建于20世紀八九十年代的老沖壓生產線，基本全都是采用人工手動操作，人身及設備安全得不到充分的保障。為適應越來越高的產能需求，上汽通用五菱（SGMW）于2006年在柳州工廠新建了一條自動化沖壓線。該沖壓線由1臺22500kN、3臺10000kN的壓力機以及7臺自動化機械手組成。整線長約80m，寬約20m，地面上高度約11m，地下深度約6.5m。這是一個具備最高安全等級的沖壓車間，應用了很多典型的安全元件和系統。而在青島分公司的生產建設上，我們還引入安全PLC和安全I/O。

雙手按鈕——將危險制約在源頭的設計理念

雙手按鈕（見圖1）主要用來控制壓機的滑塊運動。在生產線調試階段或者手動運行壓力機時，需要使用雙手按鈕進行操作。

圖1 雙手按鈕
生產的初始階段，由于產品質量及人員培訓等方面的制約，安全生產得不到有效和嚴格的實施。很多操作人員為了圖方便，往往采取各種各樣的“詭詐”手段。例如，將其中一個按鈕固定閉合，只操作另一個按鈕，另一只手用來輸送板料等，這種操作方式存在著較大的安全隱患。為避免這種情況，項目技術人員從多年的項目運作及生產中總結出經驗教訓，認識到設備的選型是關鍵。

基于這個出發點，在選擇雙手按鈕時我們選擇了羅克韋爾800P-F2CAV系列的產品，而不是簡單地選用兩個按鈕進行組合。該系列的雙手按鈕不僅具有特殊的殼體結構設計，而且配套采用安全監控模塊（又稱安全繼電器），組成一個安全的雙手控制系統（見圖2）。在危險場所，特別是手工送料的機器、沖壓設備以及帶切割刀具的機器等，只有在雙手按鈕同時按下去，并且時間差應該不小于0.5s時，裝置才進行有效操作；如果時間差超過0.5s，必須兩個手都松開后才可以再次使用，從而確保操作人員的雙手離開危險區域，免受傷害。

圖2 雙手按鈕結構
雙手按鈕的2個常開和2個常閉總共4個信號觸點連接到安全監控模塊，由安全監控模塊對雙手按鈕的狀態進行判斷。當且僅當兩個按鈕在0.5s內同時按下時，安全監控模塊才會有輸出，該系統才能夠啟動機器動作；任何一個觸點的故障，均可以被監控判斷；當任何一只手離開按鈕，安全裝置就立刻停止輸出，切斷動力源，從而實現人員保護的目的。任何一只按鈕的提前或推遲工作，都不會出現危險（見圖3）。

圖3 雙手按鈕時序
切斷危險的源頭，避免任何誤操作可能帶來的風險，是項目技術管理的重要原則。雙手按鈕的這種操作理念同樣也適用在寸動、微調等運行模式上：同時按下按鈕，壓機動作；同時釋放，壓機停止；若一只手突然釋放，壓機急停。

安全保護系統MPS——安全生產及維護兼顧的設計理念

從手動線到自動線的過渡，從簡單的人力生產到高度自動化的飛躍，絕非一朝一夕之功。在自動線設計之初，考慮到安全與生產的同時維護需求，我們引入了MPS能量控制理念。MPS即能量監控及鎖定系統，現場的MPS操作盒如圖4所示。

首先，我們將壓力機所涉及的動作分為主要動作和次要動作。所謂的主要動作即可能引起人身重傷或死亡的動作，如壓力機滑塊的下壓動作和機器人的軌跡運動等。次要動作即對人身傷害輕微或不構成傷害的動作，如氣閥的動作、機器人真空吸盤的動作等。通過控制主、次要動作的電源或邏輯程序以期達到安全的目的。

引入MPS能量監控系統后，無論是在生產節拍提升亦或是在人員保護上都有明顯的改善。操作人員想進入模腔區域，它就必須將主要動作禁止。在沖壓自動生產線上，它就意味著選擇POS1（位置1，見圖4）停止滑塊動作，打開柵欄門，鎖定機器人動作，關閉廢料門，安全指示燈亮（圖4所示綠色柱燈）后，方可進入區域執行維修任務。

圖4 MPS操作盒及能量選擇銘牌
例如，當生產時間過長時，模腔中就會有金屬屑粘在模具上，即便是這些小的金屬屑也是生產質量所不允許的。傳統的解決方法是，停止生產線或停止壓力機，操作人員進入壓力機模腔，將金屬屑清除干凈，然后重新啟動壓力機，恢復生產。這樣做確實是出于對安全的考慮，但是對于400多千瓦的主電機來說，多次重啟不僅影響使用壽命，而且耗費生產時間。

在此，我們對SGMW柳州自動化沖壓線改造前后的生產數據進行對比。X月份停線數據：30次/班，每次3min，清潔模腔的時間占到一半，大概十幾次左右；按每班約17次用于清潔模腔，若停主電機，所需時間：3×17=51min；引入MPS改造后，若不停主電機，清潔模腔所需時間：1×17=17min；每班節約時間：51-17=34min；每天三班共節約時間：34×3=102min。

在汽車生產廠，一個小時可能就意味著70臺車，僅僅清潔模腔一項就節約生產時間將近兩個小時，極大地提高了產能。

若要選擇執行其他MPS任務，如示教機器人等，也可以選擇使用POS2（位置2）、POS3（位置3）等。當然，也可以配合使用其他的狀態顯示屏，如滑塊鎖緊顯示LED板。通過這種直觀的安全狀態顯示，更好地保障了進入危險區域的人員的安全性。

安全PLC及I/O模塊——引入最先進的安全控制產品的設計理念

2007年是SGMW進行安全設備升級的一年，這在青島分公司的生產線建設上得到了完美體現。與柳州生產線不同，由于安全PLC和安全I/O的引入，安全繼電器由于其繁瑣的接線及安裝幾乎在一夜間就被淘汰了。

以AB的安全PLC為例，安全PLC系列logix5561&5562通常都會有一個安全的伴侶Logix55LSP，該類型的PLC既可以連接安全I/O，又可以連接普通的非安全等級的I/O，如西門子的IP20。與AB的常規產品不同，安全PLC是具備特定SIL等級的安全控制器，它利用各種水平的冗余機構，提供給系統以整體安全性。其安全控制架構如圖5所示。

圖5 安全控制架構
PLC安全系統包括安全I/O，它幫助我們從柳州項目中硬接線安全繼電器的傳統方式中解脫出來，取而代之的是更為靈活，能夠實現編程功能的控制器。青島項目就是通過采用安全網絡DNET和ENET，將安全I/O進行分布配置，不但節省了布線、安裝成本和項目時間，而且確保標準控制系統和人機界面隨時獲取診斷信息。智能化的安全I/O模塊和傳統的I/O模塊根本的不同點在于安全I/O能夠自行監控接入其中的安全回路，實現了現場設備Field級別的診斷功能。