CN202854571U

CN202854571U - 用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统

Info

Publication number: CN202854571U
Application number: CN2012204721617U
Authority: CN
Inventors: 吴宗之; 魏利军; 方来华; 关磊; 陈丽丽
Original assignee: BEIJING CASST-TEC Co Ltd; China Academy of Safety Science and Technology CASST
Current assignee: BEIJING CASST-TEC Co Ltd; China Academy of Safety Science and Technology CASST
Priority date: 2012-09-16
Filing date: 2012-09-16
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2022-09-16

Abstract

本实用新型涉及用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统，属于功能安全监控技术领域，该系统包括安全控制柜，设置在安全控制柜中的安全PLC，图形触摸终端、安全输入设备、安全输出设备；还包括上下连成一体的四方体框架和仪器层，安装在四方体框架三个侧面的安全光栅、非接触式磁性安全门、机械式安全门，置于四方体框架上方的报警设备；安装在仪器层面板上的操作按钮，置于四方体框架一侧地面上的安全地毯，被监控的高速旋转设备置于四方体框架内；本系统提供四种有效防护措施，有效避免操作人员进入危险区域或因操作不当引发的各类人身事故。

Description

用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统

技术领域

本实用新型属于功能安全监控技术领域，尤其涉及一种功能安全监控开发及演示系统。

背景技术

随着社会的发展和以人为本理念的深入，安全对于人员、设施和环境来说变得越来越重要。近年来，石工、机械制造等工业领域，各类安全生产事故的频繁发生不仅给企业和社会带来了巨大的经济损失，而且对人身、设备和环境构成了极大威胁，已经成为制约我国经济发展与和谐社会建设的重要因素。安全设备及系统的使用为预防重特大事故的发生发挥了重要作用。这些设备和系统本身在危险出现时正确执行安全功能的可靠性，即安全系统本身的功能安全问题越来越突出。

现有大部分重大危险源设备使用护栏进行防护，阻止人员进入。但护栏设置会极大的影响工作人员对高危设备运行状态的观察和操作效率，且会扩大保护设备、人员安全所需要的空间，可靠性较差。对于机械制造业中的机械手之类的设备，采用护栏的方式可能会影响设备的正常运行，且难以实现有效、可靠、安全的防护。

另外，有一些重大危险源设备现场采用在其周边拉警戒线的方式，或在地面画警戒线的方式提示人员危险区域范围，但这两种方式均过于简易，不能引起人员的足够重视，且不能对仅有身体某一部位进入危险区域的人员进行有效防护，危险性很大。

第三，现有的安全监控装置功能单一，仅完成重大危险源设备现场的图像监测，并不能对人员进入危险区域实现预警报警，更不能实现紧急联动，将危险设备紧急停止。

因此，开发实用、可靠的用于重大危险源设备的功能安全监控系统，实时监控重大危险源设备的预警报警和紧急停车，对重大危险源设备的安全运行及机操作人员的安全防护具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服已有技术的不足之处，提供一种用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统，为重大危险源设备提供安全光栅、安全地毯、非接触式磁性安全防护门、机械式安全门四种有效防护措施，有效避免操作人员进入危险区域或因操作不当引发的各类人身事故。

本实用新型提供一种用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统，其特征在于，该系统主要由功能安全监控单元和安全防护及演示单元组成；所述功能安全控制单元包括安全控制柜，设置在安全控制柜中的安全PLC，图形触摸终端、安全输入设备、安全输出设备；图形触摸终端与安全PLC通过电缆线相连；所述安全输入设备、安全PLC、安全输出设备依次通过电缆线连接；所述安全防护及演示单元包括上下连成一体的四方体框架和仪器层；安装在四方体框架三个侧面的安全光栅、非接触式磁性安全门、机械式安全门，置于四方体框架上方的报警设备；安装在仪器层面板上的操作按钮，置于四方体框架一侧地面上的安全地毯，被监控的高速旋转设备置于四方体框架内；所述安全地毯和操作按钮通过电缆线与安全输入设备连接；高速旋转设备和报警设备通过电缆线与安全输出设备连接；安全光栅、非接触式磁性安全门和机械式安全门通过安全总线与安全PLC连接。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型系统根据重大危险源设备监控的实际需求，为重大危险源设备提供安全光栅、安全地毯、非接触式磁性安全防护门、机械式安全门四种有效防护措施，可完成典型重大危险源监控对象生产的安全保护、安全参数的采集、显示、报警、分析、控制和系统失效时的安全状态维持，实现系统紧急停车、应急联动、系统失效安全保障，保护重大危险源监控对象运行过程中人员、机器及环境安全。有效避免操作人员进入危险区域或因操作不当引发的人身事故。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构框图。

图2为本实用新型中功能安全监控单元和安全防护及演示单元各设备分布示意图。

具体实施方式

本实用新型提出的用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统，结合附图及实施例详细说明如下：

本实用新型的用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统总体结构如图1所示，该系统主要由功能安全监控单元Ⅰ和安全防护及演示单元Ⅱ组成；所述的功能安全监控单元，用于安全参数的监控并将采集的数据进行处理分析、判断和逻辑运算，并将运算结果输出到安全防护及演示单元，实现高速旋转设备的紧急停车，报警设备联动报警。所述的安全防护及演示单元，用于实现现场信号的采集、传输以及操作命令的执行。

所述功能安全控制单元Ⅰ包括安全控制柜，设置在安全控制柜中的安全PLC(安全可编程逻辑控制器)，图形触摸终端、安全输入设备、安全输出设备；图形触摸终端与安全PLC通过电缆线相连，系统运行过程中操作人员便于在外侧观察图形触摸终端上的信息；所述安全输入设备、安全PLC、安全输出设备依次通过电缆线连接；所述安全防护及演示单元Ⅱ包括上下连成一体的四方体框架和仪器层，作为设备安装的载体；安装在四方体框架三个侧面的安全光栅、非接触式磁性安全门、机械式安全门，置于四方体框架上方的报警设备；安装在仪器层面板上的操作按钮，置于四方体框架一侧地面上的安全地毯，被监控的高速旋转设备置于四方体框架内；所述安全地毯和操作按钮通过电缆线与安全输入设备连接；高速旋转设备和报警设备通过电缆线与安全输出设备连接；安全光栅、非接触式磁性安全门和机械式安全门通过安全总线与安全PLC连接。

本实用新型中功能安全监控单元Ⅰ和安全防护及演示单元Ⅱ中各设备分布实施例如图2所示。作为功能安全监控单元Ⅰ各设备安装载体的安全控制柜1和作为安全防护及演示单元Ⅱ中各设备安装载体的上下连成一体的四方体框架6、仪器层7平行排列放置。

功能安全监控单元Ⅰ中，图形触摸终端2安装在安全控制柜一侧的门上，安全输入设备3、安全PLC4、安全输出设备5由左到右安装在安全控制柜背板上。

安全防护及演示单元Ⅱ中，使用四方体框架作为高速旋转设备13、安全光栅11、非接触式磁性安全门10和机械式安全门12的安装载体，四方体框架下方为仪器层，仪器层下方为支撑架8。高速旋转设备平行于水平面方向固定在四方体框架一侧的金属背板上，其正前方两根垂直棱柱上安装有安全光栅的发送器和接收器，在高速旋转设备正前方形成透明的安全光栅防护。四方体框架左侧安装有透明玻璃的非接触式磁性安全门，右侧安装有透明玻璃的机械式安全门，上方安装有透明玻璃，下方安装有金属板。安全地毯9放置在非接触式磁性安全门的正前方的地板上，人员站在安全地毯区域，高速旋转设备立即停止以演示其对某一特定地面区域的防护。

仪器层为封闭式结构、金属板材质，位于四方体框架下方，以四方体框架底部的金属板为顶，内部放置连接操作按钮15和高速旋转设备的电缆线。操作按钮安装在安全光栅下方的仪器层前面板上，用以控制高速旋转设备的启动、恢复和紧急停止操作。报警设备14固定于高速四方体框架上方用以提示设备运行状态。

本系统各设备的功能及具体实施方式分别说明如下：

本实施例的功能安全监控单元Ⅰ中安全控制柜，用于作为安全PLC，图形触摸终端、安全输入设备、安全输出设备的安装载体。安全控制柜背板上由左到右依次安装有安全输入设备、安全PLC、安全输出设备，安全控制柜一侧的门上安装有图形触摸终端。安全控制柜立方体结构，金属板材质，规格为500×1500×2000mm。

功能安全监控单元Ⅰ中的安全PLC，当操作人员违规操作时，安全PLC分析处理来自操作按钮、安全光栅、非接触式磁性安全门和机械式安全门的电信号，输出命令给高速旋转设备，将设备置于锁止状态，同时输出指令使报警器报警。安全PLC满足EN954-1 11/94，安全等级高达第4级。

本实施例安全PLC采用Pilz公司的PSS 3032，主要结构参数：电源电压：24VDC；容差范围：20-30VDC，包含剩余脉动；功耗16W；输出上的总负载容量：9A。

功能安全监控单元Ⅰ中所述的图形触摸终端，主要用于显示系统参数信息和报警信息、控制进程数据、实现在线语言切换、提供USB或并行打印机接口，记录在线数据。本实施例的图形触摸终端采用Pilz公司的PMI 226-CT，其结构紧凑，使用Microsoft

CE操作系统，前端IP65，提供多种编程语言。主要技术参数：触摸屏为10位分辨率，模拟电阻，符合DIN 42115；电源电压为24V DC；功耗最大为15w；扩展接口为PC/104；音频接口为立体声插口3.5mm。

功能安全监控单元中Ⅰ所述的安全输入设备用于把采集到的数据输入到安全PLC中。本实施例的安全输入设备采用Pilz公司的PSS DI 2的数字输入模块，主要技术参数：电源电压：24VDC；容差范围：20-30VDC；输入电流：6mA；尺寸为257×41×220mm；环境温度：0-60℃；储存温度：-25-70℃。

功能安全监控单元中Ⅰ所述的安全输出设备，用于把从安全PLC中接收到的命令输出给执行设备。本实施例的安全输出设备采用Pilz公司的PSS DI 2O T的数字/输出模块，主要技术参数：电源电压：24VDC；容差范围：20-30VDC；输出允许电流：0-2.5A；输出允许电流6mA；尺寸为257×41×220mm；环境温度：0-60℃；储存温度：-25-70℃。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的安全地毯，主要用于对安全地毯所在区域范围内人员的防护。当操作人员踏上安全地毯，安全地毯上的监控器将采集到的压力信号经安全输入设备传输到安全PLC中，安全PLC对压力信号进行分析、判断，当压力信号高于安全阈值（预先设定，用户可根据需要防护的对象踏在安全地毯上产生的最小压力值作为安全阈值），安全PLC输出命令切断高速旋转设备的使能信号，将设备置于锁止状态，同时输出控制信号给报警设备，报警设备发出声光报警。

本实施的安全地毯监控器采用Pilz公司的PNOZ e1.1p，根据EN9541，安全地毯监控器可达安全等级4级。主要技术参数：供电电压：24VDC；容差：80-125％；输出：2个安全输出，1个辅助输出；输入和复位回路以及反馈控制回路的电压和电流：24VDC，5mA；储存温度：-25-70℃。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的操作按钮，主要用于控制高速旋转设备的停车、复位、恢复运行操作；操作人员按下红色紧急停止按钮，安全PLC接收到停止信号后，输出命令给高速旋转设备，将高速旋转设备置于锁止状态；同时输出命令给报警设备，报警设备红色报警灯常亮。白色按钮为复位按钮，高速旋转设备停止运行后，操作人员只有按下复位按钮，才可进行其他操作。绿色按钮为启动按钮，按下绿色按钮，安全PLC发出启动指令恢复高速旋转设备正常运行。

紧急停止按钮采用pilz的PITestop；复位、启动按钮采用日本和泉ABN111。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的四方体框架，作为高速旋转设备、安全光栅、非接触式磁性安全门和机械式安全门的安装载体。框架尺寸为：1000×1000×1000mm。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的高速旋转设备，主要用于演示操作人员违规操作或误入危险区后，危险设备的紧急停车、锁止、恢复运行状态，此高速旋转设备用于演示重大危险源设备。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的报警设备采用Pilz公司的PIT si3.1，主要用于显示系统是否正常运行。报警设备由三色灯组成，绿色灯亮表明系统正常运行，黄色灯亮表示预警但设备仍处于运行状态，红色灯亮表示报警，高速旋转设备置于锁止状态。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的安全光栅，主要用于对操作人员手指、手、身体的保护。该安全光栅由同步的发送器和接收器组成，可达到安全等级4级。当操作人员手掌无意阻断安全光栅的红外光束后，光信号转化成电信号通过安全总线传输到安全PLC中，经过对电信号变化量的分析、判断，安全PLC输出命令切断高速旋转设备的使能信号，将设备置于锁止状态；同时安全PLC输出命令报警器红色故障指示灯常亮。

本实施例的安全光栅采用Pilz公司的PSENopt，主要技术参数：供电电压：24VDC；发送器Rx：M12，8针和5针；接收器Tx：M12，4针；带有Safety BUS p连接。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的非接触式磁性安全门，主要用于保护操作人员安全。高速旋转设备运行时，当操作人员强行打开非接触式磁性安全门，电信号切断，信息将通过安全总线传输到安全PLC中，安全PLC对电信号分析判断后，输出命令切断高速旋转设备的使能信号，将设备置于锁止状态；同时输出命令报警器红色故障指示灯常亮。

本实施例的非接触式磁性安全门开关采用Pilz公司的PSEN 2.1p，应用可达第四级，符合EN954-1标准，具有2个触点（1个常开，1个常闭），使用4针M8针式连接器。主要技术参数：切换电压：24VDC；切换电流：100mA，功耗：2.4W；最大切换频率：5Hz；感应距离范围：S_ON：>0.5/<3mm。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的机械式安全门，主要用于保护操作人员安全。只有操作人员按下红色停止按钮，切断电信号，安全PLC才会输出命令切断高速旋转设备的使能信号，将设备置于锁止状态，同时输出命令使机械式安全门处于解锁状态。

该机械式安全门使用的机械式安全开关采用Pilz公司的PSEN me1，具有锁定装置，8个操动方向，主要技术参数：根据GS-ET-19，吸持力最大为1500N；电源电压：24VDC；环境温度：-25-70℃；防护等级高达IP67。

安全防护及演示单元Ⅱ所述的仪器层，作为操作按钮的安装载体，内部放置连接操作按钮和高速旋转设备的电缆线。仪器层高度为10公分，长宽均与四方体框架相等的长方体，尺寸为100×1000×1000mm。

Claims

1.一种用于重大危险源设备的功能安全监控开发及演示系统，其特征在于，该系统主要由功能安全监控单元和安全防护及演示单元组成；所述功能安全控制单元包括安全控制柜，设置在安全控制柜中的安全PLC，图形触摸终端、安全输入设备、安全输出设备；图形触摸终端与安全PLC通过电缆线相连；所述安全输入设备、安全PLC、安全输出设备依次通过电缆线连接；所述安全防护及演示单元包括上下连成一体的四方体框架和仪器层；安装在四方体框架三个侧面的安全光栅、非接触式磁性安全门、机械式安全门，置于四方体框架上方的报警设备；安装在仪器层面板上的操作按钮，置于四方体框架一侧地面上的安全地毯，被监控的高速旋转设备置于四方体框架内；所述安全地毯和操作按钮通过电缆线与安全输入设备连接；高速旋转设备和报警设备通过电缆线与安全输出设备连接；安全光栅、非接触式磁性安全门和机械式安全门通过安全总线与安全PLC连接。