机械设计基础是高职院校机械专业的一门重要专业基础课,且具有较强的理论性、实践性和综合性。下面是我为大家整理的机械设计基础小论文，供大家参考。
摘要：本文根据当下我国在机械设计实验教学中存在的问题，针对性地提出了相应的解决这些问题的方案，并实际举例这些方案该如何运用与机械设计，在此基础上真正实现学生个人技术能力的提高，希望本文能给机械设计基础实验教学改革提供一些帮助。
关键词：机械设计;教学;改革
机械设计课程在工科类大学中是一门必修的专业基础类课程，该课程强调了培养学生的个人操作能力，并对学生在今后的工作作用极大。因此机械设计课是工科学生的一门极为重要的课程，学生的个人实践能力和创造精神均可以在该课程中得以提高。但是，在当今我国的机械课程教学当中，仍存在有不少的问题，针对性的解决这些问题，是让机械设计课程更上一层楼的关键。
1实验项目在机械设计课程中暴露的问题
1.1实验过于偏重验证性
我国机械设计课程的教材中虽设计有多项实验，例如带传送实验、机械运动的图像绘画、机械的参数测量等。但是这些实验绝大部分都是作为验证性试验出现在课本之上，且具有很强的理论性。学生认为课本上的这些设计实验往往对自己今后的工作并没有什么太大的用处，因此，当前高校的机械设计教材中的实验部分很难引起学生的学习热情，学生也很难将这些知识与自己今后的工作相结合。
1.2实验内容缺乏综合性
高校中的机械设计课程设计实验，往往在单个的实验中缺乏对机械设计理论知识的综合运用，每个实验设计均是围绕了单一的理论知识点，没有进行综合性的理论知识运用。单纯注重实验对理论基础知识的验证，无法有效增强学生的创新能力，只会让学生在实验当中枯燥地证实教材中的相关理论。
1.3实验类项目在机械设计课程的评定之中分数比例较低
在对学生进行机械设计课程能力的综合评定时，各大高校往往都较为重视学生理论知识的掌握，但往往忽略了最为重要的学生的实践操作能力的培养。实验课程在学生成绩的评定之中，往往得分只占其中的三成左右，绝大多数得分均在于理论知识的书面表达。这样偏重记忆的教学方式，背离了机械实验课程重视实验的初衷，无法真正做到培养学生的自主创新意识，也不能起到增强学生职业技能的作用。并且受到这种“重视理论，轻视操作”的思想的影响，很多学生在实验课上往往不愿意亲自动手做实验，更加无法增强机械设计课程中学生的个人技能的使用能力。
2机械设计课程中对于实验教学的改革对策
2.1实验课程中教学方式的改革
改变现有的以老师作为机械设计实验中核心的教学方法，使用开放式的机械设计实验教学，让学生作为课堂的主导。老师利用学生已经掌握的机械设计的相关理论知识，提出相应的实验设计要求，让学生自行查阅相关档案，并独立设计实验模型。老师根据学生的完成进度，进行发问，并提出相关的修改意见和评价。这样既可以杜绝学生之间验证性机械设计实验的实验报告抄袭的现象发生，同时也可以有效增强学生自主动手能力和实践能力。例如，实验课上，老师公布实验课题为“水平结构的运动数据的综合测试试验”，要求学生利用当前所学的机械设计相关理论知识，自行设计一套传动系统，如曲柄的滑块结构。在设计好这个结构之后，故意改变该结构中的一个参数，查看该参数的变化对整个实验数据会产生怎样的影响。例如改变曲柄的长短的影响，连杆长短的影响。并让学生记录于自己的实验报告之中，并浅谈在该实验中如何选择最佳的参数，并通过相关的理论验证自己的观点。这样的实验设计，既锻炼了学生的动手操作能力，又可以让学生的技能水平有所提升，增强了学生对于机械设计实验的重视程度和学习热情。
2.2考核办法的改革
当下我国的机械设计课程的考核办法依旧是“重视理论而轻视实践”，造成了机械设计课程就好像高中的物理一样。只要学生会相应的计算方法，就可以取得好成绩，这往往与机械设计课程的教学初衷背道而驰。所以，需要改进当下机械设计课程的考核办法，让机械课程的教学目的回归正轨。例如，在考核标准中，应让学生在规定时间内，按照老师提供的要求，独立完成一套机械设计项目，如连杆机构等。根据老师提供的相关要求作出相应的实验实物和实验报告，并根据该实验提出相关课题，让学生通过理论知识进行有关的阐述，这个考核占学生总成绩的60%。另外，平时的课堂表现占学生总成绩的20%，期末成绩占学生总成绩的20%。这样设计的好处在于学生在掌握理论知识的同时，也要注重个人的动手操作，让机械设计课程的教学初衷得以实现。真正让学生做到重视实验的目的，也为学生今后的职业技能打下了良好的基础。
2.3补充
机械实验课程在进行相关的改革之后，伴随着而来的是对教学工作者的要求提高。相关教师要对改革后的机械设计课程有更高的重视，领会新教材的创新内涵，将自己的教学重心从理论教学逐步偏向实验指导。
3结束语
当前我国的机械设计课程在教学过程当中，依旧过于保守，并且不利于学生在进入社会工作后的发展。学生无法在该课程之中培养自己的个人技能素养，针对这一些问题，有关教育工作者必须要严肃重视起来。实验的课程改革，相关的考核办法，都需要进行更详细的打磨。这一切的目的，都是为了将学生的能力培养做到最好，完成这一目的，需要所有教育工作者不懈的努力。
参考文献
[1]刘元林.大工程背景下机械设计基础实验教学改革的研究与探索[J].实验技术与管理,2010,01:14-16.
[2]陆凤仪,徐格宁,孔祥莹.机械设计基础实验教学示范中心建设与教学改革[J].实验技术与管理,2010,02:81-83+89.
[3]高世杰.机械设计基础课程实验教学的探索与思考[J].中国科技信息,2011,14:277+279.
一、改革背景分析
随着我国的改革开放，我国的机械制造业有了迅猛的发展，它支撑着这个国家的工业和国家经济的发展。在国家对经济的宏观调控，机械行业呈现稳步上升的发展趋势于机械行业的发展越来越趋向于高度自动化、高标准质量、现代信息管理技术等方向发展，需要具有专业素质高的应用性、创新型人才。通过调查分析，高校专业人才培养模式仍然停留在以前的传统模式，人才培养方案不健全、不完善，教学内容、课程设置等没有形成系统，教学方法和手段落后，同时对学生缺乏创兴能力的培养，不能理论与实践相结合等，这些都阻碍了对机械设计专业人才的培养，也使得大学生毕业后无法满足社会的需求，这些都对专业教学进行改革，建立适应社会发展的机械设计人才培养模式。
二、确定专业人才培养目标与规格
21世纪，对人才的需求不仅仅需要专业知识与技能，更需要在此基础上具备信息技术应用能力、实践能力和合作能力等。通过对专业教学改革背景的分析，对机械设计制造及其自动化专业人才培养的目标是：
(1)人才培养规格的定位
对机械设计的基础理论进行系统地学习，同时学习计算机信息技术和微电技术，接受现代机械工程师的训练并具备各种专业基本技能，培养应用型人才。
(2)人才培养目标的定位
人才培养的核心是人才整体素质的培养，除了具备过硬的专业技能，还要具备良好的人文素养和社会实践能力，能有较强的适应能力和分析解决实际问题的能力。市场经济的特点是竞争，专业技术人才要有竞争意识和创新精神，这样才能适应我国新世纪对人才的需求。
三、改革机械设计制造及其自动化专业人才培养模式的建议
(1)制定合适的教学计划，建立科学的课程体系
为了更好地实现专业人才培养的目标，适应社会经济的发展需求，改革人才培养模式，全面提高专业人才的素质，转变更新教育观念，既注重基本技能的训练又要加强对学生综合能力的培养，注重学生的个性发展和创新意识，因材施教，充分调动学生的积极主动性。制定合理的教学计划，对人才培养的专业方向和规格有明确的指导，教学内容要与时俱进，以达到整体教学计划的最优化。建立科学的现代课程体系，注重课程之间的联系，专业课程和非专业课程有机结合。通过系统的理论学习和专业技术基础技能培训的专业课程学习，使学生掌握扎实的专业基础知识，获得各种基础能力的培养。非专业课程包括专业的选修课和学校的公共课，这些课程从横向对学生的知识进行补充，对学生的政治思想、人文素质适应社会的能力等各方面进行培养，学生可根据自己的兴趣爱好和优势，有选择的进行学习。
(2)加强对专业人才培养的环境与条件的建设
良好的教学环境和条件是培养学生的综合素质的基础，不断加强教学管理制度的建设，完善教学条件。学校通过对教学资源进行整合，通过与科研平台的紧密结合，积极调动学生参与科技创新活动，拓展学生的实践能力，培养创新精神。学校多组织一些科技设计大赛和科技宣传活动，既能让学生感受到科技创新和工程文化的氛围，也能让更多的学生又锻炼和展示实践的机会。对学生的评价机制采取多样化方式，不仅考核学生的基础知识，还要注重对综合能力的考核，促进学生的全面发展。
(3)注重实践教学，培养学生的创新能力
实践教学是机械设计专业教学的重要部分，是学生把理论进行应用的关键环节，在加深理论感性认识的同时，更好地培养了学生的实践能力和创新能力等综合能力。所以应该加强实践教学和实践条件的建设，不仅仅要在实验室进行学习，还要把课堂搬到工厂，在教师的指导下，让学生独立的去完成实验项目。同时开展多种多样的课外活动，培养学生的创新意识和创新精神。
四、结束语
机械制造行业是我国经济的支柱性产业,机械制造行业对经济的发展具有巨大的推动作用,随着现代科技的不断发展,机械制造自动化技术也在不断的进步,并且逐渐的向自动化和精密化方向发展。下文是我为大家搜集整理的关于机械制造与自动化论文参考范文的内容，欢迎大家阅读参考!
浅析机械制造与自动化技术
摘 要：机械制造是我国国民生产经济中的基础产业，该行业的发展对于其他行业的发展具有十分重要的影响。随着自动化技术的不断普及，机械制造与自动化技术的结合也将成为必然发展趋势。机械制造行业将在自动化技术的推动下，逐渐实现虚拟化、智能化的转变，从而帮助企业实现节能减排的生产目标，提高企业经济效益。
关键词：机械制造;自动化技术;虚拟化;智能化
1 概述
机械制造技术是我国国民生产经济中的重要基础产业之一，主要致力于机械产品的设计、加工制造、生产、维修等一系列流程的工程学科。随着经济的不断发展，社会各行业对机械制造技术的需求量不断增加，其规模及速度得到前所未有的发展，同时也给环境带来了极大的危害。为保障机械制造业的可持续发展，利用先进的自动化技术提高机械制造的生产效率，降低成本，减少排放成为各企业竞相追求的目标。
2 自动化技术
自动化技术是人类为解放劳动力而采用机械或者其他工具代替人类劳动的一项发明，通过机械或者工具能自主完成既定的工作任务，以达到减轻人类劳动负担的目的。随着科学技术的不断发展，尤其是计算机与互联网技术的大力发展及广泛普及，现代自动化的概念已经扩展至利用任何机械或者工具来取代人类劳动的范畴。现代自动化技术的涵义相对于传统自动化技术而言，已经有了更多的内容。从自动化技术的功能方面来看，自动化技术代替人类工作只是功能的一小部分，其最终目的是构建一个有机的体系，通过该体系的建立可以协调和优化人类与机器的关系，实现人类生活与工作智能化的目标;从表现形式上看，现代自动化技术可代替人类劳动，代替或者辅助人类的各项工作，协调或者管理生产系统中的部分工作或整个工作系统;从应用范围来看，现代自动化技术不仅应用于具体的生产行业，还可广泛应用于众多的中间产业，甚至是人类的生活。
3 机械制造与自动化技术的结合
3.1 机械制造业的发展需要自动化技术
①机械制造企业管理落后。
计算机及互联网技术的发展，使得发达国家的机械制造企业在管理方面也优于我国。发达国家企业将计算机运用到企业管理当中，改变了企业的生产模式和组织管理方式，为实现精益生产、准时生产、高效生产的全新的管理思想的实现提供了有力的制度保障;我国进入信息化时代较晚，计算机普及速度虽然较快，但利用计算机管理企业生产的应用情况并不理想。
②机械制造技术落后。
发达国家经历了蒸汽时代和电气时代的两次改革浪潮后，传统的机械制造工艺已经发展至较为成熟的阶段，且机械制造业的高速发展期也高于我国;目前，发达国家已经将纳米技术、复合型加工技术和微激光加工技术普及到机械制造技术当中，大大提高了机械制造的效率。相对于西方发达国家的机械制造技术，我国的制造工艺处于落后阶段，大部分制造企业仍采用农间作坊的生产模式;现代化水平低且应用范围十分有限，尖端技术尚处于不成熟的研发当中。
③机械制造自动化程度低。
发达国家机械制造企业已经将计算机集成技术、自动化数控技术和柔性制造系统广泛应用于机械制造业当中，实现了机械制造生产的自动化、集成化和智能化;而我国大部分私有企业的机械制造的自动化技术刚处于初步使用阶段，生产过程中仍以人工管理为主;柔性制造系统仅在少数大型企业中采用。
3.2 机械制造自动化技术未来发展趋势
①机械制造的虚拟化。
网络制造技术是利用计算机仿真模拟软件，在模拟的操作环境中对虚拟对象进行各项技术操作，通过对虚拟产品设计、制造过程的模拟，预测该产品的性能及生产成本，以实现企业生产系统中设定的高质量、高性能、低成本的目标。首先，网络技术为企业发展提供了强大的技术支持。企业可通过虚拟的网络软件对各种工程或者产品进行虚拟制造，减少不同部门人员之间交流限制，大大方便了后续的交流与合作。其次，网络虚拟软件能模拟销售过程，利用该功能和检验产品的销售状况。若模拟结果不理想，企业可通过修改实验参数数据来改变实验条件，重新对产品进行模拟销售，以完善实验结果。利用网络虚拟软件，不仅可以节约设计时间，还能有效降低实验成本，减少企业的成本支出。
②机械制造智能化。
人工智能是由人和机械组成的复杂性系统，通过人与机器设备的合作实现机械制造过程。人工劳动在一定程度上存在某种缺陷性或局限性，这就限制了机械制造业的发展。而随着科技的进步，机械制造与自动化技术的结合将使制造工作向人工智能方向转变。智能化制造系统在制造过程中，可以通过分析、判断、构思等一系列智能化活动，提高机械制造的适应性和友好性。该系统具有良好的柔性，减少了机械制造过程中对资源的消耗和浪费。随着社会各行业对机械制造需求的提升，仅靠人力劳动已经无法满足社会的需求，而人工劳动与机器制造的组合方式可大力提高生产效率，满足社会对机械制造的需求。人工智能的出现可降低人工的工作强度，从而为拓展人力在机械制造中的应用提供了可能;另外，人工智能的广泛应用有助于人类智能的延伸，使人将更多的精力用于创造性的活动当中，从而产生更多具有价值的成果;最后，人工智能能完成人工无法完成的部分危险性工作，改善了人工的工作环境。
③机械制造环保化。
机械制造业大力发展的同时，由于制造工艺的落后，不仅造成了极大的资源浪费，还给环境带来极为严重的危害，引起了社会的各界关注。机械制造与自动化技术的结合，将有效减少资源的浪费及污染物的排放，从而提高行业的环保程度，为制造业的健康发展提供必要保障。自动化技术在机械制造中的应用，能有效提高生产效率，减少资源浪费，提高企业的经济效益和社会效益。
4 总结
机械制造与自动化技术的结合是必然的发展趋势，利用自动化技术，机械制造企业可实现生产过程的虚拟化、智能化、环保化，从而降低企业的生产成本，提高企业经济效益，推动整个机械制造行业向更加健康的方向发展。
参考文献：
[1]刘武宾.新形势下机械制造与自动化技术分析[J].企业技术开发，2014，08：81+85.
[2]何建立.关于机械制造与自动化应用的研究[J].科技视界，2014，19：99.
[3]张西平.机械制造自动化技术特点与发展趋势[J].河南科技，2013，08：78+82.
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机械制造技术是研究产品设计、生产、加工制造、销售使用、维修服务乃至回收再生的整个过程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为目标,包含物质流、信息流和能量流的完整的系统工程。随着社会的发展,人们对产品的要求也发生了很大变化,要求品种要多样、更新要快捷、质量要高档、使用要方便、价格要合理、外形要美观、自动化程度要高、售后服务要好、要满足人们越来越高的要求,就必须采用先进的机械制造技术。
1 先进制造技术的特点
1.1 是面向21世纪的技术
先进制造技术是制造技术的最新发展阶段，是由传统的制造技术发展起来的，既保持了过去制造技术中的有效要素，又要不断吸收各种高新技术成果，并渗透到产品生产的所有领域及其全部过程。先进制造技术与现代高新技术相结合而产生了一个完整的技术群，它是具有明确范畴的新的技术领域，是面向21世纪的技术。
1.2 是面向工业应用的技术
先进制造技术并不限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产品寿命周期的所有内容，并将它们结合成一个有机的整体。先进制造技术的应用特别注意产生最好的实际效果，其目标是为了提高企业竞争和促进国家经济和综合实力的增长。目的是要提高制造业的综合经济效益和社会效益。
1.3 是驾驭生产过程的系统工程
先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它要不断吸收各种高新技术成果与传统制造技术相结合，使制造技术成为能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。
1.4 是面向全球竞争的技术
20世纪 80年代以来，市场的全球化有了进一步的发展， 发达国家通过金融、经济、科技手段争夺市场，倾销产品，输出资本。随着全球市场的形成，使得市场竞争变得越来越激烈，先进制造技术正是为适应这种激烈的市场竞争而出现的。因此，一个国家的先进制造技术，它的主体应该具有世界先进水平，应能支持该国制造业在全球市场的竞争力。
1.5 是市场竞争三要素的统一
在20世纪 70年代以前，产品的技术相对比较简单，一个新产品上市，很快就会有相同功能的产品跟着上市。因此，市场竞争的核心是如何提高生产率。到了20世纪80年代以后，制造业要赢得市场竞争的主要矛盾已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的矛盾。先进制造技术把这三个矛盾有机结合起来，使三者达到了统一。
2 先进机械制造技术的发展现状
近年来，我国的制造业不断采用先进制造技术，但与工业发达国家相比，仍然存在一个阶段性的整体上的差距。
（1）管理方面。工业发达国家广泛采用计算机管理，重视组织和管理体制、生产模式的更新发展，推出了准时生产（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生产（LP）、并行工程（CE）等新的管理思想和技术。我国只有少数大型企业局部采用了计算机辅助管理，多数小型企业仍处于经验管理阶段。
（2）设计方面。工业发达国家不断更新设计数据和准则，采用新的设计方法，广泛采用计算机辅助设计技术（CAD/CAM），大型企业开始无图纸的设计和生产。我国采用CAD/CAM技术的比例较低。
（3）制造工艺方面。工业发达国家较广泛的采用高精密加工、精细加工、微细加工、微型机械和微米/纳米技术、激光加工技术、电磁加工技术、超塑加工技术以及复合加工技术等新型加工方法。我国普及率不高，尚在开发、掌握之中。
（4）自动化技术方面。工业发达国家普遍采用数控机床、加工中心及柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS），实现了柔性自动化、知识智能化、集成化。我国尚处在单机自动化、刚性自动化阶段，柔性制造单元和系统仅在少数企业使用。
3 我国先进机械制造技术的发展趋势
（1）全球化。一方面由于国际和国内市场上的竞争越来越激烈，例如在机械制造业中，国内外已有不少企业，甚至是知名度很高的企业，在这种无情的竞争中纷纷落败，有的倒闭，有的被兼并。不少暂时还在国内市场上占有份额的企业，不得不扩展新的市场；另一方面，网络通讯技术的快速发展推动了企业向着既竞争又合作的方向发展，这种发展进一步激化了国际间市场的竞争。这两个原因的相互作用，已成为全球化制造业发展的动力，全球化制造的第一个技术基础是网络化，网络通讯技术使制造的全球化得以实现。
（2）网络化。网络通讯技术的迅速发展和普及，给企业的生产和经营活动带来了革命性的变革。产品设计、物料选择、零件制造、市场开拓与产品销售都可以异地或跨越国界进行。此外，网络通讯技术的快速发展，加速技术信息的交流、加强产品开发的合作和经营管理的学习，推动了企业向着既竞争又合作的方向发展。
（3）虚拟化。制造过程中的虚拟技术是指面向产品生产过程的模拟和检验。检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺、保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真软件来模拟真实系统，以保证产品设计和产品工艺的合理性，保证产品制造的成功和生产周期，发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。
（4）自动化。自动化是一个动态概念，目前它的研究主要表现在制造系统中的集成技术和系统技术、人机一体化制造系统、制造单元技术、制造过程的计划和调度、柔性制造技术和适应现化生产模式的制造环境等方面。制造自动化技术的发展趋势是制造全球化、制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化和制造绿色化。
（5）绿色化。绿色制造则通过绿色生产过程 、绿色设计、绿色材料、绿色设备、绿色工艺、绿色包装、绿色管理等生产出绿色产品，产品使用完以后再通过绿色处理后加以回收利用。采用绿色制造能最大限度地减少制造对环境的负面影响，同时使原材料和能源的利用效率达到最高。
4 结语
制造技术不仅是衡量一个国家科技发展水平的重要标志,也是国际间科技竞争的重点。我国正处于经济发展的关键时期,制造技术是我们的薄弱环节。只有跟上发展先进制造技术的世界潮流,将其放在战略优先地位,并以足够的力度予以实施,才能尽快缩小与发达国家的差距,才能在激烈的市场竞争中立于不败之地。总之,在我国研究和发展先进制造技术势在必行
随着我国装备制造业的快速发展,机械制造及其自动化技术也得到了长足的发展。下文是我为大家搜集整理的关于发表机械制造论文的内容，欢迎大家阅读参考!
浅析机械制造中的安全控制系统
摘要 目前,在机械制造系统中,安全控制系统的可靠性是衡量该台机械是否符合安全要求的重要依据。本文在分析安全控制系统基本概念基础上,对于安全逻辑控制设备组成及特点进行详细分析,对于保证机械制造系统中的安全问题具有一定作用。
关键词 机械制造;安全控制系统;设备特点;安全继电器;PLC;安全总线
0 引言
机械的安全性就是机械安全使用说明书规定的预定使用条件下执行其功能和在运输、安装、调整、拆卸和处理时不产生伤害或危害健康的能力。任何一台机械都有风险,会导致危险。这些风险和危险都会导致事故的发生、对人员造成伤害。当我们能够关注机械本身的安全性能的时候,其安全功能应该由安全自动化控制系统来实现。安全控制系统的正确设计会影响到机械的安全性能。安全控制系统的可靠性是衡量该台机械是否符合安全要求的重要依据[1],本文对于相关问题进行分析。
1 安全控制系统
所谓的安全(控制)系统,是在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护、操作期间对生产装置提供安全保护。一旦当工厂装置本身出现危险,或由于人为原因而导致危险时,系统立即做出反应并输出正确信号,使装置安全停车,以阻止危险的发生或事故的扩散。它包括了现场的安全信号,如紧急停止信号、安全进入信号、阀反馈信号、液位信号等,逻辑控制单元和输出控制单元[2]。无论在机械制造领域还是在流程化工领域,安全控制系统是整个系统运转中不可或缺的一部分。
从安全控制系统的结构图我们可以看出,安全控制链由输入(如传感器)、逻辑(如控制器)、输出(如触发装置)构成。从逻辑上来说,对于安全信号的控制功能可以采用普通继电器、普通PLC、标准现场总线或DCS 等逻辑控制元器件,从表面上达到我们所需要的逻辑输出。但是,我们可以注意到,普通继电器、普通PLC、标准现场总线或DCS 不属于安全相关元器件或系统。它们在进行安全相关控制的时候可能会出现以下安全隐患:处理器不规则、输入/输出卡件硬件故障、输入回路故障(比如短路、触点融焊)、输出元器件故障(如触点融焊)、输出回路故障(如短路、断路)、通讯错误等。这些安全隐患,都会导致安全功能失效,从而导致事故的发生。所以,安全控制系统就是要求能够可靠的控制安全输入信号,一旦当安全输入信号变化或安全控制系统中出现任何故障,立即做出反应并输出正确信号,使机器安全停车,以阻止危险的发生或事故的扩散。
安全控制系统的硬件主要采取了以下措施来达到安全要求:1)采用冗余性控制;2) 采用多样性控制;3)频繁、可靠的检测(对硬件、软件、通讯);4) 程序CRC 校验;5) 安全认证功能块。
常见的安全输入设备包括由紧急停止设备、安全进入装置(安全门开关或联锁装置)、安全光电设备(安全光幕、安全光栅、安全扫描仪)。安全逻辑部分常采用安全继电器、安全PLC 和安全总线系统。
2 安全逻辑控制设备
逻辑控制设备是整个安全控制系统中最重要的一部分。它需要接收安全信号,进行逻辑分析,可靠的进行安全输出控制。现代自动化安全控制领域中,安全系统的控制元器件有安全继电器、安全PLC 和安全总线控制系统。
2.1 安全继电器
安全继电器,或者称为安全继电器模块,是最简单的安全逻辑控制元器件。其特点是采用了冗余的输出控制和自我检测的功能,实现了对输出负载的可靠控制。
该模块的存在2 个安全输出触点,这两个安全输出触点在内部是由来自2个不同的特殊继电器K1 和K2 的常开触点串连而组成。当K1 出现故障的时候,K2 依然可以实现安全触点断开的功能。同时,安全继电器模块可以通过内部电路进行自检,检测出外部接线故障和内部元器件的故障。
2.2 安全可编程控制器
安全可编程控制器采用了多套中央处理器进行控制,并且这些处理器来自不同的生产商。这样的控制方式符合了冗余、多样性控制的要求。这是安全PLC 与普通PLC最根本的区别。当一定数量的处理器出现故障后,完好的处理器依然执行安全功能,切断所有安全输出使系统停机。导致系统停机的处理器的故障数量取决于不同的系统。如,1oo2 系统(2 取1 的系统),一旦一个处理器出现故障,系统立刻进入故障安全状态;又如,2oo3 系统(3 取2 的系统),当一个处理器出现故障,系统并不会停机。系统只有在2个处理器同时出现故障的情况下才会导致系统停机。前者我们通常成为2 重冗余系统,安全可靠性较高、可用性较低;后者我们通常成为3 重冗余系统,其安全可靠性和可用性较高,但相比前者成本高。
对于信号的采集、处理和输出的过程,安全PLC 都采用了冗余控制的方式。当信号进入PLC 后,分别进入多个输入寄存器,再通过对应的多个中央处理器的处理,最后进入多个输出寄存器。这样,安全PLC 就构成了多个冗余的通道。整个过程之中,信号状态、处理结果等可以通过安全PLC 内部的暂存装置进行相互比较,如果出现不一致,则可以根据不同的系统特性,进入故障安全状态或将故障检测出来。
输入回路可以采用双通道的方式,通过2 条物理接线进入安全PLC。安全PLC也可以提供安全测试脉冲,用以检测输入通道中的故障。安全PLC 的输出内部电路也采用了冗余、多样性的方式,对一个输出节点进行安全可靠控制。安全PLC 可以通过2 种不同的手段,即切断基极信号和切断集电极电源两种不同的方式,将输出信号由1 转变为0。无论那种方式出现故障,另外一种方式依然完好的执行安全功能。同时,安全PLC 提供了内部检测脉冲,以检测内部故障。
安全PLC 的扫描时间要求为每千条指令1ms 以下。快速的中央处理功能不仅可以达到紧急停车的要求,同时能够以较短的时间完成整套系统的安全功能自检。
在软件方面,安全PLC 必须有可靠的编程环境、校验手段,以保证安全。这主要可以通过规范安全功能编程来实现。如Pilz 的安全PLC,提供了通过认证的MBS 安全标准功能块,以帮助编程人员进行合理的、安全的编程。这些安全功能块经过加密,不能够修改。我们只需要在功能块的输入和输出部分填入相应的地址、参数和中间变量,即可以完成对安全功能的编程。这些MBS 功能块涵盖了机械制造领域及流程化工领域的安全功能控制。
2.3 安全总线控制系统
安全现场总线系统是以安全PLC、安全输入输出模块、安全总线构成一套离散式控制系统。硬件和通讯的安全可靠是安全总线控制系统的可靠性判断依据。在硬件上,安全总线系统的模块都采用了冗余、高速的可靠元器件。
3 结论
安全控制系统是一个静态的系统,其监控系统中的安全相关的参数。在系统正常运行期间,安全控制系统不作出任何响应。但是当系统出现异常、或安全相关信号被触发,安全控制系统立刻夺去系统的控制权,根据其内部逻辑,对输出设备进行安全控制,从而保证了整个系统的安全。安全控制系统中的逻辑控制元器件是决定整个安全控制系统安全等级、设计成本、运行质量的重要因素之一。在安全自动化领域,常用的安全逻辑控制元器件包括有安全继电器模块、安全可编程控制系统和安全总线系统。针对不同的应用场合,这些安全逻辑元器件可以配置成合适的安全解决方案。
参考文献
[1]孙清泉,徐卫国,康健.冷轧机自动化安全控制系统[J]. 设备管理与维修,2008,1.
[2]陆武.浅谈故障安全控制系统的通信[J].自动化仪表, 2007,28(1).
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