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《皮尔磁Pilz：2024防护锁定装置白皮书（35页）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《皮尔磁Pilz：2024防护锁定装置白皮书（35页）.pdf（35页珍藏版）》请在本站上搜索。 1、 防护锁定装置防护锁定装置 白皮书 2024年2月 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|2 of 35 免责声明免责声明 我们精心编译了本白皮书。其包含有关我们公司和产品的信息。所有详细信息均根据目前的技术水平并尽我们所知和所信提供。但是，我们对所提供信息的准确性和完整性不承担任何责任，除非出现重大过失，因为尽管我们非常谨慎，但错误永远无法完全避免。尤其应当注意，声明不具有保证或担保属性的法律特征。对于任何内容反馈，我们表示万分感激。版权所有版权所有 本出版物所有权利归Pilz GmbH&Co.KG所有。我们保留修改技术细节的权利。副本可供用户内2、部使用。所用产品、商品及技术名称均为相应公司商标。Pilz GmbH&Co.KG Felix-Wankel-Strae 2 73760 Ostfildern,Germany 2024 by Pilz GmbH&Co.KG,Ostfildern第1版 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|3 of 35 概览概览 防护锁定装置可用于生产设备和制造机械中的各种应用。为了将设备和机械的风险降至最低，它们通常是不可或缺的。这就是它们通常也被称为安全锁定装置的原因。市场上防护锁定装置的特性千差万别，并不是每种产品都适合某种应用。EN ISO 14119：203、13可帮助您选择防护锁定装置。EN ISO 14119：2013仅涉及基本术语和原则，本文将参考实际的防护锁定装置进行详细说明。描述基于不同的技术应用，以展示其实际应用。本白皮书不包括所有规范的全部内容。例如，EN ISO 14119:2013中的操纵保护未在本白皮书中详细阐述。因此，在设备的符合性声明等方面必须参考标准本身。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|4 of 35 目录目录 1.防护锁定安全功能和带防护锁定的联锁装置结构防护锁定安全功能和带防护锁定的联锁装置结构.5 1.1.联锁和防护锁定功能.5 1.2.与防护锁定装置联锁.6 1.4、2.1.机械联锁方式.7 1.2.2.RFID联锁方法.9 1.3.防护锁定装置.10 1.3.1.力和维护效益的安全系数.11 1.3.2.力.11 1.3.3.防护锁定的必要性.12 1.3.4.机电式防护装置.13 1.3.5.电子防护锁定装置.15 1.3.6.电磁防护锁定装置.17 1.4.防护锁定装置的控制.18 1.5.防护锁定装置的工作原理.18 1.6.防护锁定部分安全功能的局限性.20 1.7.闭锁.21 2.安全防护锁定、安全位置监控和过程防护之间的区别安全防护锁定、安全位置监控和过程防护之间的区别.22 2.1.安全防护锁定装置.22 2.2.安全监控防护锁定位置.255、 2.3.过程防护.26 2.4.安全防护锁定、防护锁定位置的安全监控和过程防护概述.27 2.5.摘要.28 3.挡板和无障碍门的安装注意事项挡板和无障碍门的安装注意事项.28 3.1.挡板负荷.28 3.2.防护门负荷.29 3.3.防止意外重启.30 3.4.辅助、紧急和逃生装置.30 3.4.1.紧急解锁装置.31 3.4.2.集成在执行器/把手的逃生装置.32 3.4.3.开关或遥控器上的逃生释放装置.33 4.总结和展望总结和展望.33 5.目录目录.34 5.1.数字列表.34 5.2.表格列表.35 6.文件文件.35 6.1.规范性参考.35 有关防护锁定设备的白皮书 2026、4-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|5 of 35 1.防护锁定安全功能和带防护锁定的联锁装置结构防护锁定安全功能和带防护锁定的联锁装置结构 防护锁定是设备和机械的一种安全功能，可以理解为传感器、逻辑和执行器技术的一个链条。图1：防护锁定安全功能 显而易见，“防护锁定”安全功能由多个连接的装置或设备组成。为避免误解，标准中使用了“带防护锁定的联锁装置”这一术语。在下面的信息中，该术语仅限于防护锁定，因此您可以从上下文中看出它涉及的是设备、安全功能还是安全功能的子系统。正如标准术语所示，防护锁定装置是联锁和防护锁定功能的一部分。下文将详细介绍不同的子功能及其技术原理。1.1.联锁7、和防护锁定功能联锁和防护锁定功能 联锁和防护锁定是两种不同的功能，应理解如下：联锁可防止危险机器功能在特定条件下运行。例如，这意味着如果防护门以及门上的联锁装置没有关闭，机器将不会重新启动。防护锁定装置的作用是将防护罩（如防护门）锁定在适当位置。防护锁定装置由机器控制系统激活和评估。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|6 of 35 简而言之，防护装置的功能如下：联锁装置检测防护门或挡板是否关闭。防护锁定装置将防护门或挡板锁定在关闭位置。这两种功能通常是一个装置的特征，但不一定是：例如，阀线圈可以执行防护锁定功能，而联锁则通过磁性安全开关来实现。8、即使在一个设备中同时具备这两种功能，联锁和防护装置锁定也会在防护装置锁定设备的方框图中分开显示：图2：联锁和防护罩锁定，以防护罩锁定装置PSEN mlm ba（左）和PSEN sl2-G（右）的方框图为例 您可以在图2中看到，这两个功能都影响输出12和22。但是，此设备中的输入和逻辑是不同的，因此必须将这两个功能视为相互独立。1.2.与防护锁定装置联锁与防护锁定装置联锁 机械触点或RFID应答器通常用于联锁。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|7 of 35 1.2.1.机械联锁方式机械联锁方式 这类联锁采用机电触点，通过单通道、机械、直接作用式9、控制元件进行操作。控制元件通过插入执行器移动，并在开关内保持锁定状态。因此，无需使用任何其他部件，包括在有振动的情况下，防护门都能保持在适当的位置。图3：以Pilz的PSEN me5为例，接触块和触点以及机械开关的控制元件 联锁和防护装置锁定都有不同的触点。这些也应分别进行评估。这样做的好处是机器可以在不同的速度模式下运行。例如，在低速运行模式下，只监控联锁触点，而在高速模式下，防护锁定也处于激活状态。不同的状态可通过发光按钮等方式向操作员发出信号。机械开关通常有一个连接器。由于安装区域狭窄，可能的连接点较多，因此必须集中安装。一些制造商还提供M12插入式连接器，以简化和加快连接速度，但通常价10、格较高。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|8 of 35 连接器的优势在串联时也会体现出来。在现场，开关可以串联，无需任何额外的接线辅助。不过，这里也应考虑到潜在的故障遮蔽问题。故障掩蔽是指通过操作串联的另一个开关元件，故障不会被检测出来，而是被隐藏起来，参见ISO/TR 24119:2015。图4：串联连接PSEN me5 执行机构的差异有时很大。简单的执行器是激光切割的金属部件，水平和垂直方向的公差非常小，仅为0.5mm。但执行机构可以是三维铸造的，也可以安装补偿环，甚至是弹簧安装件。图5：机械执行器的公差 机械联锁装置的编码级别通常较低。11、例如，如果开关安装在伸手可及的地方，而执行器又可以比较容易地挂在钥匙圈上，那么通过备用执行器进行操作的防护等级就会很低。执行机构上的锁定装置会使操纵变得更加容易。为了防止操纵，开关的安装可以隐藏起来。此外，根据GS-ET-19 E测试原则，不能使用简单的工具（例如两把螺丝刀）进行操作。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|9 of 35 机械联锁装置的优点 设计简单，成本效益高 可通过布线在现场进行简单的串联连接 抗EMC 触点可承受较宽的电压和电流范围，如24V、110V或230 VDC或VAC。24V时的极限热电流为几安培，通常为 2.5A。注12、：最小接触电流：由于评估装置的输入密度很高，因此需要使用最小电流来控制废热，并以节能的方式工作。在开关方面，机械触点的低电流是实现清洁闭合的一个挑战。由于机械触点在开关时可能会振动，因此可能需要输入滤波器，特别是在快速控制时。可能的故障屏蔽 可能的性能级别因单通道结构而受限 防操纵安全性低 通常公差很小。在门结构偏移较大的情况下，可能会发生损坏，从而失去安全性。易受污垢、灰尘和气体的影响 简单执行机构的伤害风险 无法确定一般的伤害风险，但由薄金属制成的磨损严重的执行机构可能存在伤害风险。1.2.2.RFID联锁方法联锁方法 电子防护锁定装置通常使用RFID进行联锁。这意味着开关中的电线圈会发射13、能量，而执行器中的电线圈会捕捉这些能量并发回包含信息的信号。通常使用125KHz RFID信号。13.56MHz RFID系统与125kHz系统相比，可实现更快、更全面的数据交换。不过，125kHz系统在不同的安装位置和装配材料下具有更强的开关特性。电子输入和输出以及用于联锁的RFID具有以下优点：无磨损 故障概率极低 可串联，同样用于联锁，最高达到PLe符合 EN ISO 13849-1:2015，串联时无故障遮蔽 传感器部分无部分运行-仅通过输入和输出以及接线错误实现部分运行 可实现极高的操作保护级别 可实现更高的机械偏移，在防护锁定装置上通常为+/-2.5mm 有关防护锁定设备的白皮书 14、2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|10 of 35 注：设计成本效益不高 长电缆和串联时会出现电压下降 EMC干扰可能会限制可用性 图6：执行器：带RFID执行器的偏移，电磁防护锁定 1.3.防护锁定装置防护锁定装置 防护锁定是联锁的另一项功能。防护锁定意味着开关可以将执行器保持在关闭位置。图7：机械防护锁定：榫舌、销钉、插入轴 除了以电子或电气方式工作的机械防护锁定装置外，还有电磁防护锁定装置。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|11 of 35 由于联锁和防护锁定是两种不同的功能，风险评估的结果将是两种不同的所需性能等15、级PLr。因此，应在防护锁定装置的详细信息中列出每种功能的不同安全相关值。不过，防护锁定只能在开关联锁时激活。这种情况被称为故障安全锁定：只有当推杆插入时才能保证防护罩锁闭，因此防护门实际上是锁闭的。目前广泛使用的防护装置锁定装置的技术设计基于内部磁铁。a)弹簧动作，锁止或释放插销。根据弹簧的设计和位置不同，可分为弹簧联锁/得电解锁/闭路电流原理或电磁联锁/得电锁定/开路电流原理。b)双稳态联锁装置可在两个末端位置保持锁定，因此被称为双稳态联锁装置。它还驱动一个锁销。因此，锁销是安全架构中的关键元素。电磁防护锁定装置是一个例外，磁铁本身才是关键因素。防护锁定装置的特征值 1.力F1max，防护16、锁定装置保持关闭的最大锁定力。2.力FzH是力F1max减去一个安全系数，该系数必须与防护门的设计相符。3.关闭防护门所需的驱动力 4.打开已闭锁（即已关闭但不再有防护锁定）的防护门所需的保持力。5.在故障发生前，仍能达到规定的防护锁定值的机械开关周期数。6.最小防护门半径 7.打开状态、关闭状态和状态变化时的电流要求 1.3.1.力和维护效益的安全系数力和维护效益的安全系数 根据EN ISO 14119:2013，安全系数至少应为1.3。某些防护锁定装置考虑的安全系数为2.0。在这种情况下，可以省略对开关功能的定期检查，以确保开关的外观和安装完好无损。1.3.2.力力 防护锁定装置的夹持力，17、包括杠杆和防护锁定产品的材料公差，其尺寸应确保一个人无法故意克服。可能会有很大的杠杆力，特别是在旋转门上。EN ISO 14119:2013 附件I提供了一个人可以施加的力的参考值：例如，单手垂直拉动700N，双手垂直拉动 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|12 of 35 1100N。规定的最大力为1400N。防护门把手的大小和位置以及人的支撑点在这里都起着作用。市场上的大多数防护锁定装置都采用单锁销操作，并根据EN ISO 13849-1:2015进行PLd和PLe评估，排除故障。如有必要，制造商必须在操作手册中列出限制条件。执行机构上RF18、ID标签的定位方式存在差异。如果RFID标签直接安装在锁销上，防护锁定装置一般可以安装得更紧密。在许多情况下，这样的设计随后可提供高度的操纵保护。只有当执行器实际处于目标位置，换句话说就是啮合，并且防护锁定装置实际保持防护门关闭时，防护锁定装置以及随之而来的输出信号开关装置（OSSD）才会激活。1.3.3.防护锁定的必要性防护锁定的必要性 EN ISO 14119:2013在第6.2.1条中规定了防护锁定的必要性（可理解为安全功能）：如果系统的整体停止性能大于进入时间，则需要安全防护锁定装置。图8：利用安全门上的防护锁定装置 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.19、KG,2024|13 of 35 T停止性能停止性能=T联锁装置联锁装置+T评估和驱动评估和驱动的停止时间的停止时间 1.3.3.1.安全门和挡板的停止性能和访问时间安全门和挡板的停止性能和访问时间 停止性能 EN ISO 13855：2010第5.1条定义了停止性能：计算了安全联锁装置、安全评估和驱动的反应时间。停止性能访问时间的公式 EN ISO 13855：2010第9条按照以下常用公式说明了防护门和挡板的进入时间：S=(K x T)+C，其中S为最小距离，K=1600 mm/s，C为附加安全距离，T为T停止性能。如果防护门的间隙尺寸小于4mm，则C为零。如果间隙尺寸较大，请参考EN I20、SO 13857:2019。此外，由于防护门和挡板可能会有很大的变化，因此T可能会因时间t3而延长。人体工程学原因在这里起着关键作用。例如，这些原因可能是：打开防护门时的强制动作、由于防护门或其手柄的尺寸或重量而导致的双手打开、由于锁定装置而产生的克服力。锁定装置的一个例子是PSENslock 2上的集成磁力锁定装置，必须克服30N、110N或200N的力。磁力以指数形式递减，在几毫米的距离后，磁力接近0N。打开防护门时锁定力的突然下降非常突然，操作员需要协调时间才能进入危险区域，参见第1.7节。1.3.4.机电式防护装置机电式防护装置 例如，这种防护装置的结构如下：图9：机电防护锁定装置PS21、EN me5内部视图 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|14 of 35 在线圈对弹簧的磁力作用下，控制元件发生移动。流经线圈的电流在2.5VA至8VA之间。线圈还针对不同的电压范围进行了优化，因此有不同版本的开关。例如，有24V版本和230V版本。图10：电磁防护锁定的方框图 机械防护锁定装置由简单的部件组成。为了实现安全功能，需要外部安全评估和控制。这就意味着这些部件都有一个B10D值。通常情况下，设备的操作手册会为联锁和防护装置的锁定设定相同的值。对于安全防护锁定和防护锁定位置安全监控的部分安全功能，正确地说，应通过锁定系统实现故障排除，22、使其无法自行进入释放状态，参见GS-ET-19 E，第5.6.1.1条。对于部分防护锁定功能，监控防护锁定的触点必须与锁定门闩的位置相匹配。为了正确计算防护锁定子系统，必须计算开关的相关B10D值。计算时要考虑接线、常见故障和环境影响等因素。因此，尽管排除了部分故障，制造商还是会说明B10D值。如上文第1.3节所述，必须检查是否已以机械方式实施故障闭合保护。否则，必须酌情通过控制器将其作为安全功能来实现。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|15 of 35 由于控制元件的单通道结构，机电式防护锁定装置所能达到的性能水平受到限制。在某些应用中，可通23、过前导门闩和末端止动装置排除故障。通过双通道评估和对应用的进一步考虑，可实现符合EN ISO 13849:2015标准的最高 PLd类别3。Pilz提供了相关应用说明，请参见参考文献。图11：由于前导门闩而排除故障 除了上述联锁的优缺点外，您还可以单独为防护锁定添加以下内容：优点 可进行230V控制 缺点 强烈的自发热可能导致受伤。开关表面温度明显可能达到50C 1.3.5.电子防护锁定装置电子防护锁定装置 在这种情况下，联锁和防护装置锁定在设计上是两个独立的系统。图12：黄色：RFID联锁/带光电的蓝色防护锁定装置，以PSENmlock为例 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz24、 GmbH&Co.KG,2024|16 of 35 联锁通常采用RFID技术。如上所示，使用了天线线圈和RFID标签。在这种情况下，RFID标签是黄色的。与机电开关不同，防护锁定是与联锁分开实施的。无论使用哪种标签，插销都能安全定位，并通过光电等进行安全监控。在电子设备中，RFID和防护锁定之间的逻辑连接由微控制器完成。由于结构复杂，根据EN ISO 13849-1:2015，对这些设备的性能等级和PFHD值进行了说明。图13：以PSENmlock为示例的安全相关特性数据声明 除了上述RFID联锁的优缺点外，您还可以单独为防护锁定装置添加以下内容：特别优势 根据EN ISO 13849-1:225、015，防护锁定可达PL e 双稳态防护锁定装置可实现低电流消耗和低表面温度 可实现最小尺寸 通过防护锁定信号的智能连接，可实现长串联连接 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|17 of 35 1.3.6.电磁防护锁定装置电磁防护锁定装置 使用电磁防护锁定装置时，联锁和防护罩锁定也是两个独立的系统。图14：PSENslock 2的示例，带用于防护锁定的电流回路和用于联锁的RFID传输 防护锁定通过电磁力实现。由于线圈和铁磁体需要一定的空间，因此与机械防护锁定相比，电磁力较小。例如，在PSENslock 2上，电磁防护锁定的F1max为2,000N26、，而在PSENmlock上则高达15,000N。在这种情况下，更重要的是正确评估所需的力，见图8。安全电磁防护锁需要进行循环检测。像非安全防护锁定装置那样进行一次检测是不够的。在检测过程中，需要对多个电流和电压参数进行监测和控制。特别优势-低磨损-最适合冲洗-机械坚固的防护锁定装置-所有方向的机械偏移量最大-最高机械冲击能量：机械止动-无突出活动部件（无舌片）缺点-粘附的污垢层会降低可用性-通常防护锁定原理只有得电锁定 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|18 of 35 1.4.防护锁定装置的控制防护锁定装置的控制 对于机械防护锁定装置，控制信27、号直接影响磁铁，从而激活或关闭防护锁定。这意味着控制信号必须是功率信号，即有较大的电流，一般100mA。电子防护锁定装置可将控制信号与流经锁定磁铁的电流隔离。换句话说，电子防护锁定装置大多只有一个控制信号，而所需的能量则来自电压电源。例如，您也可以使用静态电流控制信号和双稳态磁铁来启动和关闭防护锁定装置。控制信号的优点是评估设备的输出可以是低功耗的，因此成本较低。对于传感器制造商来说，功率信号的优势在于传感器尺寸更小，产生的热量更少。1.5.防护锁定装置的工作原理防护锁定装置的工作原理 大多数防护锁定装置都有一个双稳态或单稳态磁铁，用于激活和解除防护锁定。EN ISO 14119:2013第528、.7.1条要求输入能量以停用防护锁，见下表，规定的规范方法、双稳态磁铁和带静态电流控制的单稳态磁铁。不过，在某些应用中，必须保证能进入处于断电状态的设备和机械，以避免或控制损坏。例如，在一些工厂中，移动的货物极易燃烧，或工艺流程在高热或火灾情况下运行。在这种情况下，就需要选择具有工作电流控制功能的单稳态磁铁。显然，需要对每台机器进行风险分析，研究机器的各种状态和防护锁的行为：有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|19 of 35 磁铁类型磁铁类型 双稳态双稳态*单稳态单稳态 产品示例产品示例 PSENmlock PSENmlock mini PSE29、Nme5 PSENme5 M/PSENslock 2 规定的规范 应用 是 是 是 只有通过 风险分析 控制 脉冲 静态电流 静态电流 工作电流 防护锁定激活 可通过用户程序定义 检测到执行机构时 检测到执行机构时 操作命令后 解除防护锁定 操作命令后 电压下降 上次状态 关闭 打开 关机 选择，打开或关闭 关闭 打开 辅助释放 必要 可以 通过电源实施 风险分析断电状态 如有必要，可考虑 紧急释放 考虑打开安全门 更高的功率要求 仅在状态更改时 打开安全门 关闭安全门 0 V 机器运转 最后一个状态保持不变 关闭 关闭 打开 串联连接 更多设备 由于环形连接器而存在潜在限制 过程防护 仅在联30、锁时锁定/OSSD 可能 安全防护锁定 可能 安全监控防护锁 位置 可能 *双稳态是指防护锁在没有电源的情况下不能改变其激活或停用状态（制造商方面的故障排除）。表1：防护锁定装置的工作原理 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|20 of 35 这会产生多种时序图：图15：双稳态和单稳态防护锁定装置的时序图 您可以看到，在这两种版本中，当防护装置处于激活状态时，执行机构处于静止状态。防护门反弹时不会产生动态力。这些力会对开关造成很大的负荷；甚至EN ISO 14119:2013在第6.2.2条中也提到了这一点，请参见第1.3节。尤其是脉冲控制还有一31、个特点，即电压损失或控制器重启都不会导致防护锁定装置打开。这里的假设是，当控制器重新启动时，输出不会短暂切换为“高”，并与开启脉冲相对应。使用脉冲控制时，在串联连接中可能会出现保护锁闭装置不能同步启动或关闭防护锁定的问题。该问题可通过偏移两个控制信号上的脉冲来解决，例如参见PSEN ml sa类型。1.6.防护锁定部分安全功能的局限性防护锁定部分安全功能的局限性 市场上还有许多设备，其安全输出只对执行机构的存在做出反应，而与防护锁定是否激活无关。所以，我们不讨论安全防护锁定。因此，安全功能被简化为仅安全联锁。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|232、1 of 35 1.7.闭锁闭锁 闭锁装置不是防护锁定装置，因此并不代表风险最小化。但是，闭锁装置对于机器的顺利运行是必不可少的：几个防护门上的防护锁定装置被打开，但防护门不会立即弹开，因为它们仍处于锁定状态。机器操作人员可以在防护门旁边通行。这就解释了EN ISO 14120:2015第5.3.12和5.3.13条的要求，即无论是否使用防护锁定装置，防护门的打开必须是有意为之，关闭的防护门必须保持在原位。即使是在关闭防护门时，也应将防护门保持在正确的位置上，以便具体插入防护锁销。通过良好的闭锁装置，还能稳定地维持执行机构检测。闭锁装置可通过机械方式（例如弹簧）或磁力方式工作。它们的作用力通常33、在10N到200N之间；更大的作用力通常需要额外的电源。为尽量减少机器操作员的负担和体力，EN ISO 14120:2015条款 5.2.5.3对操作力的要求较低。另请参阅EN ISO 12100：2010.条款 该标准第6.2.8条规定，应考虑操作人员的体型、体力和姿势、动作幅度以及循环动作的频率。这就意味着，对于频繁使用、不符合人体工程学的条件和较高的保持力，其他锁定机制可能比护罩锁定更有意义：例如夹紧杆。图16：PSENslock 2的锁定力可调节为30Nm、110Nm或200Nm 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|22 of 35 2.34、安全防护锁定、安全位置监控和过程防护之间的安全防护锁定、安全位置监控和过程防护之间的区别区别 如前所述，防护锁定和联锁是两个不同的子功能。现在，我们将以不同的形式介绍用于人员保护的防护锁定功能：安全防护锁定与防护锁定位置的安全监控是不同的安全功能。此外，还有用于过程保护的防护锁定。安全防护锁定装置可以理解为一个执行器，即 a)由评估单元通过安全输出安全激活：防护装置锁定作为执行器。b)由评估单元通过安全输入进行安全评估：防护锁定和联锁作为传感器。在安全监控防护装置锁闭位置的情况下，该装置被理解为传感器，其作用是 a)由评估装置通过安全输入进行安全评估：防护装置锁定和联锁作为传感器。2.1.安全35、防护锁定装置安全防护锁定装置 EN ISO 14119:2013第8.4条规定，要将安全防护锁定装置作为一项整体安全功能来实施，还必须添加安全评估装置和解锁条件安全检测（如驱动器静止）：图17：安全防护锁定安全功能 无论防护锁定装置如何，安全评估装置都会控制驱动装置切换到安全状态。安全逻辑对此进行监控，例如通过计时器或直接信号交换。然后，安全逻辑通过安全输出控制防护锁定装置上的安全输入。防护锁定装置内的输入和内部处理也必须设计成与安全相关。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|23 of 35 这意味着，逻辑、输出或通往传感器的电缆芯线中的任何故障36、都将由评估装置进行处理。从传感器到安全逻辑的故障将由传感器的输出端（称为输出信号切换装置，简称OSSD）进行管理。安全防护锁定装置中的不同元件如下图所示：图18：安全功能：浅黄色虚线联锁，深黄色包括红色虚线的安全防护锁定，以PSEN mlm ba为例 安全防护锁定装置的实现与性能级别和技术无关。在应用中，安全防护锁定可作为机电、电磁和电子防护锁定装置的整体功能。安全防护锁定装置的控制、处理和评估的一种潜在实现方式如下所示。图19：以带有功能模块PSENmlock的PNOZmulti Configurator为例，在控制级实现安全防护锁定 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz Gm37、bH&Co.KG,2024|24 of 35 以传感器和逻辑为例，防护锁定和联锁的计算过程如下：图20：以PSENmlock和PNOZmulti为例，在2.0.8版Sistema的帮助下，提取并计算防护锁定和联锁的结果 可以看出，计算结果是不同的。防护锁定装置的两种功能都有不同的值。在安全评估装置页面，使用了不同的值，甚至不同的组件。这再次清楚地说明，必须区分联锁和防护锁定。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|25 of 35 2.2.安全监控防护锁定位置安全监控防护锁定位置 通过对防护锁定位置的安全监控，可以使用与安全无关的信号控制防护锁定。这38、意味着存在剩余风险：当故障和进入同时发生时，就会存在剩余风险！这一点尤其危险，因为系统故障可能发生：在这种情况下，没有强制性的、功能安全的故障响应。图21：安全监控防护锁定位置，理论示例 最初，这与防护锁定本身的实现方式无关。如果防护锁定装置的设计纯粹是为了安全监控防护锁定，则防护锁定的输入与安全无关，内部对防护锁定磁铁的控制也与安全无关。不过，对引脚位置的监控与安全有关，而 OSSD 对插销位置的反应也与安全有关。这些都必须由安全评估装置进行处理。在某些应用中，对防护锁定位置进行安全监控就足够了，参见第2.4节。对防护锁定位置的安全监控并不总是足够的：故障可能在这里零星发生或取决于状态，而这39、些故障对于操作员来说并不总是显而易见的。人们会寻找故障，从而打开防护门。如果危险运动尚未减慢，打开但未锁定的防护门将无法再保护操作员。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|26 of 35 2.3.过程防护过程防护 过程防护的相应方框图如下所示：图22：带有安全联锁和非安全防护锁定的过程防护，理论示例 过程防护锁定装置的目的是保护过程免受操作员的干扰。这意味着不能在任何时候进行干预，因为不受控制的停机意味着较长的调试时间，从而降低机器的可用性。因此，使用过程保护装置时，只有联锁才与安全有关。市场上有各种不同的防护装置，防护装置的锁定会影响或不会影响40、传感器的输出。从安全角度来看，两者并无区别：进入危险运动的时间必须大于机器达到安全状态/停止所需的时间。然而，对于机器运行而言，如果不再锁定防护门，但机器仍在继续运行并可对过程进行监控，这将是一个优势。这样，操作员就可以在必要时更快地干预过程，或让机器停止运行。由于I/O界面和外观看起来相似，有时很难区分“过程防护锁定”和“防护锁定位置的安全监控”。因此，检查预期用途及其相应的安全功能非常重要。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|27 of 35 2.4.安全防护锁定、防护锁定位置的安全监控和过程防护概述安全防护锁定、防护锁定位置的安全监控和过程41、防护概述 安全防护锁定安全防护锁定 安全监控防护安全监控防护 锁定位置锁定位置 过程防护过程防护 产品示例产品示例 PSENmlock,PSEN sl 2-G,PSENmlock mini,PSEN me5 *,PSEN sl 2-D 安全安全 相关控制相关控制 强制 可能 可能 故障管理故障管理 符合性能级别 a)与安全无关的控制可能导致错误控制。b)由于内部传感器错误，防护装置在错误的时间打开。c)即通过轮询防护锁定装置，防止在保护锁故障时启动机器。a)在非安全控制情况下可能出现错误控制。b)由于内部传感器错误，防护装置在错误的时间打开。c)OSSD不对防护装置的状态做出反应 d)即机器仍42、可以启动，当防护锁定装置出现故障时可能发生。典型应用典型应用 进入危险区域，在该区域内，危险运动无法立即显现和控制，或者动力系统需要更长时间*才能停止。进入危险区域。危险不在防护门正后方，但可以看到，动力总成可以立即停止*。动力系统可以在很短的时间内停止*。示例示例 *这与进入危险区域的时间和距离有关，必须单独确定。*参见注释1 EN ISO 14119:2013第8.4条*能够安全防护锁定的产品也可用于安全监控锁定位置和过程防护 表2：不同形式的防护锁装置的应用差异 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|28 of 35 2.5.摘要摘要 这意味43、着，在停机时间较长的设备上，只能使用左侧列的人员保护方式。3.挡板和无障碍门的安装注意事项挡板和无障碍门的安装注意事项 EN ISO 14120:2015描述了此类防护装置设计和构造的一般要求。典型的可移动防护装置是挡板和全身进入门。它们通过 安全防护锁定装置保护人体免受危险。这类用于降低风险的装置必须不区分性能级别或安全完整性级别。不过，在选择、安装和附加必要设备方面存在差异。挡板挡板 可移动的安全门可移动的安全门 门的高度 通常：2575cm 通常：230 cm 摆动门的门/挡板半径 通常：10100cm 通常：60150cm(滑动防护门会很 明显)旋转门上的偏移 通常：每次闭合过程中+/44、-1mm 通常：在使用寿命内的+/-2mm磨损 重量 较轻，例如50kg 防止 意外重启 通常不需要 强制，机械或电气 逃脱释放 通常不需要 待提供 集成按钮 可能安装在滑动挡板上 经常安装在旋转门和滑动门上 安全门 末端止动 单独，或在开关的技术细节中注明数值 表3：挡板和可移动的安全门 3.1.挡板负荷挡板负荷 由于重量较轻，单手就能很好地控制较小的挡板。铰链较小，根据操作者的人体工程学姿势，在不同的关闭过程中，偏移量会有所不同。因此，必须注意因铰链磨损或固定螺钉松动造成的偏移：如果偏移量大于防护罩锁定装置技术细节中规定的偏移量，则开关的操作超出了规范要求。有关防护锁定设备的白皮书 20245、4-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|29 of 35 较小的防护门半径是一个特殊的挑战。如果执行机构找不到插入轴，则执行机构，甚至开关都可能因此而损坏。角适配器和定心环角适配器和定心环 开放式插入轴开放式插入轴 角度适配器：通过较小的挡板半径或较大的开关和铰链平行偏移，优化插入角度 铰链 定心环：在防护门半径较小的情况下，限制偏移量，以到达插入轴 这种开放式设计可以在一个层面上实现非常小的半径。表4：小栅极半径解决方案示例 3.2.防护门负荷防护门负荷 与挡板相比，防护门通常具有更大的自由摆动质量和更大的尺寸。换句话说，操作人员一般无法直接影响偏移量，而且他们吸收防护门在机械末46、端停止处反弹的能力也受到限制。在这种情况下，得电锁定和双稳态控制的优点是，防护罩锁定装置仅在静止位置关闭，而静止位置的力可对防护锁定装置 产生影响。可偏置弹性执行器：执行器保持在偏移位置，几乎不会缩回到中心位置。图23：大型防护门解决方案的公差补偿示例 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|30 of 35 3.3.防止意外重启防止意外重启 通过雷达或扫描仪进行额外通过雷达或扫描仪进行额外的危险区域监控的危险区域监控 执行机构上的机械锁执行机构上的机械锁 开关上的机械锁开关上的机械锁 机械或机械或电子钥匙电子钥匙 无论开关是否启用，都需要等待雷达的47、启用，例如，在机器重新启动之前 锁定阻止了执行机构的插入，而开关不提供安全使能 锁定阻止了作动器的检测，开关不提供安全使能 无论开关是否启用，都需要等待钥匙的使能 一个门解决方案 单门解决方案 单门解决方案 机械：1个防护门解决方案 电气：1个防护门解决方案 设备熔断保护 管理控制 管理控制 设备熔断器保护和 管理控制 表5：防止意外重新启动的选项 如果操作人员进入危险区域，则必须保护自己，防止机器在他们仍处于危险区域时再次开始移动，尤其是在危险区域内没有可见度的地方。请注意:仅有上述选项中的一个通常是不够的。尤其是关键选项，例如，需要带警告信号的延迟启动。通常必须假定工作阶段出现错误。3.448、.辅助、紧急和逃生装置辅助、紧急和逃生装置 在意外重启保护失效的背景下，风险分析经常显示，无障碍防护门必须配备逃生释放装置。这样操作人员就可以通过手动操作离开危险区域。除了逃生释放外，辅助释放和紧急解锁装置也可作为防护锁定装置上的附加解锁选件提供。一般来说，所有带有双稳态磁铁或单稳态磁铁、带电源解锁控制的防护锁定装置都带有辅助释放装置。有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|31 of 35 如果在紧急情况下需要从外部进入，这些防护锁定装置也必须具有紧急释放装置。3.4.1.紧急解锁装置紧急解锁装置 紧急解锁装置可以通过工具、人工干预或在控制层面进行49、复位。应防止滥用紧急解锁装置作为快速进入装置的手段。通过工具复位的紧急解锁装置 通过手动复位和手动干预进行紧急解锁 通过手动复位和在控制层面取消紧急解锁。可视化显示 表6：实施紧急解锁装置 请注意:标准EN ISO 14119：2013仅要求防止正常的持续操作。因此，仍然可以访问各种机器功能，只是不能正常继续运行。市场上有一些防护锁定装置在电子复位方面表现不同。一般来说，只有带电复位的装置才可用于紧急解锁，以防止正常的持续操作。带有自动复位功能的门锁装置没有 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|32 of 35 紧急解锁装置，只能配备辅助和逃生装50、置。3.4.2.集成在执行器集成在执行器/把手的逃生装置把手的逃生装置 特别是对于无障碍门，逃生释放装置可以直接集成在执行机构或把手单元中。这样做的好处是不需要在门框上另开孔，也不需要在门框上开辟额外的通道空间。对于非常轻的防护门，应考虑把手重量超过1kg。由于把手只能单手操作，不能起到杠杆作用，因此握力较小也是可以接受的。这就是为什么市场上的大多数设备都远高于EN ISO 14119:2013表I.1所要求的700N静态最小力。图24：集成在执手中的逃生释放装置，以PSENmlock门执手模块（红色把手）为例 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,202451、|33 of 35 3.4.3.开关或遥控器上的逃生释放装置开关或遥控器上的逃生释放装置 开关上的逃生释放比手柄中的集成逃生释放便宜得多。此外，如果开关的安装高度超过1.7 米，则不能选择把手，参见IEC 60204-1:2016。为满足EN ISO 14119:2013第5.7.5.2条中提到的操作简便性要求，逃生释放装置必须可以远距离操作。在这种情况下，大多数制造商都提供通过机械电缆或电线与开关连接的逃生释放装置。4.总结和展望总结和展望 为了按照标准实施防护锁定装置，有许多方面需要考虑。可能的解决方案很多，各有利弊。本白皮书解释了防护锁定装置的特点和属性，以便更好地理解规范要求，并在实践52、中正确选择和应用防护锁定装置。标准的新版本和技术的发展需要本白皮书的进一步修订，以便与时俱进。ISO 14119将有新版本：2024 年，ISO/FDIS 14119:2024将出版，其中包括ISO/TR 24119:2015中的串联主题，例如 图25：逃生释放装置，以PSENmlock上的远程逃生释放装置为例 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|34 of 35 5.目录目录 5.1.数字列表数字列表 图1：防护锁安全功能.5 图2：联锁和防护锁定，以防护锁定装置PSEN mlm ba（左）和PSEN sl2-G（右）的方框图为例.6 图3：触53、点块和触点，以及机械开关的控制元件，以Pilz的PSEN me5为例.7 图4：串联PSEN me5.8 图5：机械执行器的公差.8 图6：执行机构：带RFID执行器的偏移，电磁防护锁定.10 图7：机械防护锁定：舌板、销、插入轴.10 图8：利用防护门上防护锁定装置.12 图9：机电式防护装置PSEN me5内部视图.13 图10：电磁防护装置方框图.14 图11：前导门闩导致的故障排除.15 图12：黄色：以PSENmlock为例的RFID联锁/蓝色防护光栅锁定装置.15 图13：安全相关特性数据报表，以PSENmlock为例.16 图14：PSENslock 2的示例，电流回路用于防护锁54、定，RFID传输用于联锁.17 图15：双稳态和单稳态保护锁定装置的时序图.20 图16：可调节锁定力为30Nm、110Nm或200Nm的PSENslock 2.21 图17：安全防护锁定安全功能.22 图18：安全功能：以PSEN mlm ba为例，浅黄色虚线联锁，深黄色包括红色虚线安全防护锁定.23 图19：以以带有功能模块PSENmlock的PNOZmulti Configurator为例，在控制层实现安全防护锁定.23 图20：以PSENmlock和PNOZmulti为例，在2.0.8版Sistema的帮助下提取、计算防护锁定和联锁.24 图21：安全监测防护装置锁定位置，理论示例.255、5 图22：带有安全联锁和非安全防护锁定的过程防护，理论示例.26 图23：大型防护门解决方案的公差补偿示例.29 图24：集成在把手的逃生释放装置，以PSENmlock门把手模块（红色把手）为例.32 有关防护锁定设备的白皮书 2024-02|Pilz GmbH&Co.KG,2024|35 of 35 5.2.表格列表表格列表 表1：防护锁定装置的工作原理.19 表2：各种形式防护锁定装置的应用区别.27 表3：挡板和无障碍防护门.28 表4：小半径防护门解决方案举例.29 表5：防止意外重新启动的备选方案.30 表6：紧急解锁装置的实施.31 6.文件文件 6.1.规范性参考规范性参考 使56、用了以下标准和应用说明：编号编号 描述描述 1 EN ISO 13849:2015 2 EN ISO 14119:2013 3 EN ISO 13855:2010 4 EN ISO 13857:2019 5 EN ISO 14120:2015 6 EN ISO 12100:2010 7 ISO/TR 24119:2015 8 GS-19 E 9 https:/ 10 ISO/FDIS 14119:2023 11 EN IEC 60204-1:2016 我们在世界各地均设立了办事处。欲了解更多信息，请访问我们的网站 或联系我们的总部。总部：Pilz GmbH&Co.KG,Felix-Wankel-Strae 2,73760 德国奥斯菲尔登 电话：+49 711 3409-0，传真：+49 711 3409-133，电子邮件：infopilz.de,Internet:
