CN106773641B - 一种用于自动化设备安全控制的模块系统 - Google Patents

Abstract

一种用于自动化设备安全控制的模块系统，包括有安全电路板，所述安全电路板上设有数字信号输入、信号电平转换、门电路信号调整、状态锁存、解锁输入和状态输出指示；所述数字信号输入包括高电平信号和低电平信号输入依次共同连接于所述信号电平转换，门电路信号调整、状态锁存和状态输出指示；所述状态锁存连接于解锁输入。多块安全电路板串并联使用，并联使用可以分区控制，串联使用满足端口不足时的扩展。纯电子电路设计，触发自锁，纯电子电路设计，不通过编程控制，避免软件Bug可能造成的隐患，触发任何一路输入即自锁输出状态，无延迟。

Description

一种用于自动化设备安全控制的模块系统

技术领域

本发明涉及电学领域，尤其涉及自动化设备安全控制技术，尤其是一种用于自动化设备安全控制的模块系统。

背景技术

汽车仪表行业中，随着测试设备自动化的推进，原有测试设备在EHS安全、人机工程、制造工艺方面都提出了更高的要求。大量设备具有运动部件，如产品部件压装、部件打螺丝、仪表产品指针安装及设备多工位转台等等，在这些设备上，存在着机械伤害可能；技术人员在维修维护这类设备时，会进入设备机械运动部位，若设备无法对外部安全触发进行锁存，安全隐患将非常大。

由此，现有技术中迫切要求一种统一的安全控制板，因为可编程IC可能存在控制延迟及程序Bug问题，所以不允许使用智能IC通过编程来实现，通过PLC编程实现的安全控制输入，由于编程的问题，导致在某些特定的条件下输出无法锁存。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于自动化设备安全控制的模块系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于自动化设备安全控制的模块系统，包括有安全电路板，所述安全电路板上设有高电平信号输入、低电平信号输入、信号电平转换、门电路信号调整、状态锁存、解锁输入和状态输出指示；所述高电平信号输入和所述低电平信号输入依次共同连接于所述信号电平转换，门电路信号调整、状态锁存和状态输出指示；所述状态锁存连接于解锁输入。所述安全电路板设有16路输入端口，其中CON&REJ和Reset端口作为操作输入端口，其余13个输入端口满足常规安全控制输入，任何输入端口的有效输入都将立即触发所述安全电路板；所述安全电路板通过使用二路ULN2803切换实现所有输入端端口能支持NPN或PNP输入；所述安全电路板任何有效输入状态，必须锁存输出，仅在触发Reset输入后解锁；所述安全电路板所有输入状态布局LED指示灯以方便查看工作状态。

本发明还具有以下附加技术特征：

作为进一步具体优化的，所述安全电路板具有三色灯输入端口，所述三色灯输入端口直连三色灯以显示工作状态；所述三色灯为常规声光报警三色灯，所述常规声光报警三色灯在安全电路板上直接接入；设备上电运行时，黄灯代表设备待机状态；绿灯代表运行状态；红灯及蜂鸣代表故障状态。

作为进一步具体优化的，所述16路输入端口连接设备外部各类安全控制部件输出端；或在输入不足时多块安全电路板串并联使用。

作为进一步具体优化的，所述安全电路板设有每个通路使用二路ULN2803实现高低电平的切换，实现安全件输出NPN与PNP的兼容，以适合所有部件的接入；所述安全电路板通过板上DM74LS375N芯片，实现对输入端有效信号的锁存，防止信号的丢失，通过芯片级对信号的直接处理，避免软件编程的Bug及延迟。

作为进一步具体优化的，所述安全电路板的16路输入端口包括有独立的电机刹车控制输出端，Z轴下压式电机带刹车功能，电机供电问题导致Z轴会下降，所述电机刹车输出端在产生安全触发后会输出刹车电压。

作为进一步具体优化的，所述安全电路板的16路输入端口包括有+24V电源控制输出端，在安全电路板未被触发时，+24V电源信号将一直输出，当触发后，切断该电压；该电压用于控制外部电磁阀，其外接部件直接受所述安全电路板控制。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

1)三色灯显示+报警。黄灯：初态；红灯：任何故障点亮；绿灯：设备正常运行。EHS安全：以颜色和声音的形式，清晰告之维修人员安全装置被触发，及时快速处理。

2)光栅、联锁门及所有故障触发，点亮红灯，故障自锁。EHS安全：未有安全电路板之前，触发联锁门和光栅，只要移除障碍物，机械运动部件又恢复动作，带来2次伤害等一系列隐患，现在有自锁功能，只有排除故障并复位后才能继续，极大减少隐患再生。

3)按Reset解锁，为了避免正常取放产品触发，CON&REJ也解锁。EHS人机工程：之前未采用安全联锁和光幕控制时，绝大多数采用的是双手长按式方式，操作员在一天8小时快节奏下来，手部很劳累，现在采用安全控制板，员工每次只要<1s的操作时间，其余时间可以做其他事，解放双手。

4)电机刹车自动控制。EHS安全：部分电机马达在突然断电情况下，Z轴会由于失去能源掉落。采用安全控制板在电机失电情况下，触发安全控制，锁定电机Z轴，控制掉落风险。

5)任何外围触发&故障，立即断开+24V电源控制输出端。EHS安全：任何形式的触发安全装置，基本能做到瞬间切断能源供应。

6)输入信号兼容NPN与PNP，所有外部安全部件输出都能兼容，利于设备改造而不需要更换安全部件。多块安全电路板串并联使用，并联使用可以分区控制，串联使用满足端口不足时的扩展。纯电子电路设计，触发自锁，纯电子电路设计，不通过编程控制，避免软件Bug可能造成的隐患，触发任何一路输入即自锁输出状态，无延迟。

本发明通过纯电子部件，运用ULN2803实现输入信号的转换，以满足电平需求，通过DM74LS375N对输入信号进行锁存，仅通过外部Reset信号进行解锁；这样，将设备使用的机柜门、光栅等安全控制部件接入安全电路板，当设备门被打开或光栅等被触发时，安全电路板电路立即会对输出进行锁存，后续则所有相关的运动部件将全部停止工作，保持在原状态，避免人员进入设备内部可能造成的运动机械伤害。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明安全电路板示意图。

附图标记说明：

1高电平信号输入接口；2低电平信号输入接口；3信号电平转换器；4门电路信号调整器；5状态锁存器；6解锁输入电路；7状态输出指示电路。

具体实施方式

下面将参照附图1和2更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

一种用于自动化设备安全控制的模块系统，包括有安全电路板，所述安全电路板上设有高电平信号输入接口1、低电平信号输入接口2、信号电平转换器3、门电路信号调整器4、状态锁存器5、解锁输入电路6和状态输出指示电路7；所述高电平信号输入接口1和所述低电平信号输入接口2依次共同连接于所述信号电平转换器3，门电路信号调整器4、状态锁存器5和状态输出指示电路7；所述状态锁存器5连接于解锁输入电路6；所述安全电路板设有16路输入端口，其中CON&REJ和Reset端口作为操作输入端口，其余13个输入端口满足常规安全控制输入，任何输入端口的有效输入都将立即触发所述安全电路板；所述安全电路板通过使用二路ULN2803切换实现所有输入端端口能支持NPN或PNP输入；所述安全电路板任何有效输入状态，必须锁存输出，仅在触发Reset输入后解锁；所述安全电路板所有输入状态布局LED指示灯以方便查看工作状态。

所述安全电路板具有三色灯输入端口，所述三色灯输入端口直连三色灯以显示工作状态；所述三色灯为常规声光报警三色灯，所述常规声光报警三色灯在安全电路板上直接接入；设备上电运行时，黄灯代表设备待机状态；绿灯代表运行状态；红灯及蜂鸣代表故障状态。

所述16路输入端口连接设备外部各类安全控制部件输出端；或在输入不足时多块安全电路板串并联使用。

所述安全电路板设有每个通路使用二路ULN2803实现高低电平的切换，实现安全件输出NPN与PNP的兼容，以适合所有部件的接入；所述安全电路板通过板上DM74LS375N芯片，实现对输入端有效信号的锁存，防止信号的丢失，通过芯片级对信号的直接处理，避免软件编程的Bug及延迟。

所述安全电路板的16路输入端口包括有独立的电机刹车控制输出端，Z轴下压式电机带刹车功能，电机供电问题导致Z轴会下降，所述电机刹车输出端在产生安全触发后会输出刹车电压。

所述安全电路板的16路输入端口包括有+24V电源控制输出端，在安全电路板未被触发时，+24V电源信号将一直输出，当触发后，切断该电压；该电压用于控制外部电磁阀，其外接部件直接受所述安全电路板控制。

Reset输入与CON&REJ按键输入解锁。正常安全电路板的触发可能是技术人员维修设备时将设备的安全门打开，设备运行过程中安全光栅被非操作人员触发等，当设备被锁存后，需要使用Reset键以恢复设备运行；但有一种情况，在设备外围安装的安全光栅，由于设备操作人员需要往设备内部投放产品，这时操作人员会触发光栅，设备也同样进入锁存状态，常态也需要通过按Reset键解锁，但由于这样的产品投放操作属于正常操作流程，后续操作人员会同时按下CON&REJ键继续运行设备，为了避免操作人员同时操作二次(按Reset键后按CON&REJ键)，将CON&REJ键同时按下也作为Reset操作，避免操作人员多余操作。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

1)三色灯显示+报警。黄灯：初态；红灯：任何故障点亮；绿灯：设备正常运行。EHS安全：以颜色和声音的形式，清晰告之维修人员安全装置被触发，及时快速处理。

2)光栅、联锁门及所有故障触发，点亮红灯，故障自锁。EHS安全：未有安全电路板之前，触发联锁门和光栅，只要移除障碍物，机械运动部件又恢复动作，带来2次伤害等一系列隐患，现在有自锁功能，只有排除故障并复位后才能继续，极大减少隐患再生。

3)按Reset解锁，为了避免正常取放产品触发，CON&REJ也解锁。EHS人机工程：之前未采用安全联锁和光幕控制时，绝大多数采用的是双手长按式方式，操作员在一天8小时快节奏下来，手部很劳累，现在采用安全控制板，员工每次只要<1s的操作时间，其余时间可以做其他事，解放双手。

4)电机刹车自动控制。EHS安全：部分电机马达在突然断电情况下，Z轴会由于失去能源掉落。采用安全控制板在电机失电情况下，触发安全控制，锁定电机Z轴，控制掉落风险。

5)任何外围触发&故障，立即断开+24V电源控制输出端。EHS安全：任何形式的触发安全装置，基本能做到瞬间切断能源供应。

6)输入信号兼容NPN与PNP，所有外部安全部件输出都能兼容，利于设备改造而不需要更换安全部件。多块安全电路板串并联使用，并联使用可以分区控制，串联使用满足端口不足时的扩展。纯电子电路设计，触发自锁，纯电子电路设计，不通过编程控制，避免软件Bug可能造成的隐患，触发任何一路输入即自锁输出状态，无延迟。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种用于自动化设备安全控制的模块系统，其特征在于，包括有安全电路板，所述安全电路板上设有高电平信号输入接口、低电平信号输入接口、信号电平转换器、门电路信号调整器、状态锁存器、解锁输入电路和状态输出指示电路；

所述高电平信号输入接口和所述低电平信号输入接口依次共同连接于所述信号电平转换器，门电路信号调整器、状态锁存器和状态输出指示电路；所述状态锁存器连接于解锁输入电路；

所述安全电路板设有16路输入端口，其中CON&REJ和Reset端口作为操作输入端口，其余13个输入端口常规安全控制输入，任何输入端口的有效输入都将立即触发所述安全电路板；

所述安全电路板通过使用二路ULN2803切换实现所有输入端端口能支持NPN或PNP输入；

所述安全电路板任何有效输入状态，必须锁存输出，仅在触发Reset输入后解锁；

所述安全电路板所有输入端均连接LED指示灯。

2.根据权利要求1所述的一种用于自动化设备安全控制的模块系统，其特征在于，所述安全电路板具有三色灯输出端口，所述三色灯输出端口直连三色灯以显示工作状态；所述三色灯为常规声光报警三色灯，所述常规声光报警三色灯在安全电路板上直接接入；设备上电运行时，黄灯代表设备待机状态；绿灯代表运行状态；红灯及蜂鸣代表故障状态。

3.根据权利要求1所述的一种用于自动化设备安全控制的模块系统，其特征在于，所述16路输入端口连接设备外部各类安全控制部件输出端；或在输入不足时多块安全电路板串并联使用。

4.根据权利要求1所述的一种用于自动化设备安全控制的模块系统，其特征在于，所述安全电路板设有每个通路使用二路ULN2803实现高低电平的切换，实现安全件输出NPN与PNP的兼容，以适合所有部件的接入；所述安全电路板通过板上DM74LS375N芯片，实现对输入端有效信号的锁存，防止信号的丢失。

5.根据权利要求1所述的一种用于自动化设备安全控制的模块系统，其特征在于，所述安全电路板的16路输入端口包括有独立的电机刹车控制输出端，Z轴下压式电机带刹车功能，电机供电问题导致Z轴会下降，所述电机刹车输出端在产生安全触发后会输出刹车电压。

6.根据权利要求1所述的一种用于自动化设备安全控制的模块系统，其特征在于，所述安全电路板的16路输入端口包括有+24V电源控制输出端，在安全电路板被触发前，+24V电源信号一直输出，当触发后，+24V电源信号切断。

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