Pilz安全控制技术和安全产品在奥运舞台项目中的应用

摘要：本文阐述了德国皮尔磁（Pilz）公司的安全理念、安全控制技术和安全产品的原理和特点，并针对安全产品在北京奥运舞台项目中的舞台机械设备上的应用，进行了介绍。
关键字：皮尔磁（Pilz） 安全理念 安全控制技术 安全继电器模块 舞台机械

奥运会是一个国家和民族向全世界展示自己独特历史文化风貌的盛大文化庆典，同时也是奥林匹克文化遗产的重要组成部分，意义非常重大。“绿色奥运、人文奥运、科技奥运”的口号会贯穿在整个奥运比赛期间，乃至于今后的很长一段时间。说到“科技奥运”，我们就不得不提到在奥运舞台项目上使用的各种各样的舞台机械设备，那么在舞台机械设备上又会应用到的什么样的新技术和新产品呢？
在这里我们只就安全控制技术和安全产品在奥运舞台项目中的应用做一些简单的介绍。

首先我们先来了解一下德国皮尔磁公司。德国皮尔磁公司是一家致力于安全技术开发、安全产品推广的专业厂家，分布在全球的23家子公司和分支机构组成了她的全球销售网络；她是一位“安全大使”，她提倡的安全理念正在影响着越来越多的人。

那么舞台设备会是些什么样的设备呢？舞台项目中涉及到的各类机械设备上，皮尔磁的安全技术和安全产品又是如何应用的呢？
让我们先来了解一下什么是舞台机械，舞台机械是为了使演出的效果更加完美，从而引领观众进入更深的艺术境界而采用的各类机械装置的总称，是艺术创作必不可少的科学技术结晶。为了适应当代表演艺术的要求，舞台机械也需要精度、系列化的机械系统。由于采用了先进的技术，因此控制精度可以达到很高，平稳性、宁静度、安全性等也均能满足使用要求，令演出成为更加绚丽多彩的舞台艺术，满足人们高尚的精神需要。
舞台机械主要应用于各类剧场、会堂、电视演播厅、多功能厅、体育馆等文化娱乐场所。按功能可分为剧场专用设备和其他各类特殊机械。
舞台机械的安全性指标主要包括设备安全、人身安全和电气安全等三方面，而且，这三个因素相互关联、相互影响，有时是不可分割的。
设备安全是指舞台机械设备在规定的工作条件下长期使用不产生意外事故的能力；在发生临时故障时能在降低后的技术参数下继续工作的能力；舞台机械设备对非正常工作状态的感知、显示和报警的能力。这种能力或性能通常是由机械设计本身和电气控制共同完成的；考虑在演出中尽快排除舞台机械的临时故障的能力，使舞台机械的故障尽量能不影响演出的正常进行。换句话说就是，如何保证我们的奥运活动在演出期间绝对不能停顿，当然这里又会涉及到很多新技术和新设备的应用。
还有电气安全，电气安全主要是指防止触电、电气引发火灾等事宜。由于演出现场的人员比较庞杂，走动频繁，因此电气安全也决不是一件小事。
这些安全问题都不是本文需要说明的重点，因此一笔带过。

现在，让我们重点来看一看如果舞台的机械设备涉及到了人身安全问题，我们该怎样办呢？我们知道，舞台的台下通常会用到升降机，将演员运送到舞台上或者举升到更高的位置。台下升降机的四周安装有防护栏，避免有演员误闯入升降机下被挤压，造成人身的伤害。护栏上通常装有两个栅栏门，栅栏门上就使用了安全门开关。当然每个舞台都可能有若干台升降机。那么意味着，舞台机械设备在运行的过程中，如果遇到了特殊的情况，该停下来而没有停下来，并且让人员处于高度危险的境况之中，怎么办？
在这里我首先解释一下一个容易混淆的问题，就是舞台机械设备的控制系统和安全系统的区别。
那么什么是控制系统呢？举个小例子，我们经常会乘坐电梯，电梯的控制器会根据人员按下的楼层信息，分析此时电梯的运行方向、电梯运行的同方向是否有其他的呼梯信号、电梯间的门是否夹人或物、电梯间的门是否关闭到位等等，再驱动电梯的曳引装置做出正确的运行动作，那么电梯就会停在人员希望到达的楼层，其实这时主要是电梯的控制系统在起作用，为了增加电梯的可靠性，我们通常会采用冗余的控制技术。从这个角度讲，我们就可以理解我们怎样做才能让奥运的舞台机械设备不会意外停止了。
了解了控制系统能起到的作用，我们再来看看什么是安全系统吧。还是前面讲到的电梯的例子，一旦电梯出现了故障，如失控了，电梯急速下坠，那么安全系统及安全相关设施就要起作用了。实际上皮尔磁的安全产品就是应用在安全系统里的具体的控制器件。
那么如何避免机器的不安全状态？必须提供一种高度可靠的安全保护手段，最大限度地避免机器的不安全状态、保护生产装置和人身安全、防止恶性事故的发生。换句话说，安全系统就是一旦事故发生，采用什么样的保护手段，让设备或系统能够可靠地进入到一种安全的状态的技术。
回到我们之前提到的舞台机械设备上。遇到危险情况，实现舞台机械设备的安全保护，其核心其实就是使舞台机械设备的危险动作停止下来。如何将机械设备从运行状态到停止下来呢？根据所使用的安全保护装置的不同，可以有不同的安全停止功能，比如设备常见的紧急停止按钮装置。在正常运行中使用的停止功能，必须要能够避免机器设备、产品和加工过程被破坏，同时要能够防止机器设备的重新启动，这就是对安全停止功能的要求。下面的这些国际标准中针对机械设备上使用的紧急停止按钮，做出了详细的要求：
——适用带直接断开机构的常闭触点，IEC60947-5-5/-1
——按钮为红色，背景为黄色，形状是掌型或蘑菇型，IEC60947-5-5，ISO13850，IEC90204-1
——操动头被按下后，必须一直保持停止状态，只能用手复位，IEC60947-5-5，ISO13850
——急停开关在机器的仍和运行状态下均应有效，并且优先于其他任何控制，ISO13850，IEC60204-1
——急停开关的安装位置应在操作控制台或工位附近，紧急情况能够立即操动开关，ISO12100，ISO13850，IEC60204-1

如果我们在考虑搭建一个完整的安全控制系统，该怎么做？我们就以皮尔磁的安全产品来举一个应用的例子吧。

如图所示，一个急停按钮（-S4）（注：带有11/12、21/22两副触点）是做为一个安全系统的输入信号输入到安全继电器模块（-K3）中；带强制断开触点的继电器（注：-K4与-K5组成了冗余的输出结构）是这个安全系统的输出端，是通过安全继电器模块（-K3）内的常开输出端子13/14控制的；继电器/接触器控制的负载可能就是拖动升降机升降的电动机了。
同时在安全继电器模块（-K3）的S33、S34端子上串接了两个继电器（-K4、-K5）的常闭点做为安全系统的信号反馈，监控外部中间继电器的状态。
复位按钮（-S3）实现的是手动复位方式。需要说明的是，不同的复位方式（自动复位、手动复位）的采用并不影响安全控制系统的安全等级的。
下图就是一个最基本的安全控制系统，它涵盖了安全控制系统最基本的几个要素。输入（急停按钮）、控制模块（安全继电器）和输出（带强制断开触点的中间继电器／接触器）就组成了一个最基本的安全控制系统；它们直接控制负载的安全停止动作。反馈回路的连接与否则直接影响到了控制系统的安全等级。

安全门开关、安全光幕、安全地毯等等也都如紧急停止按钮一样，可以是做为一个安全系统的输入信号来处理。
我们通常提到的用于安全系统的安全继电器模块，如皮尔磁的安全继电器，就是这样的一种安全产品。它甚至在器件内部触点出现熔焊的情况下，也能够把电源从负载安全的移去。同时，通过内部强制断开触点的结构、启动检测、复位、反馈等功能，以确保安全的状态。
那么为什么用于安全控制系统输出端的继电器/接触器必须使用带强制断开触点的呢？强制断开触点又是什么意思呢？强制断开触点（Positive-guided Contact）是指继电器/接触器的整个工作过程中，该继电器/接触器的常开触点和常闭触点不同时处于闭合状态的结构，此结构的继电器/接触器主要用于安全控制系统。
那么林林总总的舞台机械设备上什么样的信号是需要进入安全系统进行处理呢？其实机械设备上的紧急停止按钮、安全门开关、操作模式、安全带的控制、升降机气缸的气压监控、液压油缸的速度监控、位置监控、制动、链条和电机的控制和监控、安检、门控、接近开关的时序检验等都需要安全控制系统进行处理，并做出判断，保证人员在设备出现异常状况时，保护人员的人身安全。
其实在我们国内的很多大型舞台设备上，已经逐渐在采用安全技术和安全产品。

结束语
随着我国国民经济的快速发展，安全问题已经凸现出来，因此如何提高机械设备的安全性，已经越来越引起了国家和各个企业的高度重视。同时伴随着我们国内日益繁荣的政治、经济、文化的良好氛围，舞台机械行业必将更进一步，会有长足的发展。
Pilz作为第一个安全继电器的发明者，多年来一直致力于安全自动化技术和标准自动化技术的研究和开发。Pilz的各种产品被广泛的应用于设备制造行业，并且获得客户极大的认可。随着国内对安全生产、以人为本的经营理念的不断认知，我们相信，国内从事舞台机械设计及生产大的厂商对安全自动化技术的要求将会不断提高。Pilz 将会保持客户至上的公司理念，为舞台机械制造领域的广大用户提供更加可靠、更高性价比、更先进的安全与非安全的整体解决方案。