电气安全装置与安全电路的概念及应用

2023-06-15 历史故事版权反馈

【摘要】：在GB 16899—2011中，出现了安全回路、电气安全装置、安全开关、安全电路、电子安全等5个概念，准确理解这些概念，才能明确安全规范的要求。4）安全装置同时也可根据需要，由安全触点、安全电路、可编程安全相关系统组合而成，组合形式不限，根据实际安全功能进行设计即可。

在GB 16899—2011中，出现了安全回路、电气安全装置、安全开关、安全电路、电子安全等5个概念，准确理解这些概念，才能明确安全规范的要求。

1.安全回路

安全回路是由电气安全装置组成的部分电气安全系统。如图8-1-1所描述的电路。

图8-1-1的安全回路驱动一个中间继电器后，直接驱动控制电动机电源和工作制动器的接触器，确保安全装置动作后，不需要微机的干预，系统直接通过电路停机。

2.电气安全装置

电气安全装置是由安全触点和（或）安全电路和（或）可编程安全相关系统组成的部分回路。DCS（驱动链断链保护开关）就是典型的电气安全装置，是安全回路的一部分。电气安全装置的组成方式有以下几种：

1）由安全触点单独构成：最传统的方式，一般构成方式为机械装置+符合安全触点要求的安全开关。

2）由安全电路单独构成：一般构成方式由不带可编程器件的电子部件组成，由于与安全相关，需要根据规范要求进行故障分析，做到失效安全。

3）由可编程安全相关系统单独构成：由电子安全电路构成，电子安全电路主要由可编程电子部件（如CPU、FPGA）和其他电子部件构成，需要满足GB/T 20438和IEC 61508的要求。

4）安全装置同时也可根据需要，由安全触点、安全电路、可编程安全相关系统组合而成，组合形式不限，根据实际安全功能进行设计即可。

3.安全触点

在规范中，使用了安全触点的开关才能称之为安全开关，对安全触点有如下要求：

1）安全开关的动作应使其触点强制地机械断开，甚至两触点熔接在一起也应强制地机械断开。当所有触点断开元件处于断开位置时，且在有效行程内，动触点和驱动机构之间无弹性元件（例如：弹簧）施加作用力，触点获得强制地机械断开。一般的行程开关如果有“”的标志，都可满足肯定断开的要求。

2）在设计上应尽可能地减少由于部件故障而引起的短路危险。

3）如果安全开关保护外壳的防护等级不低于IP4X（GB 4208—2008外壳保护等级），则安全开关应能承受250V的额定绝缘电压。如果其外壳防护等级低于IP4X，则应能承受500V的额定绝缘电压。

安全开关应属于GB 14048.5—2008中规定的下列类别：AC-15，用于交流电路；DC-13，用于直流电路。

4）外壳防护等级低于IP4X时，其电气间隙应至少为3mm，爬电距离应至少为4mm。

断开后触点之间的距离应至少为4mm。

5）对于多个分断点的情况，断开后触点之间的距离应至少为2mm。

在上述的要求中，应特别注意第4）和第5）点的要求。因为即使是可满足断开要求的行程开关，也不一定可以满足第4）和第5）点的要求。

4.安全电路

安全电路是指用一些电子和电气部件组成的与安全相关的电路，安全电路与可编程电子安全的最大区别是安全电路并不带有可编程的电子器件，如CPU、CPLD、ROM、RAM等。在GB16899—2011中，对安全电路有如下要求：

1）以下任一故障均不应导致扶梯危险状态的产生：①无电压；②电压降低；③导线（体）中断；④电路的接地故障；⑤电气元件（例如：电阻器、电容器、晶体管、灯等）的短路或断路，参数值或功能改变；⑥接触器或继电器的可动触点不吸合或不完全吸合；⑦接触器或继电器的可动触点不断开；⑧触点不断开；⑨触点不闭合；⑩错相。

2）对于上述1）的故障有如下说明：

如果某一故障与第二个故障组合可能导致危险状态，那么最迟应在该故障元件参与的下一个操作程序时使自动扶梯停止运行。

在自动扶梯按照上述程序停止运行之前，第二个故障导致危险状态的可能性不予考虑。

如果在状态变化下不能检测出导致第一故障的元件失效，则应有适当的措施确保该故障被检测出，并最迟在自动扶梯重新启动时防止自动扶梯运行。

3）如果两个故障与第三个故障组合可能导致危险状态，那么最迟应在有该两个故障元件中任何一个参与的下一个操作程序时使自动扶梯停止运行。

在自动扶梯按照上述程序停止运行之前，第三故障导致危险状态的可能性不予考虑。

如果在状态变化下不能检测出导致前两个故障的元件失效，则应有适当的措施确保这些故障被检测出，并最迟在因某种原因重新启动时，防止自动扶梯运行。

安全电路的平均失效间隔工作时间（MTBF）应至少是2.5年。确定这个时间的依据是，假设每台自动扶梯在三个月内至少因某种原因重新启动一次，即经历一次状态的变化。

4）如果满足下列①或②的要求，多于三个故障的组合可以不予考虑，否则不允许中断失效分析，而应继续类似于第3）点的分析处理：

①安全电路至少由两个通道组成，并且它们的相同状态由一个控制电路监测。在自动扶梯重新启动前，自动检查控制电路是否正常。

②安全电路至少由三个通道组成，并且它们的相同状态由一个控制电路监测。

从上述安全电路的要求可以看出，如果电子或电气部件发生故障时，最好是能设计成即保护，从而使自动扶梯停止下来。否则的话，会导致很多的故障组合分析和一些没有考虑到的异常情况。但是，如果安全电路规模较大，对所有部件进行故障组合分析的难度会变得相当大，甚至难以进行分析，这也是引入电子安全的原因。