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何謂3位置促動開關 | 台灣

如【圖1】所示,高度自動化的生產設備看起來似乎不需要人為介入。

然而,如【圖2】所示,在設備的啟動階段、變更設定時或進行機器人教導操作時等,必須有人員進入安全柵欄內(危險區域),在機器人手臂等可動部位的附近進行手動操作,這些作業比正常運行時具有更高的風險。為了在這些情況下確保安全,有效的解決方案就是「三位置促動開關」(以下簡稱「促動開關」)。

促動開關被安裝在手持式教導器等攜帶型操作設備中,透過人工有意識地操作促動開關來允許機械的手動操作。此外,當人員面臨危險時,促動開關能在緊急反應下取消操作許可,進而使機械停止運作,是一種用於確保安全的設備。

促動開關的動作與使用方法


代表性的促動開關如同【圖3】,而有組裝促動開關的操作裝置範例則如【圖4】所示。

按鈕有3階段動作

一般的開關按鈕操作只有「ON/OFF」兩段式,但促動開關的按鈕操作則分為「OFF/ON/OFF」三段式。【圖5】顯示了按鈕操作的各階段及其接點的ON/OFF狀態。

位置1 是未操作按鈕的狀態,此時接點為關閉(OFF),機械的手動操作不被允許。
位置2 是輕輕按下按鈕的狀態,此時接點開啟(ON),機械的手動操作被允許。例如,機器人的教導操作只能在此狀態下進行。如果從位置2放開手,按鈕會回到位置1,接點隨之關閉(OFF),手動操作許可被取消,機械會因此停止運作。

位置3 是從位置2再進一步按下按鈕的狀態,此時接點關閉(OFF),手動操作許可被取消,機械停止運作。此外,當按鈕從位置3回到位置1時,接點仍保持關閉(OFF)。

為何需要位置3


如果僅考慮手動操作,似乎只需要位置1和位置2就足夠了。那麼,為什麼還需要設置位置3呢?這是因為考量到人類的反射動作。在遇到意外危險情況時,人類會本能地做出「放開手」或「手握緊」的反射反應。

在進行手動操作時,當作業人員有意識地將按鈕保持在位置2時,機械的手動操作會被允許,例如進行教導作業等。在這些作業過程中,若因操作失誤或干擾(例如噪聲信號)導致機器人或設備出現預期外的動作,可能會使作業人員面臨危險。在這種情況下,作業人員通常會因驚嚇而本能地將教導器(控制設備)拋開,或者緊握住教導器。

然而,作業人員在驚嚇中的反射行為並不固定,無法事先預測究竟是會放開手還是手握緊,只有當情況發生時才能知道。因此,為了確保即使在作業人員緊握住按鈕的情況下也能讓機械停止運作,就設置了位置3。

自我診斷(故障偵測)

促動開關主要用於在門的互鎖裝置(Interlock)被解除後,於安全柵欄內讓人與機械協同作業的環境中,降低風險。因此,使用促動開關的安全系統需要具備與門互鎖裝置相同等級的高安全性能。

例如,在工業機器人或使用工業機器人的系統中,基於規範,使用促動開關的安全系統需達到類別3(Category 3)及性能等級d(PL=d)**的要求。為此,透過將促動開關的接點設計為雙重化(冗餘設計),並配合安全控制器來建構系統,可以防止因促動開關接點故障而引發的危險狀態,從而實現高水平的安全性能。(如【圖7】所示)。
此外,關於類別(Category)與性能等級(PL)的說明,請參考以下的連結內容確認。

3位置促動開關應用範例

正如上述所示,促動開關是一種降低風險的措施,適用於人與機械協同工作的場合。它利用作業人員在遇到危險時的本能反射反應(如放開手或手握緊)來停止機械,從而降低風險。促動開關主要安裝在機器人教導用的操作裝置上,用於確保人員在靠近機器人進行教導操作時的安全性。

然而,利用作業人員放開手或手握緊的反射反應來降低風險,不僅僅適用於機器人領域。只要是在機械停止能夠保障安全的用途中,促動開關都有可能大幅提升風險降低的效果。

針對這一點,最新的 IEC60947-5-8:2020《低壓開關設備及控制設備-第5-8部分:控制電路裝置及開關元件-3位置促動開關》 中新增了多種應用範例(以下圖片引自 IEC60947-5-8:2020)。

以下所示的 A1~A3,是促動開關在過去主要應用的機器人領域中的具體範例,包括教導操作裝置和握柄開關的應用案例。
以下所示的 A.4~A.8 是新增加的應用範例。

關於適用於這些用途的促動開關,請參考此頁面進行確認。