0    引言

        立式注塑机应用越来越广泛的同时，安全生产成为一个必不可少的重要因素。这既对操作人员有要求，对立式注塑机的硬件指标也是一个考验。在要求生产效率的同时，安全生产越来越引起人们的重视。

1    安全标准

        GB22530-2008《橡胶塑料注射成型机安全要求》对立式注塑机的安全生产有比较详细的规定。

        模具区域的机器危险有以下几方面：

        (1)合模造成的危险：操作侧用Ⅲ型保护装置防止人体进入模具区域时合模产生的危险。如有必要，可采用固定防护装置进行预防并且固定防护装置不需要与Ⅲ型保护装置互锁。

        (2)无法启动机器循环的防护装置，用于保护人体不能进入模具区域或模具区域与防护装置之间，可以使用有两个位置开关的互锁防护装置，替代Ⅲ型保护装置。

        当活动防护装置打开时，两个位置开关应切断合模动作的主驱动，并关闭合模动作的储能器。

        为了达到上述要求，应使用电气-机械构成的硬件电路。当活动防护装置回到关闭位置时，应在操作侧对无法启动的循环进行手动复位。

        (3)模具区域机械运动造成的危险

        上述两点中指定的防护装置也用来防止其他运动可能造成的危险。对于这些运动，防护装置应起到Ⅱ型保护装置的作用。

        当防护装置打开时：

        循环中断，如果能防止熔料溢出并且喷嘴的接触力不会引起危险时，塑化可以继续进行；

        停止螺杆及柱塞向前的动作；

        停止注射座台向前的动作；

        橡胶注射成型机必须停止顶出或抽芯及其驱动机构的危险动作。

        当模具区域的防护装置打开时，注射成型机可以安装锁定开关，以便能够手动控制顶出和抽芯运动。使用手动操纵装置，利用双手操纵装置或者使用有限运动控制装置，并符合相应要求(制造商应声明，如果模具、抽芯、顶出及其驱动机构设计成不能进入挤压或剪切区域，那么操纵人员只允许使用这个开关)。

2    现有控制方案及不足之处

        基于GB22530-2008对立式注塑机的安全生产以上安全条款，对安全电路的设计有了更严格的要求。这些安全隐患可以通过PLC软件和电气线路得以完善，在I/O模块上加入这一系列的保护就是更加直观和保险的措施。

        现有做法是在I/O模块和设备之间接入安全继电器，借助外加电器元件保证安全操作。即在设备信号进入I/O模块之前，过滤掉一些安全隐患，起到双重保险的作用。主要目标在于保护暴露于不同等级危险性的机械操作人员。

        这里提到的安全继电器是由数个继电器与电路组合而成，为的是能互补彼此的异常缺陷，达到正确且低误动作的继电器完整功能，使其失误和失效值愈低，安全因素则愈高，因此需设计出多种安全继电器以保护不同等级机械。所谓“安全继电器”并不是“没有故障的继电器”，而是发生故障时做出有规则的动作，它具有强制导向接点结构，万一发生接点熔结现象时也能确保安全，这一点同一般继电器完全不同。

        当紧急停止解除时，机器不能出现突然再启动。万一机器安全电路发生故障时，可以停止机器动力电源。安全电路发生故障时，机器不能再启动。怎样才能做到安全电路呢？是否双重电路就可以了？

        双重化是必要的，但是除此之外，必须具备如下几个条件：双重化电路的互相检查；确认所有安全电路已经断开一次；必要时由作业者操作便可以启动等条件。从另一个角度来说，输入的开关接线短路或电线外皮破损而引起的接地时，必须预防因此而引起的机器突然启动。

3    需求分析

        需求1：前安全门、前安全门限和复位信号1有效，上位机才可以控制调模前进、锁模前进、射台前进、射胶、熔胶5个信号的输出，否则5个信号禁止输出。

        如果复位信号1先有效，前安全门和前安全门限信号后有效，也禁止对调模前进、锁模前进、射台前进、射胶、熔胶5个信号的输出。

        需求2：后安全门、后安全门限和复位信号1对应的DI有效，上位机才可以控制电机启动信号(继电器MST输出)，否则禁止MST信号输出。

        如果复位信号1先有效，后安全门和后安全门限位信号后有效，也禁止电机启动信号的输出。

        需求3：急停信号和复位信号2对应的2个DI输入有效，上位机才可以控制电机启动信号(继电器MST输出)，否则禁止MST信号输出。

        如果复位信号2先有效，急停信号后有效，也禁止电机启动信号的输出。

        需求4：安全踏板信号和复位信号2对应的2个DI输入有效，上位机才可以控制电机启动信号(继电器MST输出)，否则禁止MST信号输出。

        如果复位信号2先有效，安全踏板信号后有效，也禁止电机启动信号的输出。

4    解决方案

        因为前安全门、后安全门、急停、安全踏板的安全防护等级不同，且每个故障发生时所要限制的动作不同，所以这四个功能的限制要经过四个安全继电器的信号确认。

        运用在立式注塑机上的安全保护有前安全门、后安全门、急停开关、安全踏板等。具体措施如下。

        当前安全门信号与前安全门限信号先有效，复位信号1后有效时，才可以允许控制器对调模前进信号、锁模前进信号、射台前进信号、射胶信号以及熔胶信号输出，否则禁止。当后安全门信号、后安全门限信号、急停信号、安全踏板信号先有效，复位信号1与复位信号2后有效，才能允许控制器对电机启动信号输出，否则禁止。

        当前安全门信号或前安全门限信号发生异常时，立刻停止控制器对调模前进信号、锁模前进信号、射台前进信号、射胶信号以及熔胶信号输出，异常处理完毕后，需按复位按钮1，才可以允许控制器对调模前进信号、锁模前进信号、射台前进信号、射胶信号以及熔胶信号输出。当后安全门信号、后安全门限信号、急停信号、安全踏板信号任意一个发生异常时，立刻停止控制器对电机启动信号输出，异常处理完毕后，需按复位按钮1、复位按钮2，控制器才能对电机启动信号输出。

        以上电路的改进已符合安全生产的标准。但在实际运用中却有一些弊端：接线复杂，每台立式注塑机都要在线路上重新设计；成本较高，市面上安全继电器价格从几百到上千不等，且一台机器需增加4个安全模块；通用性不强，每款控制器配套的I/O板不同，最终接收的信号还是由I/O模块传递给PLC。

5    研发思路

        (1)控制方案简述

        针对现有电路设计的缺陷。把安全继电器模块的功能实现在I/O板达到控制效果。

        在现有的I/O板上。加入了复位信号1、复位信号2这两路DI，结合已有的前安全门信号、前安全门限信号、后安全门信号、后安全门限信号、急停信号、安全踏板信号这六路DI，构成了安全继电器模块功能的输入。

        (2)控制流程介绍

        系统上电瞬间，会把两块逻辑处理电路的输出——控制信号1、控制信号2清零，从而关断开关管TR1和开关管TR2，防止系统误动作。

        正常启动系统时，前安全门开关和前安全门限开有效、后安全门开关和后安全门限开关有效、急停开关闭合、安全踏板开关闭合，此时分别按下复位按钮1、复位按钮2，这8路信号同时被送入逻辑处理电路，由于各路信号都正常，开关管TR1导通，开关管TR2导通。允许控制器对调模前进信号、锁模前进信号、射台前进信号、射胶信号以及熔胶信号输出，允许控制器对电机启动信号输出。

        当前安全门开关、前安全门限开关任意一个无效时，逻辑门立刻使开关管TR1关断，禁止控制器对调模前进信号、锁模前进信号、射台前进信号、射胶信号以及熔胶信号输出，同时相应的触发器被清零。当外部异常处理完毕，即前安全门和前安全门限开关处于关门的正常模式，此时，必须按下复位按钮1，才允许控制器对调模前进信号、锁模前进信号、射台前进信号、射胶信号以及熔胶信号输出。

        同样的，当后安全门开关、后安全门限开关、急停开关、安全踏板开关中任意一个处于异常状态时，逻辑门立刻使开关管TR2断开，禁止控制器对电机启动信号输出从而停止电机工作，同时相应的触发器被清零。当外部异常处理完毕，即后安全门开关和后安全门限开关处于关门的正常状态，急停开关闭合，安全踏板开关闭合，此时，必须分别按下复位开关1、复位开关2，才允许控制器对电机启动信号输出。

6    结论

        市面上运用于立式注塑机的控制器种类繁多，因各款控制器的编程语言不同，对I/O模块的信号有不尽相同的处理方式。因软件系统的不稳定照成的安全事故不可避免，所以在I/O模块上优化这个安全模块的电路，就比较经济实惠地起到了双重保险的作用。