机床安全保护电路设计及实现分析

记得有一位工厂老师傅曾经讲过：设备再坏总有办法修复，但人一旦受到伤害却不可逆转。如今一晃10多年过去了，每次看设备图样时我都特别关注那些安全保护电路。安全保护电路无外乎保护设备和人两种功能，其中尤以保护人最关键。

机床安全保护电路一方面是用在核心部件，如电子电路，考虑控制作用重要及成本价值高；另一方面是用在人员的保护上，大型机床尤其是机械部件发生意外事故时对人的伤害是巨大的。机床电路的安全保护功能由硬件和软件两部分实现，硬件部分主要有急停安全保护电路、防护门安全保护电路、行程限位安全保护电路等，软件部分主要包含控制程序和系统参数。

【场景案例】

生活场景：家里如有用电设备发生绝缘损坏漏电事故或者人体触电安全事故，在进户电源控制箱里的漏电保护开关会第一时间跳闸断电防止事故扩大。还有我们坐地铁或者进电梯，在门即将关闭夹到人时会自动开启门防止人员受到伤害。

工作场景：大明所在制造工厂今年一车间新引进的生产线上有很多保护装置，如侦测环境温度、有毒气体泄漏的，有工件脱离安全范围报警装置，有感应人体碰夹的预警系统。当然在机台设备本体上有着更多的保护电路，如过电流保护、过电压保护、失电压和欠电压保护等，更实际直观的便是红色急停按钮每台设备上均分布了不下三处地方。

【典型电路】

【工作原理】

（1）短路保护 短路保护要求在短路故障产生后的极短时间内切断电源，常用方法是在线路中串接熔断器或低压断路器。

（2）过载保护 因负载过大而导致电源设备自动断开供电的功能。过载保护要求不受电动机短时过载冲击电流或短路电流的影响而瞬时动作，通常采用热继电器作过载保护元件。

（3）接地保护 使电工设备的金属外壳接地的措施，可防止在绝缘损坏或意外情况下金属外壳带电时强电流通过人体，以保证人身安全。

（4）互锁保护 这里有按钮及接触器双重联锁，可有效防止单一互锁失效，保证两个接触器线圈不会同时得电，避免了两相电源短路的事故发生，电路安全、可靠。(www.xing528.com)

（5）失电压（欠电压）保护 当电源停电或者由于某种原因电源电压降低过多时，保护装置能使电动机自动从电源上切除。因为当失电压或欠电压时，接触器线圈电流将消失或减小，失去电磁力或电磁力不足以吸住动铁心，因而能断开主触点，切断电源。

（6）断相保护 在三相异步电动机起动时，若L1相断开时，KM1、KM2、KM3励磁通路被切断，KM1、KM2、KM3均不能励磁，主电路断开，三相异步电动机不能起动；若L2（L3）断相时，中间继电器KA不能励磁，控制电路被切断，KM1、KM2、KM3均不能励磁，主电路断开，三相异步电动机亦不能起动，从而起到了双重断相保护作用。

（7）相间短路保护 在三相异步电动机正反转换接时，常因三相异步电动机功率较大或操作不当等原因，触点产生较严重的起弧现象。如果尚未完全灭弧时，反转的交流接触器闭合，就会引起相间短路，使控制器件损坏。在本电路中KM3与KM1（KM2）配合，可实现相间短路保护。当正反转转换时，正转接触器KM1断电后，交流接触器KM3也随着断开，KM3与KM1（KM2）组成四断点灭弧电路，可有效地熄灭电弧，实现相间短路保护。

【拓展电路】

该应用电路为电动机防浸水保护电路，其工作原理是：有水进入电动机，且淹没探针A时，通过水使探针A与机壳接通，继电器KA吸合，常闭触点断开，KM失电释放，电动机M停转；同时，HA鸣响报警，通知工作人员排除水源，切断电源开关，对电动机进行烘干处理。

【小结】

机床设备的安全保护功能由硬件和软件两部分实现，硬件部分主要有急停、防护门、行程限位等安全保护电路，软件部分主要包含控制程序和系统参数。

【知识拓展】

在自动控制系统中，各类现场信号被采集到PLC输入模块中，以便系统依据安全标准进行判别保护动作。