紧急分断电路：保障电力安全的必备设备

1.基本要求

为达到安全标准要求所设计的电路称为安全电路。安全电路必须使用安全电器，电路需要通过安全冗余设计，保证某一器件发生故障时，仍能有效工作。数控机床常用的安全电路有紧急分断、安全防护、双手操作等。

紧急分断电路用于设备出现危险情况时紧急停止。电路的设计时，需要保证紧急分断可通过唯一的主令开关，分断全部相关主电路；电路需要采用冗余设计，以确保即使个别器件发生故障时，电路仍能有效工作，实现紧急分断。

紧急分断的按钮、行程开关等器件，其动作力必须来自手动、电磁或机械操作，不得为弹簧等零件的弹性力。紧急分断后，操作器件必须能够保持在分断位置，它只能通过手或工具的直接作用，才能解除分断。因此，电路中用于紧急分断的按钮和开关的主触点，应为操作力断开的常闭触点，而不能使用弹簧力断开的常开触点，以保证即使触点发生熔焊，也能通过操作力的直接作用强制断开；也不能使用自动复位的按钮和行程开关等器件。

紧急分断电路的电器触点必须满足强制释放条件，常开/常闭触点不允许存在同时接通的重叠现象；常闭触点必须有足够的断开距离，确保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。

2.简单电路

图5.2-7是最简单的紧急分断电路，用于对器件无强制执行要求的一般设备控制。

图5.2-7 简单安全电路

a）基本电路 b）安全门控制 c）改进电路

这一电路在早期的数控机床等进口设备上使用较广，但现代数控机床已由后述安全性更高的电路所替代。电路中的继电器K1、K2需要有提前吸合的常开触点和缓慢释放的常闭触点，如SIEMENS的3TH 4092/4095/4096、3TH 4293、3TH 4346/4394等。此外，由于直流继电器的动作离散性较大，因此，不能用直流中间继电器来组成同样的安全电路。

图5.2-7所示的安全电路使用了2只继电器K1、K2，组成了冗余控制电路，在紧急分断电路上应使用其串联的常开触点。在图5.2-7a基本电路中，按下S2，K1/K2线圈可通过缓慢释放的串联常闭触点接通，接着，由提前吸合的串联常开触点自锁，随后断开串联常闭触点、禁止起动操作。如按下S1，提前吸合的串联常开触点立即断开，K1/K2同时释放，紧急分断触点断开。当设备上有多个急停按钮时，可将其常闭触点与S1串联。

紧急分断电路也可用于简单安全防护门控制，此时，只需要如图5.2-7b用防护门关闭、打开的行程开关分别代替起动按钮S2、急停按钮S1便可。

基本电路存在的问题是：继电器K1、K2的缓慢释放常闭触点和提前吸合常开触点存在接通重叠，它不满足强制执行条件。这就意味着在紧急分断触点断开时，并不能确保缓慢吸合的常开触点已完全断开，因此，如S1在短暂断开后恢复接通，K1/K2就存在被重新起动的危险。为此，实际机床一般需要使用图5.2-7c所示的改进电路。

改进电路通过与紧急分断触点同步动作的K1/K2瞬时动作触点实现自锁，只要紧急分断触点断开，自锁支路可确保断开，故可避免K1、K2被S1重新起动的危险，其安全性有所提高。

3.准安全电路(www.xing528.com)

由中间继电器组成的、安全性更高的安全电路如图5.2-8所示。

图5.2-8 准安全电路

a）交流控制 b）直流控制

电路除起动控制外，其他控制均使用了满足强制执行条件的瞬时动作常开、常闭触点，紧急分断触点使用的是K1常闭和K2、K3常开3对触点的串联，线路安全性更高，几乎可满足EN 60204的全部要求，故一直沿用至今。Pilz公司的PNOZ X系列、Elan公司的SRBF51系列等电磁式安全继电器组合装置都是基于此电路的安全电器产品。

图5.2-8a所示的电路用于交流控制。电路接通时，首先通过按钮S2和K2、K3的缓慢释放常闭触点接通K1；接着K2.K3接通并自锁、断开K1、接通紧急分断输出触点。由于K1、K2、K3的瞬时动作触点满足强制执行条件，因此，在K1接通的起动阶段，紧急分断输出触点必然断开；一旦起动过程结束，由于K1线圈已断电，其强制执行的常开触点将禁止S1恢复后的自动重新起动，从而解决了前述基本电路所存在的问题。电路中的K1也可使用断电延时的时间继电器，然后通过其延时释放的常开触点来起动K2、K3，这样，K2、K3便可使用无缓慢释放常闭触点的强制执行继电器。

对于直流控制电路，为了避免直流继电器动作离散性所造成的缓慢释放常闭触点动作不可靠，可通过图5.2-8a所示、在K1两端并联电容器C的方法实现延时，当K1线圈被K2、K3常闭触点断开时，它可利用电容器所存储的能量保持短时间的继续接通，以确保K2、K3自锁完成后，才释放K1的起动触点。

在绝大多数情况下，图5.2-8所示的电路不会由于个别器件的故障，而丧失安全功能。例如，若K1触点熔焊，其串联常闭触点将禁止紧急分断输出触点的接通；如K1线圈断线，则不可能起动K2、K3。如果K2、K3中的任意一个出现熔焊，K1就不能接通，另一个继电器将不能起动，其串联常开触点将禁止紧急分断输出触点；如K2、K3中的任意一个线圈断线，则K1起动后将自锁，紧急分断触点输出被K1的串联常闭触点所禁止等。

线路同样可用多个急停按钮的串联代替S1，实现多地急停。电路稍加变化后，还可用于“双常闭”冗余输入的急停按钮控制，或进行紧急分断输出触点的扩展，其方法与Pilz公司的PNOZ X系列电磁式安全继电器组合装置类似，有关内容可参见后述。

图5.2-8所示的电路存在的不足是：当K1发生轻微的触点熔焊，导致S2自锁支路的K1触点无法释放时，急停按钮S1一旦复位，K1将被自动起动；这时，如由于K2、K3吸合时所产生的振动，使K1的触点恢复了断开状态，其紧急分断输出触点将被错误接通，从而造成安全隐患，因此称为“准安全”电路。

4.标准电路

现行的标准安全电路如图5.2-9所示，它由SIEMENS公司与德国“铁和金属Ⅱ”专业委员会联合开发，SIEMENS公司的3TK28系列电磁式安全继电器组合装置，是基于此电路的安全电器产品。在图5.2-9a所示的交流控制电路上，起动继电器K1需要使用断电延时的时间继电器，其延时释放的常开触点应在K2、K3完成自锁后断开。而对于图5.2-9b所示的直流控制电路，仍可通过K1并联的电容器产生延时，保证其常开触点在K2、K3完成自锁后才断开。

图5.2-9所示的电路与图5.2-8的区别在于：起动完成后，K2、K3需要通过K1的常闭触点自锁，因此，只要K1出现熔焊，K2、K3就不可能被自动起动，从而消除了“准安全”电路可能存在的安全隐患，完全满足了EN 60204的全部要求。

电路稍加变化后，可用于具有“常开/常闭”冗余输入的安全防护门控制；或进行紧急分断输出触点的扩展，其方法与SIEMENS公司3TK280系列电磁式安全继电器组合装置类似，有关内容可参见后述。