1、ICS 25.040.01 J 07 DB21 辽宁省地方标准 DB 21/T 23152014 工业机械用数字控制器安全功能要求 Safety control functional requirements for numerical controller of industrial machinery 2014 -06 -16发布 2014 -08 -16实施 辽宁省质量技术监督局 发布 DB21/T 23152014 I 前 言 本标准为工业机械用数字控制器的控制安全给出一般要求。 本标准按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。 本标准由辽宁省标准化研究院提出。 本标准由辽宁省质量
2、技术监督局归口。 本标准起草单位：辽宁省标准化研究院、沈阳高精数控技术有限公司。 本标准主要起草人：尹震宇、赵庶、高一平、杨丹、李亮、聂菲。 本标准为首次发布。 DB21/T 23152014 1 工业机械用数字控制器安全功能要求 1 范围 本标准规定了工业机械用数字控制器研发、设计、验收及应用安全基本要求，数字控制器技术要求、试验要求、包装与储运要求、故障诊断与处理要求等。 本标准适用于各种类型的工业机械用数字控制器，包括金属切削机床、锻压机床、木工机床及特种加工机床等数字控制器。其他用途的数字控制器亦可参照执行。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文
3、件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 191-2008 包装储运图示标志（ISO 780：1997，MOD） GB/T 4205-2010 人机界面标志标识的基本和安全规则 操作规则（IEC 60447：2004，IDT） GB 4208-2008 外壳防护等级（IP代码）（IEC 60529：2001，IDT） GB/T 5080.7-1986 设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案（idt IEC 60605-7：1978） GB 5226.1-2008 机械安全 机械电气设备 第1
4、部分：通用技术条件（IEC 60204-1：2005，IDT） GB/T 8129-1997 工业自动化系统机床数值控制 词汇（idt ISO 2806：1994） GB/T 8870.1-2012 自动化系统与集成 机床数值控制 程序格式和地址字定义 第1部分：点位、直线运动和轮廓控制系统的数据格式 GB/T 9969-2008 工业产品使用说明书 总则 GB 12668.3-2012 调速电气传动系统 第3部分 :电磁兼容性要求及其特定的试验方法 GB/T 13384-2008 机电产品包装通用技术条件 GB 14050-2008 系统接地的型式及安全技术要求 GB/T 14436-199
5、3 工业产品保证文件 总则 GB/T 15760-2004 金属切削机床 安全防护通用技术条件 GB/T 15969.2-2008 可编程序控制器 第2部分: 设备要求和测试 GB/T 17626.2-2006 电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验 GB/T 17626.3-2006 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验 GB/T 17626.4-2008 电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 GB/T 17626.5-2008 电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验 GB/T 17626.8-2006 电磁兼容 试验和测量技术 工频磁场抗扰度试
6、验 GB/T 17626.11-2008 电磁兼容 试验和测量技术 电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验 GB/T 17799.2-2003 电磁兼容 通用标准 工业环境中的抗扰度试验 GB 18209.1-2010 机械电气安全 指示、标志和操作 第1部分：关于视觉、听觉和触觉信号的要求（idt IEC 61310-1：2007） GB 18209.2-2010 机械电气安全 指示、标志和操作 第2部分：标志要求（idt IEC 61310-2：2007） DB21/T 23152014 2 GB/T 19660-2005 工业自动化系统与集成 机床数值控制 坐标系和运动命名（ISO 8
7、41：2001，IDT） GB 28526-2012 机械电气安全 电工、电子和可编程序电子控制系统有关功能安全 3 术语和定义 3.1 数字控制器 numerical controller 能够按照零件加工程序的数值指令信息进行控制，使机床完成工作运动并加工零件的控制系统。 3.2 电柜、机箱、与内置型机箱 electric cabinet，enclosure and build-in enclosure 电柜和机箱是用来安装数字控制器的电路和部件，用以防止外部影响及操作人员触电的壳体。通常机柜体积较大，开有柜门；机箱较小，开有盖。内置型机箱是指安装在电柜或其他机箱内部的机箱。 注：对于做成
8、内置型机箱的数字控制器的控制装置，其操作面板部分通常为操作人员可以接触到，而其余部分则安装在电柜或其他机箱内部。 3.3 端口 port 数字控制器各种装置和单元上，能够提供和接受电磁能量或信号，且这些电磁能量或信号能够被测量到的特定边界。 注：端口一般是指数字控制器对外部的边界，而接口一般是指数字控制器系统内部各装置或单元的边界。 3.4 电源端口 power port 连接数字控制器各种装置和单元与供电电源的端口。电源端口中通常包含保护接地端口。 注：驱动单元连接电机的电源输出端口为电机电源接口。 3.5 控制与测量信号接口 signal interfaces of control and
9、 measurement 连接数字控制器各装置和单元之间的控制与测量信号的接口。接口之间通过相应的信号线或信号电缆相连接从而完成指定的功能。 3.6 计算机信号端口 signal ports of computer 数字控制器各装置与计算机之间的信号端口，通常包括RS232/485，USB、键盘、网络等信号端口。 3.7 第一类环境 frist environment 包括民用环境，以及那些不经过中间变压器而直接连接到向民用供电的低压供电电网的应用环境。 注：第一类环境的示例：居住房屋、公寓、商业区和居住区内的办公楼。 3.8 DB21/T 23152014 3 第二环境 second env
10、ironment 除了直接连接到向民用供电的低压供电电网的应用环境之外的所有环境。 注：第二类环境的示例：工业区以及由专用电力变压器供电的用于技术服务区的建筑物。 3.9 抗扰度 immunity 数字控制器及其各装置或单元面临电磁骚扰不降低运行性能的能力。 3.10 静电放电 electrostatic discharge 具有不同静电电位的物体相互靠近或直接接触引起的电荷转移。 3.11 脉冲群 electrical fast transient/burst 一串数量有限的清晰脉冲或一个持续时间有限的振荡。 3.12 浪涌（冲击）surge 沿线路或电路传播的瞬态电压波。其特征是电压快速上
11、升后缓慢下降。 3.13 电压暂降 voltage dip 电气系统某一点的电压突然下降，经历几周到数秒的短暂持续期后又恢复正常。 3.14 辐射骚扰 radiated disturbance 以电磁波的形式通过空间传播能量的电磁骚扰。 3.15 传导骚扰 conducted disturbances 通过一个或多个导体传递能量的电磁骚扰。 3.16 工频磁场骚扰 disturbance of power frequency magnetic field 由工频磁场所引起的电磁骚扰。 3.17 平均无故障工作时间 means time between failures 数字控制器无故障工作时间
12、的平均值。 DB21/T 23152014 4 4 技术要求 4.1 数字控制器的基本要求 4.1.1 功能分类 数字控制器按其功能用途可以分为金属切削机床、锻压机床、成型加工机床、木工机床、特殊加工机床和专用机械等数控机床用的数字控制器。 4.1.2 坐标轴与运动方向 数字控制器的坐标轴和运动方向应符合GB/T 8870.1-2012第11章及12章规定。 4.1.3 功能代码 数字控制器的功能代码应符合GB/T 8870.1-2012第7章规定。 4.1.4 数据格式 数字控制器的数据格式应符合GB/T 8870.1-2012第4章及5章规定。 4.1.5 控制功能 4.1.5.1 数字控
13、制器的控制功能应符合数控机床的使用要求。 4.1.5.2 数字控制器一般应具有自动操作、手动操作、程序输入和编辑、自诊断、报警显示、机床回零点、手动数据输入、手摇脉冲发生器或单步进给等基本功能。 4.1.5.3 对于性能较高的数字控制器，或特种数字控制器，还应具有和数控机床要求相适应的更多的功能。 4.1.5.4 必要时可以有特殊功能，但应符合本标准的要求。 4.1.5.5 各种数字控制器生产厂商的各个型号的数字控制器的具体功能以及其有关技术指标，应在其产品说明书或使用手册中详细说明。 4.2 数字控制器的设计要求 4.2.1 结构与外观 数字控制器的外形及结构布局不应对人体构成伤害，或对人员
14、存在潜在的伤害隐患。 4.2.2 标志 4.2.2.1 数字控制器的电柜、机箱、操作面板上的开关、按键、按钮、旋钮、指示灯、保险丝及控制单元（如手摇脉冲发生器）应有表示其功能的标志，电源端口、保护接地端口及信号连接端口/接口等应有表示其作用或相应端子定义的标志。 4.2.2.2 所有这些标志应牢固、清晰、美观、经久耐用极易于观察，并且不会因为系统安装或连线时被破坏或永久遮盖。 4.2.2.3 所使用的各种标志应符合GB 18209.2-2010， GB/T 4205-2010的规定。外包装上的标志应符合本标准第6章的规定。 4.2.3 颜色 DB21/T 23152014 5 4.2.3.1
15、连接导线 用颜色代码作连接导线的标记时可采用黑、棕、红、橙、黄、绿、蓝（包括浅蓝）、紫、灰、白、粉红、青绿等颜色。保护导线的颜色为黄/绿双色线且是绝对专用的。建议使用下列导线颜色代码： 黑色：交流和直流动力电路； 红色：交流控制电路； 蓝色：直流控制电路； 4.2.3.2 操作控制元件 操作控制元件（按键与按钮）的颜色应符合表1的规定。 表1 按键与按钮的颜色代码及其含义 颜色 含义 说 明 应用示例 红 紧急 危险或紧急情况时操作 急停 紧急功能起动 黄 异常 异常情况时操作 干预制止异常情况 干预重新起动中断了自动循环 绿 正常 起动正常情况时操作 蓝强制性的要求强制动作的情况下操作 复位
16、功能 白 起动/接通（优先） 停止/断开 灰 起动/接通 停止/断开 黑 未赋予特定含义 除急停以外的一般功能的起动(见注) 起动/接通 停止/断开（优先） 注：如果使用代码的辅助手段(如形状、位置、标记)来识别按钮，则白、灰或黑同一颜色可用于各种不同功能(如白色用于起动/接通和停止/断开)。 4.2.3.3 指示元件（指示灯、光标按钮、闪烁灯）的颜色应符合表2的规定。 表2 指示灯颜色及其相对于机械状态的含义 颜色 含义 说 明 操作者的动作 红 紧急 危险情况 立即动作去处理危险情况（如操作急停） 黄 异常 异常情况 紧急临界情况 监视和（或）干预（如重建需要的功能） 绿 正常 正常情况
17、人选 蓝 强制性 指示操作者需要动作 强制性动作 白 无确定性质 其他情况，可用于红、黄、蓝色的应用有疑问时 监视 注：关于指示元件其他要求参见GB 5226.1-2008中10.3、10.4及GB 18209.1-2010中5.2。 4.2.4 导线与连接 DB21/T 23152014 6 导线和电缆的选择应符合GB 5226.1-2008中第13章的规定。连接与布线应符合GB 5226.1-2008中第14章的规定。插头与插座组合的形式应使得无论何时，即使在连接器插入或拔出时，能够防止人与带电部分意外接触（保安特低电压电路除外），从而避免危险隐患。 4.2.5 防护 4.2.5.1 防护
18、等级要求 数字控制器电柜和机箱的防护等级要求如下： 电柜和机箱：IP54； 内置型机箱：IP54IP00。 注：有关防护等级IP代码的组成和含义可参见GB 4208-2008中第4章、第5章、第6章。 4.2.5.2 防护等级的设计 数字控制器电柜和机箱的设计原则是保证它的密封性能，具体方法：将电柜或机箱的门边框采用密封条或密封圈，其材料应能经受侵蚀性液体、油、雾或气体的化学影响；机箱的所有通孔应密封住，电缆线进口在现场应容易打开等。详细要求应符合GB 5226.1-2002中12.4的规定。 电柜和机箱内部散热的具体方法： 推荐采用小型工业用空调器或热交换器； 不推荐采用普通散热结构的设计；
19、 推荐采用专门散热结构的设计。 注：以上推荐的方法同样适用于由数控机床制造厂商设计制造的用以安装内置型数字控制器的电柜和机箱。也同样适用于机床数控化改造的电柜和机箱。 4.2.5.3 防护的其他要求 如果工作、存放和运输环境有超量污染物（如灰尘、酸类物、腐蚀性气体或盐类物）和辐射时，供方与需方宜达成专门协议。 4.2.6 操作与维修 应充分考虑电柜、机箱的操作和维修性能，并符合GB 5226.1-2002中12.2的规定。 4.2.7 铭牌 应有包括型号、名称、制造厂名、制造日期、额定电压、相数、额定电流或功率等内容在内的铭牌，其文字要清晰、美观、耐久。铭牌的固定或张贴要牢固，易于观察。 4.
20、3 数字控制器的接口信号要求 4.3.1 模拟接口信号 数字控制器的各个装置或单元之间的控制信号可使用模拟接口信号。输入输出信号应符合 GB/T 15969.2-2008中5.3的规定。 注：模拟输出应能承受直至短路时的任何过载。 4.3.2 数字脉冲接口信号 数字脉冲接口信号在数字控制器的各个装置或单元之间可以有多种类型：控制用电平接口信号进给用脉冲接口信号、测量用脉冲反馈接口信号、通讯用接口信号（RS232/485、USB、键盘接口）等。数字DB21/T 23152014 7 控制器的生产厂商应在产品说明书或使用手册上说明。对于脉冲和电平接口信号，还应说明脉冲信号的种类、电平、速率、信号电
21、流等。 4.3.3 现场总线接口 高性能的数字控制器往往采用现场控制总线来作为数字控制器的装置或单元之间的接口。现场总线种类很多，数字控制器生产厂商应在产品说明书或使用手册上说明。 4.3.4 其他信号 数字控制器的还应具备以下信号接口： 准备就绪（输入）； 允许/封锁工作（输出）； 故障报警（输入）。 数字控制器提供的其他信号接口应在说明书或使用手册中说明。 4.4 环境要求 4.4.1 基本要求 数字控制器环境应符合GB 5226.1-2008和GB 15969.2-2008的要求。 4.4.2 气候环境适应性要求 数字控制器应能在表3规定的气候环境条件下正常运行、储存和运输。 表3 数字
22、控制器的气候环境要求 项目 运行气候条件 储存/运输气候条件 环境温度范围（适用于采用电柜型机箱的数字控制器或装置） 040 环境温度范围（适用于采用内置型机箱的数字控制器或装置） 055 长期储运：-2555 短期储运(35 S/2 数字控制器每一个装置的电源引入端口处连接外部保护导线的端子应使用字母标志PE来指明，连接到机械元件或部件的保护接地电路的其他接地端子，则应使用图形符号来表示。 注：详细要求见GB 5226.1-2008中5.2和8.2、8.3的要求。 4.6.4 绝缘电阻 在各种工作气候环境下，数字控制器在连接到外部电源的电路与保护接地电路之间施加500VDC时测得的绝缘电阻应
23、大于1M。 DB21/T 23152014 13 4.6.5 数字控制器的安全要求 数字控制器的安全要求应符合GB 15760-2004中5.4.9的规定，包括: 满足预期的操作条件和环境影响； 设置访问口令或钥匙开关，防止程序被有意或无意改动； 有关安全的软件未经授权不允许改变。 4.7 数字控制器的可靠性要求 数字控制器的可靠性可以用平均无故障时间(MTBF)来评定，定型生产的数字控制器其MTBF定为简易数字控制器5000h以上和普及数字控制器和高性能数字控制器10000h以上二个等级，数字控制器生产厂商可以对其不同的产品要求在其企业标准中规定。 4.8 数字控制器的文件要求 4.8.1
24、技术文件 数字控制器的制造厂商应向用户提供随行技术文件，内容包括：产品规格、安装、连接、操作、编程等在内的使用说明书或使用手册，用户需要时应提供维修手册。 国内用户应提供中文说明书并采用国务院正式公布、实施的简体汉字。 所有技术文件应符合GB 9969-2008的规定。 4.8.2 保证文件 数字控制器的制造厂商应向用户提供产品合格证书和保修单等文件，当用户需要时还应提供质量检验报告。 所有这些保证文件应符合GB/T 14436-1993的规定。 4.8.3 包装文件 数字控制器的制造厂商应向用户提供数字控制器产品的装箱单，内容包括: 包装箱数量、产品型号、名称、数量； 随机附件的名称、型号、
25、数量； 随行技术文件的名称、数量等。 5 试验要求 5.1 绝缘电阻试验 执行绝缘电阻试验时，动力电路导线和保护联结电路间施加500V d.c时测得的绝缘电阻不应小于1M。对于某些部件，如母线、汇流线、汇流排系统或汇流环装置，绝缘电阻值不应小于50K。 设备中如包含浪涌保护器件，在试验期间，该器件可能工作，则允许拆除该浪涌保护器件或者降低试验电压值，使其低于浪涌保护器件的电压保护水平，但不应低于电源电压的上限峰值。 5.2 耐压试验 当执行耐压试验时，应使用符合GB/T17626.2-1998要求的设备。 试验电压的标称频率为50Hz或者60Hz。 最大试验电压具有两倍的电气设备额定电源电压值
26、或1000V，应取其中的较大者。 DB21/T 23152014 14 最大试验电压应施加在动力电路导线和保护联结电路之间1s时间，如果未出现击穿放电则满足要求。 不宜施加试验电压的元件和器件应在试验期间断开或采取必要的保护措施。 5.3 功能安全试验 设备的安全电路的功能应进行检验。 5.4 重复试验 如设备的一部分有变动或者改进，该部分应重新检验和试验。 5.5 包装检查 用目测法对数字控制器包装进行检验，其检查结果应符合6.1的有关规定。 5.6 随机文件的完整性检查 交收检验合格的数字控制器，其随机文件内容及完整性应符合4.8的有关规定。 6 包装与储运 6.1 包装 包装箱宜采用瓦楞
27、纸箱且牢固可靠，有防潮湿、防振、防碰撞的措施。 包装箱上应有“小心轻放、向上、怕雨、堆码层数极限”等图形标志，所有标志均应清楚、明显、牢固。标志应符合GB/T 191-2008的规定。 包装箱上应注明：产品型号、名称、出厂编号、数量、发货单位、收货单位、发站、到站、重量和尺寸等信息。 包装应符合GB/T 13384-2008的规定。 6.2 储存 数控产品应放置在通风干燥的库房内，避免有害物质影响。数字控制器宜定期通电。对存放期超过一年的产品，应重新做出厂检验，合格后才能出厂。 储存条件应符合4.4.2的规定。 6.3 运输 包装好的产品应适应公路、铁路、航运、航空等运输。产品不应在露天环境中
28、运输。运输中应注意防雨雪、防尘和机械损伤。 运输条件应符合4.4.2的规定。 7 存储器电池要求 7.1 数字控制器的存储器电池 零件程序偏移量和系统参数都存储在控制单元的存储器中，数字控制器的控制单元应提供以电池为电源的备用电源。更换电池时应保持电源接通。 DB21/T 23152014 15 7.2 绝对脉冲编码器电池 绝对脉冲编码器所存储的绝对位置信息存储在编码器的存储器中，应提供以电池为电源的备用电源。更换电池时应保持电源接通。 8 故障诊断与处理 8.1 故障处理流程 故障处理流程如图1所示，包括： 故障确认，确认故障现象、故障发生时刻、进行何种操作导致故障出现等，确认故障发生及故障
29、类型； 故障处理，通过更换部件、升级软件（固件）等，修复故障； 恢复现场，恢复系统正常运行。 图1 故障处理流程 8.2 故障诊断基本要求 应检查在什么时间出现故障、故障出现的频率、进行了什么操作导致故障出现等。具体包括： a) 什么时候出现故障： 日期和时间； 操作中出现故障时间有多长； 电源接通时出现； 是否出现雷击电源故障或其它电源干扰。 b) 出现了多少次： 只有一次； 出现多次每小时每天或每月多少次。 c) 数字控制器的操作方式： 手动方式； 存储器操作方式； MDI方式； 返回参考点方式。 d) 程序操作过程中： 在程序的什么地方； DB21/T 23152014 16 什么程序号
30、和顺序号； 什么程序； 在轴运动中出现； 在执行代码时出现； 故障是程序特有的。 e) 同样的操作是否引起同样的故障： 检查故障的重复性； 数据输入/输出时出现。 8.3 进给轴伺服驱动故障诊断及处理 8.3.1 进给轴伺服驱动故障现象： 在低进给速度和高进给速度时均出现； 只对某个轴发生该故障在断开电缆情况下； 在报警显示界面上显示的是什么报警； 显示界面是否正确； 如果加工尺寸不正确： 误差有多大； 显示界面上的位置显示是否正确； 偏移量是否正确； 其它信息。 8.3.2 进给轴伺服驱动故障的基本诊断： 自动操作是否可以执行； 检查手动操作是否可以执行； 检查机床操作面板上循环起动信号灯的
31、状态； 检查数字控制器的状态； 机床是否有噪声源； 如果故障没有频繁地出现则原因可能是电源的外部噪声或机械电缆的感应，噪声操作使用同一电源的其它机床并查看其他机床的操作与发生的故障之间是否有关系。 电压是否有变化； 各相电压是否有异； 供应的是否为标准电压。 控制单元的环境温度有多高：操作时为045； 控制单元上是否施加了过高的振动：操作时0.5G。 8.3.3 进给轴伺服驱动故障的一般处理方法： 将故障现象或现场故障诊断结果发送给生产商，按照生产商要求更换或调整部件； 将故障现象或现场故障诊断结果发送给生产商，按照生产商要求升级（更换）软件或固件； 将故障现象或现场故障诊断结果发送给生产商，
32、由生产商更换部件。 8.4 主轴驱动故障诊断及处理 8.4.1 主轴伺服驱动故障现象： DB21/T 23152014 17 什么时候（电压接通时、加速时、减速时或恒速转动时）出现该故障； 在报警显示界面上显示的是什么报警； 显示界面是否正确； 如果加工尺寸不正确： 误差有多大； 显示界面上的位置显示是否正确； 偏移量是否正确； 其它信息。 8.4.2 主轴伺服驱动故障的基本诊断： 自动操作是否可以执行； 检查手动操作是否可以执行； 检查机床操作面板上循环起动信号灯 的状态； 检查数字控制器的状态； 机床是否有噪声源； 如果故障没有频繁地出现则原因可能是电源的外部噪声或机械电缆的感应，噪声操作
33、使用同一电源的其它机床并查看其他机床的操作与发生的故障之间是否有关系。 电压是否有变化； 各相电压是否有异； 供应的是否为标准电压。 控制单元的环境温度有多高：操作时为045； 控制单元上是否施加了过高的振动：操作时0.5G。 8.4.3 主轴伺服驱动故障的一般处理方法： 将故障现象或现场故障诊断结果发送给生产商，按照生产商要求更换或调整部件； 将故障现象或现场故障诊断结果发送给生产商，按照生产商要求升级（更换）软件或固件； 将故障现象或现场故障诊断结果发送给生产商，由生产商更换部件。 8.5 位置编码器故障诊断及处理 8.5.1 位置编码器故障现象： 在低进给速度和高进给速度时均出现； 只对某个轴发生该故障在断开电缆情况下； 在报警显示界面上显示的是什么报警； 显示界面是否正确； 如果加工尺寸不正确： 误差有多大； 显示界面上的位置显示是否正确； 偏移量是否正确； 其它信息。 8.5.2 位置编码器故障基本诊断： 检查主轴和位置编码器之间的连接； DB21/T 23152014 18 同步皮带断裂； 键被取掉； 联轴节松动； 连接点松动； 信号电缆的连接器被松开。 _
