响， 有时会造成损坏，检查内容如下：
（1）供电电源：供电电压是否为额定电压；供电频率是否为额定频率。
（2）运行环境：温度， 湿度， 振动， 粉尘等是否符合要求。
（3）安装：接地电阻是否符合要求， 应定期（一般为一年一至两次）摇测；安装是否牢固， 应定期（一般为一年一至两次）紧固；各接线是否接触良好， 接线螺丝必须上紧， 外观不能有异常。
二、监视系统的问题
传统的监视系统无法实现对工厂内微机机电保护装置及电气自动装置的故障报告等信息的监视，操作人员无法直接查看到相关报告信息，对这些装置的运行状况无法准确掌握，无法及时采取相关信息。目前这些报告信息的整理和保存均需要人工整理、存储和传输。 目前大多数工厂对电气自动化设备信息的监视仍然采用传统的中央信号光字牌，伴随着电气自动化控制设备的更新改良，需要监视的信息不断增多，原有的光字牌已经无法满足目前工厂监视设备运行和故障信息的需要。传统设备寿命短，设备配备成本高，耗能大，经济效益和社会效益差。维护工厂运行的操作人员一般值守在网络控制室，这样不利于操作人员对整个工厂电气设备运行状态的了解，无法实现信息的共享和同步。而且各个单元的DCS系统无法与操作人员直接通讯，这样一来操作人员无法即时掌握设备运行的实时信息。浪费了大量人力和物力。 对于监控问题，可通过采用安全监视继电器（MSR）解决。
安全监视继电器（MSR）通常由两个或者多个正向导引式继电器以及确保安全功能的补充回路组成。在安全系统巾可进行多种检查。这些继电器带电后会对其内部组件进行自检。输入装置激活时，MsR将比较冗余输入的结果。
三、安全可编程控制器问题
安全可编程控制器采用了多套中央处理器进行控制，并且这些处理器来自不同的生产商。这样的控制方式符合了冗余、多样性控制的要求。这是安全PLC与普通PLC最根本的区别。当一定数量的处理器出现故障后，完好的处理器依然执行安全功能，切断所有安全输出使系统停机。导致系统停机的处理器的故障数量取决于不同的系统。如，1oo2 系统（2 取1 的系统） ，一旦一个处理器出现故障，系统立刻进入故障安全状态；又如，2003 系统（3 取2 的系统） ，当一个处理器出现故障，系统并不会停机。系统只有在2个处理器同时出现故障的情况下才会导致系统停机。前者我们通常成为2 重冗余系统，安全可靠性较高、可用性较低；后者我们通常成为3 重冗余系统，其安全可靠性和可用性较高，但相比前者成本高。对于信号的采集、处理和输出的过程，安全PLC都采用了冗余控制的方式。当信号进入PLC后，分别进入多个输入寄存器，再通过对应的多个中央处理器的处理，最后进入多个输出寄存器。这样，安全PLC就构成了多个冗余的通道。整个过程之中，信号状态、处理结果等可以通过安全PLC内部的暂存装置进行相互比较，如果出现不一致，则可以根据不同的系统特性，进入故障安全状态或将故障检测出来。输入回路可以采用双通道的方式，通过2 条物理接线进入安全PLC。安全PLC也可以提供安全测试脉冲，用以检测输入通道中的故障。安全PLC的输出内部电路也采用了冗余、多样性的方式，对一个输出节点进行安全可靠控制。安全PLC可以通过2 种不同的手段，即切断基极信号和切断集电极电源两种不同的方式，将输出信号由1 转变为0。无论那种方式出现故障，另外一种方式依然完好的执行安全功能。同时，安全PLC提供了内部检测脉冲，以检测内部故障。安全PLC的扫描时间要求为每千条指令1ms 以下。快速的中央处理功能不仅可以达到紧急停车的要求，同时能够以较短的时间完成整套系统的安全功能自检。在软件方面，安全PLC必须有可靠的编程环境、校验手段，以保证安全。这主要可以通过规范安全功能编程来实现。如Pilz的安全PLC，提供了通过认证的MBS安全标准功能块，以帮助编程人员进行合理的、安全的编程。这些安全功能块经过加密，不能够修改。我们只需要在功能块的输入和输出部分填入相应的地址、参数和中间变量，即可以完成对安全功能的编程。这些MBS功能块涵盖了机械制造领域及流程化工领域的安全功能控制。
四、結语
安全控制系统在整个机械制造中并不是占有很大的比重，但是其重要性是十分值得重视的。不同的问题对应有不同的保障技术和安全解决方案。有效的安全解决方案即可以实现所要求的安全性能，同时也可以保持较低的成本。由于缺少本土高端自动化企业、机械产品附加值低、法律和法规不健全、安全意识薄弱等因素，我国安全控制系统仍不完善，但随着“以人为本”的理念在制造业中逐步被人们接受，安全自动化技术的不断进步和推广，机械制造业的安全问题必将在中国机械制造业中得以有效地解决。
参考文献：
[1]王燕，王述洋，潘洪亮.谈机械制造业中的生产安全[J].林业劳动安全，2006（10）.
[2]李安.浅谈机械制造系统中的安全控制系统[J].装备制造技术， 2012（10）.