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3. 主要安全功能

注塑機(jī)的工作原理是借助螺桿(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。一般注塑機(jī)包括注射裝置、合模裝置、液壓系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)部分。

1-模具區(qū)域;2-合模機(jī)構(gòu)區(qū)域;4-噴嘴區(qū)域;5-塑化區(qū)域及注射成型機(jī)構(gòu)區(qū)域;5.1-機(jī)筒加料區(qū)域;5.2-加熱圈區(qū)域;6-制品下落區(qū)域

圖1 帶臥式合模及注射裝置的注射成型機(jī)(未安裝防護(hù)裝置)示意圖

臥式注塑機(jī)使用的安全元器件包括合模區(qū)域前后門的安全開關(guān)、急停按鈕和可能存在的噴嘴區(qū)域安全開關(guān)、蓋安全開關(guān)、模式選擇開關(guān)和安全地毯等。對(duì)于安全功能較少的普通臥式注塑機(jī)，安全功能往往限于前后防護(hù)門和急停按鈕。而蓋防護(hù)門、安全邊沿開關(guān)、安全地毯和模式開關(guān)為可選項(xiàng)，一般用于特殊機(jī)型或型的注塑機(jī)械。

圖2 注塑機(jī)主要安全功能

4. EN ISO13849-1的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用　4.1 所需性能等

在安全回路設(shè)計(jì)之前必須對(duì)每個(gè)安全功能做風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，定所需性能等(PLr)，可以用以下風(fēng)險(xiǎn)圖進(jìn)行定，也可理解為每個(gè)安全功能的性能等“額定值"。

圖3 風(fēng)險(xiǎn)圖(根據(jù)EN ISO 13849-1)

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通過三個(gè)參數(shù)的簡單組合

(1) S危險(xiǎn)源導(dǎo)致的人員受傷嚴(yán)重程度如何?

? S1 輕傷(通?？苫謴?fù))，例如擦傷、撕裂傷

? S2 重傷(通常不可恢復(fù))，例如介質(zhì)、死亡

(2) F人員處于危險(xiǎn)區(qū)域的持續(xù)時(shí)間或頻率?

? F1 較少或暴露時(shí)間短

? F2 頻繁或暴露時(shí)間長

(3) P是否可以避免危險(xiǎn)?

? P1 在特定條件下可能存在預(yù)防事故或避免危險(xiǎn)的實(shí)際可能性

? P2 幾乎不可能

評(píng)估的結(jié)果風(fēng)險(xiǎn)從低到高遞增，為每個(gè)安全功能定適合于當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)減小的PL，終計(jì)算回路的PL要于等于PLr。

4.2 定基本參數(shù)

(1) 類別Cat

安全相關(guān)功能(SRP/CS)由傳感器系統(tǒng)—邏輯處理—執(zhí)行元件構(gòu)成。　類別是描述發(fā)生失效時(shí)安全相關(guān)功能(SRP/CS)運(yùn)行情況的基本參數(shù)，在EN 954-1的類別基礎(chǔ)上做了更精的描述，一共分為五類B、1、2、3、4。

類別B的特點(diǎn)在于單通道結(jié)構(gòu)，發(fā)生單個(gè)故障時(shí)可能導(dǎo)致安全功能丟失，僅可實(shí)現(xiàn)PL=b的性能等。

類別1也是單通道結(jié)構(gòu)為特色，以B類為基礎(chǔ)，故障也可能導(dǎo)致安全功能丟失，但要求使用經(jīng)驗(yàn)證的元器件和安全原則，此要求可參考EN ISO 13849-2的附錄A至D的相應(yīng)列表。1類高可實(shí)現(xiàn)PL=c的性能等。

類別2包含實(shí)現(xiàn)安全功能的單通道結(jié)構(gòu)。此外必須實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)功能，用于以合適的時(shí)間間隔校驗(yàn)安全功能的有效性。校驗(yàn)功能的質(zhì)量是決定因素，必須能夠識(shí)別故障。而在兩次校驗(yàn)之間發(fā)生故障則可能導(dǎo)致安全功能丟失。2類高可實(shí)現(xiàn)PL=d的性能等。

類別3包含實(shí)現(xiàn)所需安全功能的雙通道結(jié)構(gòu)，有關(guān)安全功能的設(shè)計(jì)必須保這些部件之一的單一故障不會(huì)導(dǎo)致安全功能丟失。即3類所有的有關(guān)安全部件設(shè)計(jì)要冗余，以保當(dāng)某通道失效時(shí)，可以依然保持安全功能不丟失，但累積的故障可能導(dǎo)致安全功能丟失。3類高可實(shí)現(xiàn)PL=e的性能等。

類別4也包含實(shí)現(xiàn)所需安全功能的雙通道結(jié)構(gòu)，而與類別3不同的是能及時(shí)檢測故障，未檢故障的累積不會(huì)導(dǎo)致安全功能的丟失。4類高可實(shí)現(xiàn)Ple的性能等。

(2) MTTFd

表示元器件平均危險(xiǎn)失效時(shí)間，劃分為三個(gè)區(qū)間

? 低3年 ≤MTTFd ≤10年

? 中10年≤MTTFd ≤30年

? 高30年≤MTTFd ≤100年

而對(duì)于氣動(dòng)、機(jī)械元器件，平均危險(xiǎn)失效時(shí)間很程度上取決于開關(guān)次數(shù)，因?yàn)殚_關(guān)次數(shù)與元器件的機(jī)械磨損直接相關(guān)，B10d是其參考的值，它表示生命周期檢查過程中10%元器件發(fā)生危險(xiǎn)失效時(shí)總的開關(guān)次數(shù)。B10d可以通過計(jì)算得到MTTFd值。

(3) 診斷覆蓋率DC

診斷覆蓋率DC是安全功能診斷效率(故障檢測)的衡量標(biāo)準(zhǔn)，通過檢查安全功能的相關(guān)元件失效或元件缺陷。可以從已檢出的危險(xiǎn)失效的失效率與總危險(xiǎn)失效的失效率之比計(jì)算DC，DC分為4檔。單個(gè)失效不會(huì)導(dǎo)致冗余系統(tǒng)的兩個(gè)通道同時(shí)失效。對(duì)于類別2、3、4都需要借助標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 134901的附錄表F.1對(duì)已采取或即將采取的措施進(jìn)行評(píng)估，目標(biāo)值為65%或以上即能符合。

4.3 計(jì)算性能等

根據(jù)以上所得的Cat、MTTFd、DC、CCF等參數(shù)的值結(jié)合圖表可以得到相應(yīng)的性能等PL。

圖5 通過參數(shù)計(jì)算性能等PL

5. 執(zhí)行驗(yàn)證

合模區(qū)是危險(xiǎn)的區(qū)域，以合模區(qū)為例。合模機(jī)構(gòu)區(qū)域中，模板驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)可能對(duì)操作和維護(hù)人員造成擠壓和剪切的危險(xiǎn)，如果模具區(qū)域的防護(hù)裝置被打開，人體將可以進(jìn)入開模時(shí)模板后方區(qū)域，可能造成擠壓的危險(xiǎn)，抽芯和出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)也可能造成相同的危險(xiǎn)。這些危險(xiǎn)被認(rèn)為是不可恢復(fù)的傷害，且很難避免。

圖6 合模區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)圖

所以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)圖可知，該區(qū)域的所需性能等PLr要求達(dá)到PLr=d或PLr=e(取決于開門的頻繁程度)。所以，必須采可靠地安全設(shè)計(jì)對(duì)合模區(qū)安全防護(hù)裝置(前門和后門)進(jìn)行監(jiān)控。

對(duì)合模區(qū)域安全相關(guān)部分，前后安全門解決方案采用了Pilz傳感器PSEN mag系列非接觸式磁性開關(guān)，該開關(guān)為雙通道結(jié)構(gòu)，2N/C, 1N/O觸點(diǎn)類型，感應(yīng)距離10mm，高可達(dá)到PLe性能等，另外防護(hù)等高達(dá)IP67，且可有LED燈狀態(tài)顯示。有小型或緊湊型設(shè)計(jì)，安裝靈活。該安全門可以達(dá)到Cat 3或Cat 4結(jié)構(gòu)。

圖7 非接觸式磁性安全開關(guān)

針對(duì)中型注塑機(jī)，邏輯處理部分使用Pilz模塊化可編程控制器PZmulti系列來完成相應(yīng)安全功能，所有的安全功能直接接入PZmulti，共有20個(gè)安全輸入，通過簡單編程可以自由配置邏輯執(zhí)行相應(yīng)的安全動(dòng)作，4個(gè)安全晶體管輸出高可達(dá)到PLe(Cat 4)性能等，安全輸出信號(hào)給到擴(kuò)展安全繼電器來控制液壓閥或電機(jī)主接觸器的切斷。

圖8 PZ multi 2可編程控制器

通過得到所需元器件的安全基本參數(shù)后，根據(jù)設(shè)計(jì)的電氣回路，利用Pilz的安全計(jì)算軟件PAScal可以方便快捷地計(jì)算相應(yīng)SRP/CS的性能等。預(yù)制硬件和經(jīng)過驗(yàn)證的應(yīng)用可簡化安全儀表系統(tǒng)(SIS)在過程安全生命周期中的實(shí)施。

所有行業(yè)都面臨風(fēng)險(xiǎn)，這些風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為對(duì)人員造成傷害、破壞環(huán)境或?qū)е略O(shè)備損壞。然而，安全儀表系統(tǒng)(SIS)的存在可幫助企業(yè)降低殘存的風(fēng)險(xiǎn)。