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安全控制电路的等级划分
国内生产的机器设备出口欧盟、获取CE 认证的时候,我们通常
会在电气控制电路的设计中遇到“安全等级”的概念。那么如何来
区分电气控制电路的安全等级?如何来设计电路以达到安全认证的
要求?
首先,在设计一套机器之前,必须对该机器进行风险评估。要
从各个方面、各个部位,评估这台机器会带来什么样的危险,最终
确定这台机器(或其中某一部分)的危险等级。根据欧洲机器安全
标准EN 954-1,危险等级分为B ,1,2 ,3,4 五个等级,危险等级
依次增高,等级 4 为最高的危险等级。危险等级的划分和确定如图
1 所示:
图1
在完成一台机器(或其中某一部分)的风险评估、确定其危险
等级后,就必须采取一系列的措施来降低风险。如机械结构上的设
计改进、安全防护措施的增加、安全控制电路的使用等等。
对于安全控制电路的设计,也必须符合所要求的安全等级。根
据欧洲机器安全标准 EN 954-1,对应于危险等级的5 个等级,控制
电路的安全等级也分为 B ,1,2 ,3,4 五个等级,安全等级依次增
高,等级 4 为最高的安全等级。举例来说,一台机器(或其中某一
部分)的危险级别确定为 4 级,那么相应的安全控制电路的安全等
级也必须为4 级。
等级 B 要求与安全功能有关的控制电路在设计、选择和组装过
程中必须使用符合基本安全准则和有关标准的安全开关电器。安全
控制电路要能够承受语气的运行强度,能够承受运行过程中工作介
质的影响和相关外部环境的影响。等级 B 是最基本的等级,其他等
级都必须满足等级B 的要求。
与等级 B 相比,等级 1 要求使用成熟的元器件,即在相似的应
用领域有过广泛和成功的使用,或是根据可靠的安全标准制造的元
器件,以及使用成熟的技术。
等级B 和等级1 的典型接线示例如图2 :
图2
在等级 B 和等级 1 中,安全控制系统对故障的承受能力主要是
通过采用适当的元器件来实现。如图所示,保险丝 F0 和急停按钮
S0 串联在主控回路中。若采用合理的保险丝和可靠的急停按钮,这
个回路里的风险我们是可以接受的。但当安全控制电路中出现任何
一个单一故障,如急停按钮触点焊死,都会导致安全功能的丢失。
故这个控制回路的安全等级只能够是B 级或1 级。
在危险机械的设计中,等级 B 和等级 1 很少使用。通常最常使
用的是等级2 ,3,4 。这些安全等级的具体描述如下:
图3
我们可以把一个简单的控制电路分成信号输入部分(如急停按
钮、限位开关、光栅)、控制部分(如继电器、PLC )和输出部分
(如控制电机用交流接触器)。根据 EN 954-1 中安全等级的描述,
若要达到安全等级 2 级及其以上,控制部分必须使用安全的元器
件,如安全继电器、安全 PLC 等。在所使用的安全继电器达到要求
的安全等级的基础上,我们通常可以通过信号输入部分的接线来判
断等级 2 、3 、4 。我们现在以急停按钮为例,分析这三个安全等级
的应用接线。
若是使用单通道信号输入,进入安全继电器,那么这个控制电
路的安全等级是在2 级,如图4 所示。
图4
若使用双通道信号输入,进入安全继电器,同时不可检测两个
输入触点间的短路。那么这个控制回路的安全等级是在 3 级,如图
5 所示。
图5
若使用双通道信号输入,进入安全继电器,同时可检测两个输
入触点间的短路。那么这个控制回路的安全等级是在 4 级,如图 6
所示。
图6
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