安全设计要求：保障系统安全的必要条件

1.技术标准

为了统一机电设备的安全标准，1995年欧共体颁布了“89/392/EWG有关成员国设备标准倾向统一的法令”，这就是著名的“设备法令”，该法令从1995年1月1日起，对欧共体所生产、销售的所有设备均具有约束力。

设备法令以法律形式，对所有制造商必须执行的安全要求进行了强制性的规定，制造商必须声明其产品符合设备法令中的相关规定，并对此承担法律责任。符合设备法令规定的安全要求的设备和器件均需要加CE安全认证标志。

设备法令强调设备设计人员的职责是：从一开始就应选择合适的结构特征，来避免设备的危害性，或者降低这种危害性；控制系统在结构设计上应尽量做到“不允许个别故障而引起安全功能的丧失；必须识别故障，禁止设备的继续运行”。

89/392/EWG最初确定的安全设计标准有以下三类，其中的部分标准目前已经由相应的最新标准替代。

A类标准。安全基础标准，它涉及设备安全性与基本概念等，是适用于所有设备的通用设计导则，主要标准有EN 292-1、EN 292-2、EN 1050等。

B类标准。安全类组标准，该标准分类、分组规定了安全性设计的具体要求，分为B1与B2两类。B1类主要是特殊成套装置的安全性标准，如EN 60204-1“设备的安全，电气配套装置”等；B2类主要是安全操作器件及设计的具体要求，如EN 547“双手操作的电路”、EN 418“紧急分断装置”等。

C类标准。安全产品标准，它是针对特殊产品规定的安全性标准，如“prEN 616～620：手动操作装置与系统”；“prEN 692：机械式压力机”；“prEN 693：液压式压力机”等。

由于89/392/EWG标准涉及的范围广、内容多，在此不再一一说明。对于数控机床的电气控制系统设计，其要求主要体现在器件选择与使用、电路设计两方面，择要说明如下。

2.紧急分断

EN60204-1标准规定：用于工业设备的电气控制装置，在出现危险情况时必须能通过紧急分断电路，尽快地使主机停止运行，以免对人或设备造成伤害。在控制电路的设计时，需要保证紧急分断可通过唯一的主令开关，便可分断全部有关的主电路；用于紧急分断的开关可以是手动的，也可通过相关电路进行远距离分断控制。

按照标准的规定，紧急分断控制需要采用专门的操作器件和冗余控制的安全继电器，并通过安全电路予以保证。用于紧急分断的操作器件必须满足如下要求。

①用于紧急分断的操作器件必须能够保持在紧急分断的位置，它只能通过手或工具直接作用于操作器件，才能解除分断。

②紧急分断操作器件的常开/常闭触点必须满足强制执行条件，即常开、常闭触点不允许存在同时接通的重叠现象。

③紧急分断操作器件的常闭触点必须有足够的断开间隙，以确保它们只有在常闭触点完全断开后，才能闭合常开触点、生效连锁装置。

此外，EN 60947/IEC 947标准规定：电气控制系统中用于安全回路的紧急分断按钮、超程保护的行程开关等，其操作触点必须满足强制释放条件；用于紧急分断的触点动作力必须来自形位配合，不得使用弹簧等零件。简言之，用于紧急分断、超程保护操作的按钮、开关等主令电器，必须使用操作件直接断开的常闭触点，而不能使用弹簧断开的常开触点。这样做的优点是：即使主令电器的触点发生熔焊现象，也能通过外部直接作用力所产生的机械变位，使得触点有效断开，从而保证了紧急分断电路的可靠动作。此外，紧急分断的主令器件还必须具有自锁功能，因此，也不能使用带自动复位的普通按钮、行程开关。

3.安全防护(www.xing528.com)

机电设备中所有可能危及操作者人身安全或造成人身伤害的部件和装置，都必须安装安全防护门，并使用可靠的安全保护电路，以确保操作者的人身安全。EN1088等标准对安全防护门、安全保护的主要要求包括如下几点。

①安全防护门应具有安全锁定装置，确保在进行危险的生产过程、操作前，安全门始终处于锁定状态，防止未授权的进入或错误打开。

②安全防护门一旦打开，有可能产生危险的机械部件运动必须立即停止。

③安全防护门控制装置必须带有操作保护机构，应通过密码、维修钥匙等方式防止意外操作；如使用无操作保护的常规控制器件，设计者至少应通过隐蔽安装的方法，来保证其操作安全。

安全防护门控制同样需要使用专业生产厂家按标准要求制造的安全继电器；安全门控制器件通常与紧急分断器件通用，其电路的设计要求亦类似。

4.双手操作

EN 60204/EN 547/DIN 24980/VDI 0113等标准规定：机电设备中有可能对人体产生伤害与危险的运动部件必须采用双手操作的电器进行控制，以确保操作人员操作时，能将自己的双手远离危险区域。在数控机床上，这一规定通常体现在液压夹具、卡盘、自动换刀装置、工作台交换装置等危险部件的控制上。双手操作的器件选择和电气设计要点可归纳如下。

①机电设备中可能对人体产生伤害与危险的部件，必须保证操作者不仅不允许、而且也不可能利用单手或单臂进行操作。

②操作者只有通过双手对两个主令电器的同时操作，使两个主令电器的触点同时接通、并保持0.5s以上，才能生效动作信号。如任意一个或两个主令电器不但按照要求正常动作，相关的运动部件就不允许动作。

③当运动部件不能正常动作时，必须同时释放两个主令电器后，才允许进行再次执行相关动作。

双手操作一般都需要通过双手操作安全继电器和安全电路实现。

5.安全电路

为了达到安全标准要求所设计的电路称为安全电路，常用的有紧急分断、安全防护、双手操作等。标准对安全电路的设计同样有诸多的具体规定，有关内容详见后述。安全电路设计的一般要点如下。

①安全电路必须使用满足上述紧急分断要求的安全器件，并利用接触器、继电器等电磁执行器件所组成的强电控制电路进行控制，不允许仅通过PMC程序等软件设计实现。电路中也不允许有除紧急分断控制的主令元件、触点外的其他触点、线圈等电气元件。

②紧急分断等安全电路必须通过若干个接触器及其触点的同时动作，实现安全冗余控制，保证即使某一器件、某一触点故障时，安全回路仍能有效。

③如果两个电器的同时动作，有可能出现人身伤害、机械部件损坏、电源短路等方面的安全隐患，电路必须利用电磁执行机构或机械连锁装置，进行电气或机械上的动作互锁，以保证器件客观上不存在同时动作的可能性；而不允许仅仅通过PLC程序等软件来实现动作互锁。