丁 磊

（上汽通用五菱汽車股份有限公司青島分公司，山東 青島266555）

0 概述

機(jī)床和裝置的操作安全主要取決于機(jī)床所產(chǎn)生動(dòng)作的危險(xiǎn)程度，一般機(jī)床有兩個(gè)動(dòng)作：1）正常運(yùn)行（自動(dòng)運(yùn)行），防護(hù)設(shè)備可防止人員進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)以及防止部件/材料被拋出；2）特殊模式（手動(dòng)或設(shè)置模式），人員可能在設(shè)備未斷電的情況下進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)。Rexroth雙安檢系統(tǒng)能在控制單元和驅(qū)動(dòng)器端防止上述兩種危險(xiǎn)的發(fā)生，與傳統(tǒng)安全技術(shù)相比，它大大提高了機(jī)床的功能性和可用性。Rexroth雙安檢系統(tǒng)在Boehringer車床上的應(yīng)用是一個(gè)很好的集成安全技術(shù)應(yīng)用典范。

1 Rexroth雙安檢系統(tǒng)的工作原理

Rexroth雙安檢技術(shù)是集成安全技術(shù)的一種，集成安全技術(shù)將安全功能以硬件和軟件的形式直接集成于智能驅(qū)動(dòng)器中，這樣不僅增強(qiáng)了所有操作模式的功能性，而且最大程度地提高了安全性。IndraDrive操作系統(tǒng)由電源模塊、控制模塊、電機(jī)以及其他可能需要的組件組成。集成安全技術(shù)是通過(guò)硬件和軟件的交互作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。Rexroth雙安檢系統(tǒng)的工作原理圖如圖1。

圖1

Rexroth雙安檢技術(shù)根據(jù)功能可以分為兩個(gè)級(jí)別：級(jí)別1、完全是基于硬件的安全技術(shù)，需要可選安全技術(shù)模塊“L1”；級(jí)別2、包含所有其他安全功能（如安全相關(guān)的減速、限制絕對(duì)位置等）的廣泛集成安全技術(shù)，需要可選安全技術(shù)模塊“S1”。

圖2

Rexroth雙安檢技術(shù)為保證安全功能不會(huì)被單個(gè)錯(cuò)誤誤導(dǎo)，在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)施了三類防錯(cuò)措施（如圖2）。

1.1 結(jié)構(gòu)多樣性的雙通道數(shù)據(jù)處理

通道1：驅(qū)動(dòng)器基本控制單元的安全技術(shù)作為第一個(gè)監(jiān)控通道

通道2：可選安全模塊的安全技術(shù)作為第二通道

1.2 安全相關(guān)數(shù)據(jù)的交叉比較

為確保雙通道安全功能采用相同的極限值，則必須進(jìn)行交叉數(shù)據(jù)比較。

1.3 靜止?fàn)顟B(tài)的動(dòng)態(tài)化

動(dòng)態(tài)化在后臺(tái)以一定時(shí)間間隔自動(dòng)運(yùn)行，檢測(cè)安全相關(guān)電路中的靜態(tài)錯(cuò)誤狀態(tài)，必須通過(guò)信號(hào)EA30或EA30的替代信號(hào)來(lái)同步動(dòng)態(tài)信號(hào)。

2 Rexroth雙安檢系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

2.1 Rexroth雙安檢系統(tǒng)在Boehringer車床應(yīng)用的組織結(jié)構(gòu)

圖3

Rexroth雙安檢系統(tǒng)的精髓在Boehringer車床上有很好的體現(xiàn)，下面以車床NG200為例介紹一下Rexroth雙安檢系統(tǒng)。車床NG200包括六個(gè)軸：XXB、SCE、ZZB、CCB、WZF 和 AL1 軸，單軸 Rexroth 雙安檢系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)如圖3。其中X41D型接口為可選安全模塊的安全技術(shù)“S1”的第二通道，這屬于典型的與主通訊結(jié)合使用的安全技術(shù)I/O。

D型接口有9針，其中有幾個(gè)信號(hào)需要特別說(shuō)明一下：

EA30信號(hào)來(lái)自PLC的輸出信號(hào)，作為通道2實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化的輸入信號(hào)。

EA20是多軸控制器的互聯(lián)信號(hào)，XXB軸作為診斷主驅(qū)動(dòng)器，其余軸作為診斷從驅(qū)動(dòng)器。

E1n—E2n 為 運(yùn) 行 模 式 選 擇 信 號(hào) ，E1n：mode selector，E2n：drive interlock switch，E3n：enabling control。

2.2 Rexroth雙安檢系統(tǒng)的調(diào)試

Boehringer車床NG200使用的是可選安全技術(shù)模塊“S1”的安全技術(shù)。基于這種高安全級(jí)別的雙安檢系統(tǒng)的使用經(jīng)驗(yàn)，下面介紹一下這種安全技術(shù)的調(diào)試流程。

Rexroth雙安檢系統(tǒng)使用到的相關(guān)參數(shù)如圖4，在調(diào)試的過(guò)程中需要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于參數(shù)代碼的詳細(xì)含義，可以通過(guò)查閱Rexroth參數(shù)說(shuō)明書得到，在這里就不詳細(xì)展開了。

Rexroth驅(qū)動(dòng)器調(diào)試軟件有Drive Top和IndraWorks，現(xiàn)在使用較為多的是IndraWorks。一般使用IndraWorks調(diào)試軟件中的安全技術(shù)向?qū)д{(diào)試驅(qū)動(dòng)器的安全技術(shù)功能，具體調(diào)試流程如圖5。

調(diào)試安全技術(shù)功能流程大體分為四步，第一步：連接，從提供條件與初始化到安全技術(shù)已建立連接；第二步：設(shè)置參數(shù)，從選擇所需要安全功能到安全參數(shù)配置完成；第三步：激活，配置完成后需要激活安全技術(shù)；第四步：終止，安全技術(shù)被激活后需要做調(diào)試和接受測(cè)試，最后形成測(cè)試報(bào)告。

圖4

圖5

2.3 Rexroth雙安檢系統(tǒng)故障處理

基于可選安全技術(shù)模塊“S1”的雙安檢技術(shù)是一種功能強(qiáng)大且性能完善的一套安全技術(shù)，它能辨識(shí)和監(jiān)控到大部分安全類風(fēng)險(xiǎn)。但是如果對(duì)這種安全技術(shù)認(rèn)識(shí)不足的話，在故障處理過(guò)程中會(huì)浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力。

圖6

不同狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)器的安全類報(bào)警代碼是不同的（如圖6），現(xiàn)實(shí)中碰到的主要是第一種“F3xxx”報(bào)警。根據(jù)處理安全類故障的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)故障可能性如下：

1）雙安檢系統(tǒng)中的通道1信號(hào)異常，主要可能性是I/O模塊損壞。

2）雙安檢系統(tǒng)中的通道2信號(hào)異常，主要可能性是驅(qū)動(dòng)器的可選擇安全技術(shù)模塊損壞和驅(qū)動(dòng)器間安全信號(hào)的互聯(lián)線損壞。

3）雙安檢系統(tǒng)中的通道1和2信號(hào)同時(shí)異常，主要可能性是安全繼電器損壞或者安全開關(guān)損壞。

3 安全技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床使用的安全技術(shù)常見(jiàn)的有Rexroth雙安檢技術(shù)和Fanuc雙安檢技術(shù)，兩種雙安檢技術(shù)都屬于集成安全技術(shù)，原理也基本上相同。安全技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)控機(jī)床是不可或缺的，在一些非正常狀態(tài)下，即使很短時(shí)間的危險(xiǎn)暴露都有可能引發(fā)可怕的后果。隨著伺服控制系統(tǒng)的發(fā)展，安全技術(shù)也會(huì)逐步完善。從危險(xiǎn)可控性上說(shuō)，高智能設(shè)備的安全技術(shù)等級(jí)要高于普通設(shè)備，國(guó)內(nèi)設(shè)備在智能控制和安全技術(shù)方面還有很大的發(fā)展空間。

［1］Bosch Rexroth AG.Rexroth IndraDrive 集成安全技術(shù)[Z].德國(guó)：Bosch Rexroth AG，2009.14-188.