在現代工業生產中,最危險、最需要采取保護措施的部位,即對工件進行加工的部位安裝防護門作為操作人員與加工工件之間的通道,但如何使防護門起到安全保護作用,成為安全門,就顯得尤為重要。
對于防護門不同的開關方式,可以通過安裝不同類型的安全開關來實現安全保護功能。由于機床的危險程度比較高,因此所需的安全保護等級也相應比較高,為此可通過將安全開關與各種安全監控器配合使用,來實現較高的安全保護目的。安全開關主要分為安全門開關和安全限位開關。但在有些危險場所,則需設置安全光幕。
一安全門開關
1. 安全門開關的功能
安全門開關主要安裝在具有人身傷害危險性的機床、機器設備的防護門(或者蓋板)上;使用安全門開關必須實現以下功能:
(1)隔離原則(人與機器空間上的分離原則):在機器的危險運動停止之前,門被鎖住,工作人員無法進入危險區域;其他危險因素被排除之前,門被鎖住,工作人員無法進入危險區域;防護門關閉前和危險源被隔離前不可開機。
(2)停止原則(時間上分離原則):關閉可移動的防護門都不會直接啟動機器設備的危險動作;機器運轉中打開防護門就要停機。
2. 安全門開關安全功能的實現
從結構上看,非安全開關通過彈簧施加的力來斷開觸點,而安全門開關通過剛性操動桿施加的力來斷開觸點。觸點熔接和彈簧失效的情況下,本來應該斷開的觸點卻無法斷開,此時就無法確保安全。而安全門的剛性操動桿,在此時可以強行斷開觸點,從而確保安全。因此,在實踐上往往在安全開關上印上經過認證的"→"箭頭標記如圖1所示。

通過比較安全門開關和非安全開關可以看出,安全門開關不僅通過對防護門開閉和鎖定進行檢測來實現安全功能,同時,帶有NC接點的開關與剛性機械結構聯動,這使之具有肯定斷開接點的功能,即使接點熔接也能斷開,從而,通過其安全功能保證人身不受到機器設備的傷害。
3. 安全門開關的國際標準
國際標準是IEC60947-5-1。其有關低壓開關和控制裝置的一般規則中有一部分規定:"……肯定斷開保證在常閉觸點熔接時,它們可被開關的正常操作分開,即壓下心桿,取出鑰匙,旋轉杠桿,或拉動繩索。換言之,即使在發生電路故障后,仍然保證開路。"
4. 安全門開關的分類
一般情況下,安全門開關分為機械鎖定型和電磁鎖定型安全門開關,這兩種開關都具有絕緣塑料外殼和金屬外殼兩個系列,選擇何種系列取決于它們所處的環境條件,這些條件包括:機械負載、溫度、化學影響等。經驗表明,金屬外殼系列比絕緣塑料外殼系列更能承受惡劣的條件,但是,在通常的工業應用條件下,絕緣塑料外殼系列能更好地發揮作用,例如,在各種機床、工業機器人、印刷機械、造紙機械、包裝機械等行業。
安全電磁開關鎖有下述兩種工作方式,無論選用何種工作方式的安全電磁開關鎖,都必須考慮到在鎖定狀況下可能承受的最大拉力。
(1)彈簧力鎖定工作方式的安全電磁開關,通過內部的彈簧力來進行鎖定,通過內部的電磁線圈通電產生的電磁力來進行解鎖,如果電磁線圈沒有通電,則可移動的防護門將始終保持鎖定狀態。在這種形式的電磁開關鎖中,內部的彈簧為安全型的彈簧,其彈簧線圈之間的間隙比彈簧鋼絲的直徑還要小,這樣可避免彈簧損壞,確保彈簧可實現安全的鎖定功能。
(2)電磁開關鎖的另一種工作方式是通過電磁力鎖定。當開關內部的電磁線圈通電后產生電磁力,這個電磁力克服彈簧的彈力之后將操動件鎖定,而當電磁線圈斷電之后,彈簧將恢復原狀,從而將操動件解鎖。
在EN 1088:1996標準中明確指出,通過彈簧力鎖定的電磁開關鎖可被當作安全開關用來保護人身安全;而通過電磁力鎖定的電磁開關鎖只能應用于少數情況,在這些情況中,機器設備經過分析后確認不會對人身安全造成傷害,但卻需要對機器設備本身或材料的加工過程進行保護。原因顯而易見,在使用通過電磁力鎖定的電磁開關鎖時,一旦因為外部線路的問題使得電磁線圈無法通電,則無法鎖定操動件,從而使可移動的防護門能輕易被打開,電磁開關鎖失去了安全鎖定的功能。
歐姆龍的安全門開關(有D4NS常規安全門開關,D4GS-N纖細型安全門開關,D4BS安全門開關,D4GL小型電磁鎖定安全門開關,D4JL電磁鎖定安全門開關,D4NL小型電磁鎖定安全門開關,D4BL電磁鎖定安全門開關,D4NH小型安全鉸鏈門開關,D40B小型非接觸式門開關)都可以滿足上述要求或者規定。
5. 安全門開關的特點
安全門開關由相互獨立的兩部分組成:開關本體和開關操動件。當安全防護門打開時,開關操動件被從開關本體中拉出,此時開關內的常閉觸點會通過一個機械反彈裝置斷開。當安全防護門閉合時,開關操動件插入開關本體內,此時常閉觸點閉合,這樣機器設備的驅動或控制系統才能通電工作。在任何情況下,具有單獨分離式操動件的安全保護開關,都不允許用作機械停止開關。
對于安全門開關,它是一種除了使用專用裝置(鑰匙等)以外,使用鑰匙、硬幣、螺絲刀、扁嘴鉗、刀等常用工具無法輕易操作的開關,這樣就可避免誤操作或惡意操作帶來安全方面的問題。
6. 安全門開關的應用
以D4JL電磁鎖定型安全開關為例。在設備正常運轉狀態下,電磁開關置ON,防護門被鎖定型開關鎖定,操作人員即使使用鑰匙插入也無法打開防護門進入危險區域,所以可確保安全。(D4JL,鎖定力3000N)。只有電磁開關置OFF,同時插入鑰匙,才可以打開門,此時,里面的設備停止運轉。員工如果此時進入危險區域進行設備檢修或者維護,即使關上門,進入者帶上鑰匙的情況下,電磁開關仍然置OFF,所以門還是沒有鎖定。如果此時電磁開關偶然置ON,門被鎖定的情況下,還可以通過特殊的背面釋放鑰匙解鎖,從而避免受到機械傷害而確保安全。

二安全限位開關
1. 安全限位開關功能
廣泛應用于扶梯、塑機、立庫、印刷、包裝等行業的安全限位開關是指當開關操動部件操動到動作位置時,開關的常閉觸頭肯定斷開,具有安全功能。對此類開關,IEC和歐洲都有相應的要求和標準,并用符號表示(如:國際電工,德國)。使用安全限位開關可避免普通開關的誤動作及故障,保證當開關被操動到常閉觸頭斷開位置時,常閉觸頭斷開,使設備的工作電源斷開,防止故障和事故的發生。