注塑机械的安全与保护

注塑机械具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品，被广泛应用于国防、机电、汽车、交通运输、建材、包装、农业、文教卫生及人们日常生活各个领域。注塑机械的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。一般注塑机包括注射装置、合模装置、液压系统和电气控制系统等部分。


任何一台机械都存在一定的危险。一台安全的机械，要求能够在其整个使用寿命之内，在执行其功能、安装、调试、维修和拆卸的过程中，不能对工作人员造成任何伤害。根据欧洲标准EN 954-1，注塑机械的安全等级要求为3级以上。其危险主要存在于合模区域、夹持机械装置区域、中子移动区域、顶针驱动机械装置、喷嘴区域、注塑单元区域、出料区域等，包括有机械危险、高压液体释放的危险、电气危险、热源导致的危险、气体&蒸汽&尘埃导致的危险等等。我们可以根据欧洲标准EN 1050和注塑机械标准EN 201，识别和评估以上危险和风险，然后采取适当的措施来减少其风险、隔离其危险，最终设计和制造出一台安全的注塑机械。
对于整台机器，可以根据欧洲标准EN 418安装紧急停止按钮，一旦当紧急停止按钮被触发，必须发出一个超越与其他所有信号的动作，切断马达和阀的电源，使机器安全的停止。
对于合模区域，模板的动作会对操作人员造成致命的伤害。我们必须加施安全防护装置，将危险与工作人员隔离，并且保证安全防护装置在被触发的情况下，机器必须安全的停止。根据欧洲标准EN 1088和EN 201，我们采用一个强制断开触点开关和一个非强制断开触点开关作为安全门的监控输入信号。当前门打开的时候，停止合模区域内的一切动作，包括切断控制合模、注射等阀的电源。当后门打开的时候，不仅仅合模区域内的动作需要被停止，马达的电源也必须被切断。顶盖防护门可以采用一个强制断开触点开关作为监控输入信号。当顶盖被打开的时候，停止合模区域内的一切动作。
同时，在安全门下部必须安装一个凸轮阀。当门打开的时候，使凸轮动作控制一个截止阀，用以断开液压回路。对于此凸轮阀，我们需要监控其工作状态。如果此截止阀出现故障，需要切断控制合模、注射等阀的电源。
对于注塑单元区域，我们必须增加注射防护门来降低该区域的风险。当注射防护门被打开的时候，切断控制注射、座进、出料的阀的电源。
根据不同的应用，还可以在注塑机械中使用模式转换开关、钥匙锁或使能按钮，用以控制特殊模式下的操作和动作――如开门后，依然可以接通部分阀、进行诸如开模、顶出等操作。
根据不同的规格的注塑机械，可以以拉杆距离来判断是否需要安装安全地毯。对于带有气动装置的自动安全门，可以根据EN 954-1的等级评估，考虑是否需要使用边沿开关，并且将信号接入安全系统，在安全门关闭的过程中，保护操作人员。
由于注塑机械的安全等级要求达到3级以上，所以以上安全输入和安全输出信号，必须经由一个可靠的系统进行控制，如安全继电器或安全PLC。如果我们将上述安全输入和安全输出信号由一个非安全的系统来控制，如普通PLC或工业PC，一旦这些系统中出现任何故障――譬如处理器工作不规则、输出短路、输入熔焊等等――都会导致安全保护装置的功能失效。而特殊的安全模块由于采用了冗余的结构，加之以可靠的电路结构和多样的检测电路，从而可以达到高安全等级的要求。
上述安全功能可以分别由单个安全继电器来控制，再将这些安全继电器的输出进行硬接线上的逻辑连接，最终控制相应的安全输出。但是，这样的一个解决方案会导致诸多的问题。首先，成本增加。为了达到高的安全等级，必须使用一个安全继电器控制一个安全功能。这样不仅使安全模块的隐含使用成本增加，而且接线成本和隐含设计成本也一同提升。其次，故障诊断困难。由于各个安全功能之间的逻辑关系使用硬接线来完成，在既要达到一定安全等级，又要兼顾逻辑功能的情况下，必然会使得诊断和维修变得异常困难。第三，扩展能力差。如果要在这个安全系统上增加额外的安全功能，接线的改动和安全模块的安装将会带来较多工作量。所以，单一安全继电器的解决方案并不适合于这个应用。


对于这样一种安全功能介于4至14个之间的应用，Pilz专门开发了模块化的安全继电器PNOZmulti用以控制诸多不同的安全功能。PNOZmulti 是一个多功能、可自由配置的模块化安全系统。与其他PNOZ安全继电器不同，PNOZmulti的安全电路可在个人电脑上使用图形配置工具轻松生成。PNOZmulti由一个PNOZ m0（1/2）p基础模块和若干个扩展模块组成。基础模块可单独使用，包括20个可连接急停按钮、安全门、双手控制器等所有安全功能的输入点；4个2A容量的半导体安全输出；2个继电器安全输出；一个辅助非安全输出以及4个测试脉冲输出。可以使用扩展模块来达到增加输入输出点、速度监视、现场总线连接的功能。通过基础模块上的RS232接口可以直接向PNOZmulti写入程序，或使用读卡器向SIM智能卡写入程序后插入PNOZmulti运行。
PNOZmulti有以下特点：
1.模块化的结构，使用灵活
PNOZmulti已经有了3个版本的基础模块，PNOZm0p、PNOZm1p和PNOZm2p。PNOZm0p不可扩展输入输出模块，但可以扩展通讯模块；PNOZm1p可以扩展输入输出模块和通讯模块；PNOZm2p是专为压机开发的基础模块。对于小型注塑机械，可以使用PNOZm0p进行安全功能的控制。对于中大型、特别是带有模式选择或者钥匙锁功能的注塑机械，则可以采用PNOZm1p加上输入输出扩展模块的结构进行控制。


2.可编程，操作简单易懂，无需特殊的编程知识
PNOZmulti 采用图形配置工具PNOZmulti Configurator 进行编程，从而达到多配置而少配线。PNOZmulti Configurator有多种语言版本，包括有中文，德语, 英语, 西班牙语, 法语, 意大利语, 日语。通过PNOZmutli Configurator，只需要使用鼠标拖拉，就可以迅速完成一个安全电路，缩短了设计和开发周期。每一个基础模块需要使用一块SIM卡，用于存放程序。可以通过两种方式将程序下载至基础模块。可以通过读卡器，将程序下载至SIM卡；可以通过串行电缆和基础模块上的RS232串口，将程序下载至基础模块。如需要进行功能扩展，则可以在程序内部进行更新，而无需硬接线上的繁琐更改。


3.强大的诊断功能
可以通过以下方式进行故障诊断：
a）每一输入输出点都带有LED指示灯
b）可以通过串行电缆和基础模块上的RS232串口，执行动态程序显示功能，用于故障诊断和设备调试
c）可以通过故障堆栈信息，迅速判断故障
d）可以通过诊断字，判断各个功能块的状态
e）可以与PMImicro Diag配合使用，通过人机界面，获得可视化的诊断信息

4.可控制普通标准功能
PNOZmulti可以控制普通标准功能。通过PNOZmi2p和PNOZmc1p，可以控制普通标准功能，诸如起动按钮、复位按钮，或进行状态信号输出；可以通过普通标准总线，如Profibus、DeviceNet、CANopen、CC-Link进行非安全状态信息的通讯。

所以，使用PNOZmulti就可以轻松的完成这不同规格的注塑机械的安全功能控制。设计人员只需要把输入和输出分别接入PNOZmulti，然后使用PNOZmulti Configutaor 来完成这些输入和输出之间的逻辑关系。这样，不仅缩短了设计人员的开发周期，同时也降低了成本。

Pilz 的安全产品在数控行业有着广泛的应用，如国内的海天集团，杭州泰瑞、宁波海太等知名注塑机械生产商。对于不同规格的注塑机械，Pilz都能够根据客户的不同要求，提供合理的、高性价比的解决方案。

在国内的注塑机械的制造领域中，安全防护措施往往被设计人员或最终用户所忽视。一些注塑机械，或采用不符合要求的安全系统、或不使用任何安全防护措施，虽然其价格低廉，功能完善，但是其根本称不上是一台合格的注塑机械。这样的设计和制造既不符合现代以人为本、安全第一的世界潮流，也不符合国家的有关标准和规范。如此往复，只能够使中国的制造业和自动化产业一直停滞在一个低附加值、生产加工型的世界工厂的尴尬境地。无论采用什么样的安全产品、进行什么样的安全防护，规范和标准是我们所必须关注的。期待不久的将来，国内的有关标准不再是表面性质的文件和规范，而成为设计人员和制造人员所必须要遵循的指令。这样，中国的制造业、自动化产业才能够逐渐屹立于世界的前列。