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何謂非接觸式安全開關 | 台灣

非接觸式安全開關是一種利用安裝在門上的專用促動器與安裝在機器上的開關主體之間不直接接觸的方式，透過開關主體檢測促動器與開關主體之間的距離或從促動器傳遞的信息，將這些信號作為門的開關狀態信息傳輸的設備。
由於促動器與開關主體之間無需物理接觸，因此不會產生磨損粉末，這是其主要特點。此外，因為沒有開口且表面凹凸少，非接觸式安全開關也具備抗水和塵埃影響的優越性能。

非接觸式安全開關的種類

非接觸式檢測門的開關的安全互鎖裝置，根據ISO14119（JIS B 9710）：機械安全-與防護裝置配合使用的互鎖裝置-設計與選擇原則，被歸類為以下【表1】所示的Type 3和Type 4類型。
註）編碼促動器：指為了啟動某特定互鎖裝置而特別設計的促動器。由於只能在特定的組合下使互鎖裝置運作，因此能有效防止透過鑰匙、硬幣、工具等方式進行的無效化操作。


在IDEC的產品中，有兩種類型相當於Type 4的非接觸式安全開關：
一種是使用磁簧開關型的非接觸式安全開關，另一種是使用RFID型的非接觸式安全開關。（【圖1】、【圖2】）

無論是哪種類型的非接觸式安全開關，除了基本的可靠性外，還需要具備以下功能：

■防止無效化功能
■故障檢測功能：當檢測到故障時，能停止機械運作，並在故障解除之前維持停止狀態

磁簧開關型非接觸式安全開關

＜構造與動作的原理＞

磁簧開關型非接觸式安全開關的基本構造如【圖3】所示。它由安裝多個磁簧開關的感應頭部，以及與這些磁簧開關對應的多個磁鐵組成的專用促動器構成。
感應頭部安裝在機械上，專用促動器則安裝在門上。當門關閉時，感應頭部附近的磁場會增強，磁簧開關的接點開始運作；當門打開時，感應頭部附近的磁場會減弱，磁簧開關的接點則恢復到原始狀態。

＜防止無效化功能＞

如果只有一組磁鐵與磁簧開關配對，則僅使用市售磁鐵靠近感應頭部，磁簧開關的接點就會輕易啟動。因此，採用至少兩組磁鐵與磁簧開關的配對組合，只有當所有組合都啟動時才判定為「正常」，從而防止市售磁鐵等造成的無效化。同時，磁簧開關採用NO接點（常開接點，門打開時開路）與NC接點（常閉接點，門打開時閉路），以防止因電線短路導致的無效化。

然而，即使採取上述措施防止無效化，仍可能存在因更換促動器或從門上拆下促動器而導致的無效化風險。因此，需建立包含防止促動器從門上拆除的措施及更換用執促動器管理在內的完善安全管理體系。
詳情請參考以下連結。

國際安全標準: ISO 14119

＜故障偵測功能＞

一般來說，磁簧開關型非接觸式安全開關會與稱為安全繼電器模組的控制器搭配使用。主要原因是磁簧開關的接點不具備直接開路動作功能※，因此可能因接點熔著而導致無法停止機械運作。為了檢測這類接點熔著故障，需要對非接觸式安全開關內兩組磁簧開關電路的訊號組合進行監控。當控制器偵測到非正常的訊號組合時，會判定為發生接點熔著故障，隨即停止安全輸出，並停止機械運作。其基本原理如【圖4】所示。圖中假設了兩組電路中的其中一組（磁簧開關B）發生接點熔著的情況。

此外，即使監控了兩組電路的訊號，若兩組電路同時發生故障，則無法檢偵測到這類同時故障的情況。為此，磁簧開關同時使用NO接點（常開接點，門打開時開路）與NC接點（常閉接點，門打開時閉路），以防止所有開關同時故障的情況發生。

※直接開路動作功能：在開關本體與促動器為機械性結合型的開關中，拔出促動器(按下按鈕)時的操作力量會直接對NC接點作用並使接點強制開路，進而遮斷電流的構造。

＜特色與用途＞

如前所述，非接觸式安全開關因無需物理接觸，不會產生磨損粉塵。因此，特別適合用於半導體及其應用產品的生產設備，例如要求潔淨環境的無塵室內設備的互鎖用途。
此外，由於表面凹凸較少，感應頭部與促動器不易附著或堆積異物，因此也適用於需要設備進行全面清洗的食品製造裝置的互鎖用途。

一般來說，非接觸式安全開關相較於機械式安全開關體積較小，因此如【圖5】所示，也能安裝於旋轉半徑較小的窗戶。此外，相較於機械式安全開關，非接觸式安全開關在安裝時的精度準要求稍微寬鬆一些。

＜使用注意事項＞

由於促動器中使用了磁鐵，因此在其他磁鐵或強磁性物質（例如鋼板）存在的情況下，必須將其安裝在不受影響的距離外。此外，用於固定感應頭部或促動器的螺絲也應避免使用強磁性材料製成的零件。若環境中存在鐵粉或其他強磁性金屬粉末，則不建議使用非接觸式安全開關。

此外，非接觸式安全開關因無物理接觸，其特性上不具備物理鎖定機構。因此，如果需要物理鎖定門，需另行安裝如氣缸等其他鎖定機構。

RFID型非接觸式安全開關

＜構造與動作原理＞

RFID型非接觸式安全開關的基本構造如【圖6】所示。

當安裝在門上的促動器接近安裝在機械上的感應頭部時，感應頭部內的RFID讀取器會從促動器內的RFID中讀取ID數據。接著，讀取到的ID數據會與事先存儲於感應頭部內的ID進行比對。若比對結果一致，則感應頭部會傳遞門已關閉的資訊。

＜防止無效化功能＞

RFID型防止無效化功能分為統一碼型與多碼型兩種。

■統一碼型

此方式僅當RFID讀取器讀取到啟用時已配對的特定RFID編碼時，才會傳遞門已關閉的資訊（如【圖7】所示）。即使靠近未經配對的促動器，系統也不會判定門已關閉。因此，此方式能實現非常高水準的防止無效化措施，充分發揮RFID型開關的特點。不過，仍需採取措施，防止已配對的促動器被從門上拆除。

■多碼型

此方式允許具有相同RFID編碼的不同促動器個體傳遞門已關閉的資訊。即便如此，在防止無效化方面，仍比磁簧開關型開關達到更高水準。然而，與磁簧開關型開關一樣，此方式同樣需要建立安全管理體系，包括防止促動器從門上拆除的措施，以及更換用促動器的管理等。

＜故障偵測功能＞

不論是統一碼型還是多碼型，透過內建於感應頭部內的控制器功能（內建IC與軟體），皆能自行偵測故障。因此，不需要額外的外部控制器來進行故障診斷。

總結

針對磁簧開關型與RFID型，其防止無效化功能與故障偵測功能可依據【表2】進行比較。

此外，關於防止無效化功能，還需要考慮機械的安裝方式與安裝位置的影響。有關詳細資訊，請參考以下內容。

國際安全標準: ISO 14119

非接觸式安全開關 產品介紹