机械制造系统运行过程中存在着一定的安全风险，为了保护工作人员生命安全，有必要进一步研究机械制造安全控制系统，避免机械故障和意外事故造成的人身伤害。设计机械制造系统的安全控制系统时，需要从设备生产和安全控制两方面着眼，综合优化设计方案，在提高机械制造系统安全性的同时，加快机械制造效率。
1 机械制造安全控制系统
1.1 概述
安全控制系统是机械制造设备运行和操作流程中，针对机械设备与操作人员的安全保障装置与措施，机械制造系统设备工作过程中，当因为设备自身故障和人为因素出现意外时，安全控制系统应该能够快速响应，控制机械制造设备，做出有效应对，保护设备与操作者安全。例如生产线上的紧急按钮，当生产线设备故障或者人为操作失误时，安全控制系统能够快速响应，及时停止生产线，避免造成人身伤害，同时保护其他设备装置，是机械制造系统中非常重要的组成部分。
1.2 系统组成
机械制造系统安全控制系统形成了一个完整的逻辑链条，大概可以划分为输出、逻辑、输出三个方面。输出层主要以监测机械制造生产线上各种设备运行状态的传感器为主，为逻辑层提供决策依据。控制器则根据输入侧提供的各种设备运行参数判断故障类型和严重程度，同时在短时间内给出决策控制方案，输出侧则以安全控制系统中的触发装置为主。为了提高安全控制系统的可靠性，提高控制力，现代机械制造安全控制系统主要使用PLC、继电器、现场标准总线、智能化传感器和智能化设备等逻辑与功能都相对完善的控制元件组成安全控制系统，满足安全性能需求。
1.3 安全控制故障
安全系统误操作反而有可能造成安全事故。虽然安全控制系统能够准确控制机械制造设备，但是安全系统自身也存在着故障，传感器误动作、控制器失误、触发装置故障等都有可能造成安全系统误操作，导致生产线意外停止。如果安全控制问题处理不当，就有可能给系统留下安全隐患，常见的安全控制故障有：输入输出设备故障、处理器不规则、输出设备故障、线路故障等，在设计和布置安全控制系统时要注意规避这些安全控制故障，消除安全控制隐患，保证安全控制系统的可靠性，保障工作人员人身安全。
2 机械制造安全控制系统逻辑控制设备
逻辑控制设备是机械制造安全控制系统的大脑，是安全控制系统的核心组成，负责输入端传感器数据的接收、逻辑分析以及控制指令的输出，在现代化机械制造控制系统中，逻辑控制设备主要有安全继电器、PLC以及总线控制系统等。
2.1 安全继电器模块
安全继电器模块属于比较简单的逻辑控制元器件，通过冗余输出方案与自我检测功能，提高了输出载荷控制的可靠性。安全继电器有两个安全输出点，分别和两个不同的继电器常开触点串联，形成互为备份的安全电路，如果其中一个安全输出点故障，另一个安全输出点仍然能够安全断开触点。安全继电器的内部电路自我检查功能能够直接检测内外部接线故障和内部元器件故障并及时告警，故障排除工作更加方便。
2.2 可编程安全控制器
可编程安全控制器为多套中央处理器控制方案，不同的中央处理器来自不同的生产厂家，满足冗余、多样性控制的要求，这也是安全PLC和传统PLC逻辑元件之间的根本性差别。在工作过程中，当一定数量中央处理器故障之后，其余正常工作的中央处理器仍然能够继续执行安全功能，并触发安全保护动作，切除所有安全输出，停机。不同的系统有着不同的安全停机处理器故障数量阈值，例如二选一系统只要有处理器故障，系统将立即进入故障安全状态，三选二系统一个处理器故障，系统将继续运行。相比之下，二重冗余系统的安全性更高，但是可用性较低，三重冗余系统安全性与可用性均高于前者，应用可行性强。
安全控制PLC的信号采集、处理以及输出均进行冗余控制，信号进入PLC，在多个处理器的逻辑处理之后，将存入多个寄存器中，形成了多个输出冗余通道，信号状态、处理结果均能够在安全PLC内部暂存系统中相互比较，如果结果不一致，将根据系统特征，或者检测故障，或者直接进入故障安全状态。输入回路可以使用双通道方案，直接在安全PLC上接入两根物理线，安全PLC还能够提供安全测试脉冲，能够检测输入通道是否存在故障。内部电路同样为冗余多样性方案，每个输出节点都采用切断基极信号与切断电极电源两种方式转变输出信号1为0，只要有一种传输方式工作正常，就能够及时切换进入故障安全状态。
安全PLC扫描速度在千条指令/ms以上，中央处理速度非常快，从而满足紧急停车的需求，安全功能的自检时间也更短。软件方面，安全PLC可编程，提供了规范安全功能编程方案，具有MBS安全标准功能加密块，不可修改，在功能块中输入与输出部分填写必要的地址、运行参与以及中间变量，就能够完成安全编程，提高编程与运行环境的稳定性。
2.3 现场安全总线
现场安全总线是由输入侧、输出侧以及安全PLC和现场总线形成的离散控制系统，以硬件和通信可靠性作为整个安全控制系统的判断依据，系统模块硬件同样为冗余高速可靠元器件。
3 机械制造安全控制系统的应用
3.1 在汽车制造加工生产线控制系统中的应用
以汽车制造业为例，汽车制造涉及到涂装、焊接、冲压等多个工序，在整个生产工艺流程中，冲压车间的安全风险系数最高，因此在冲压车间有必要引入安全控制系统，在保证工艺性的前提下，为工作人员与设备提供安全防护。
3.1.1 紧急停止装置
紧急停止装置能够控制无意重启行为，尤其是在传统控制系统中，一些危险因素有导致意外重启的风险，例如操动头松动，如果错误的启动了操作按钮，机器重新启动就有可能出现意外。因为没有锁定功能，紧急停止装置安全触点将不会一直处于断开状态，保护设备与操作人员人身安全。 3.1.2 防护安全门
为了避免工作人员在压机内操作时出现安全事故，需要在压机上安装安全防护门，这是现阶段应用比较广泛的安全控制系统技术，防护安全门能够保证在机器危险动作停止之前，工作人员无法进入危险区域，通过安全防护门的开关监督并控制防护门。
3.2 在钢铁制造业的应用
钢铁加工过程中，很多生产环节都十分危险，容易给现场工作人员带来人身伤害。例如钢铁冷轧生产线上，加工原材料是热轧带钢，冷轧之前首先需要进行酸洗除锈，彻底清除冷却后表面形成的氧化铁层，冷轧酸洗之前需要检查酸洗设备的工作状态。冷轧是钢铁加工中制造工艺要求最高的环节，对生产安全的要求也最为严格。工作人员在轧制操作过程中有很多手动作业，如手动装载、清洗、调试和检测等，现场操作过程中如果机械设备出现故障，会给工作人员带来极大的人身安全威胁，因此有必要钢铁加工制造业中引入安全系统，当机械设备故障时能够及时切换到故障安全状态，给操作人员保护自己的时间，将冷轧生产线控制系统分为生产控制系统和安全控制系统两部分，提高冷轧生产线的安全性。
3.3 在风力发电机组制造生产线上的应用
风力发电机制造技术核心是电气控制，电气控制系统是风机运行的安全保障，可进一步细分为安全系统和标准控制系统两个部分。安全系统是逻辑方案优于标准控制系统的一种控制系统方案，如果相关运行参数超过了安全限值，将自动触发安全系统，保护机组运行的安全。标准控制系统是风机正常运行控制系统，依据风力发电机组运行状态信息对风力发电机组进行调节，维持风力发电机组正常运行，如果在运行过程中一些安全指标超出正常指标，将会触发安全系统。当风机安全系统和标准控制系统之间出现冲突时，标准控制系统将完全服从安全控制系统的指令，安全控制系统在正常运行过程中将实时监控各类安全指标，如果设备异常，会立即触发制动系统，维持风机空转或者停止。
4 结语
机械安全控制系统监督机械生产控制系统以及各种生产设备的运行状态，在正常运行状态下，机械安全控制系统主要负责各种设备运行状态参数的监测，一旦设备出现故障，安全控制系统将立即切换为故障安全状态，紧急制动或者维持空转，保护设备与工作人员的安全。
