位于德國帕彭堡的邁爾船廠（MEYER WERFT）是世界上最先進(jìn)的造船廠之一。它憑借富于創(chuàng)新的高效生產(chǎn)技術(shù)，在造船業(yè)享有盛譽(yù)。該公司十分重視生產(chǎn)技術(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化，因此， 2012 年他們在邁爾船廠建成了自己的高性能激光焊接技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室。由于安全要求極高，而激光焊接又屬于最高風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，因此，作為全方位安全自動(dòng)化供應(yīng)商的 皮爾磁提供了必要的技術(shù)系統(tǒng)組件，并負(fù)責(zé)整體項(xiàng)目管理。

無論從哪一方面來看，邁爾船廠的規(guī)模都超過了普通的生產(chǎn)場地：在這里，最大的生產(chǎn)車間有 504 米長、約 125 米寬和 75 米高。這里正在建造的或之前已出塢的船舶，都是世界上最大的船只。該公司成功的主要原因是：他們在規(guī)劃和生產(chǎn)工藝的所有領(lǐng)域均使用最新技術(shù)。

以現(xiàn)代激光工藝確保質(zhì)量

鋼材是船舶建造中最重要的資源。造船所用鋼材直接來源于由基板構(gòu)成的鋼結(jié)構(gòu)，這些基板長寬達(dá) 10 x 3 米、厚 5 - 30 mm。在邁爾船廠，他們使用激光焊接技術(shù)接合各分段的歷史長達(dá) 20 年。通過 MSG 激光混合焊接工藝，邁爾船廠開發(fā)出一種特殊工藝，它結(jié)合了現(xiàn)代激光技術(shù)和傳統(tǒng)的金屬屏蔽氣焊工藝。此工藝的優(yōu)點(diǎn)包括焊接速度快、焊縫變形較少（熱輸出較低）、強(qiáng)度更大且高度可靠。因此，MSG 激光混合焊接比傳統(tǒng)工藝更加經(jīng)濟(jì)高效。

邁爾船廠的激光中心使用七臺(tái)大型激光焊接設(shè)備，每臺(tái)設(shè)備的最大輸出功率達(dá) 12 kW。由起重機(jī)架引導(dǎo)的激光設(shè)備以高度自動(dòng)化的工藝接合長度超過30 米的金屬板。

激光測試實(shí)驗(yàn)室需要特定安全功能

邁爾船廠的決策者們明白，只有不斷創(chuàng)新才能確保競爭力，這也是他們在 2011 年決定建設(shè)新的 3D 激光焊接測試中心的原因。此實(shí)驗(yàn)室的目的在于開發(fā)和測試使用高性能激光的新生產(chǎn)方法，以便將來的工藝設(shè)計(jì)能夠更高產(chǎn)、更高效。這是一種靈活的測試臺(tái)，所以必須事先檢測所有與操作此類設(shè)備相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和潛在危險(xiǎn)。邁爾船廠委托來自 德國明斯特大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的激光技術(shù)及激光安全專家 Dr. Ing. Klaus Dickmann 教授編寫一份基礎(chǔ)技術(shù)安全報(bào)告。報(bào)告列出了所有外在風(fēng)險(xiǎn)；根據(jù)歐盟的激光安全指令 DIN EN 60825，必須采取合適措施降低風(fēng)險(xiǎn)和避免危險(xiǎn)。

“這對我們而言也是新領(lǐng)域：對于規(guī)劃的新實(shí)驗(yàn)室，我們必須開發(fā)一種全新的、全面而靈活的安全解決方案，因?yàn)槲覀兿Ｍ�它適用于當(dāng)前和將來的所有激光應(yīng)用”，邁爾船廠研發(fā)部接合技術(shù)科的主管 Frank Boekhoff 表示。從根本上而言，智能安全概念必須提供可能有的最大余地和研究實(shí)驗(yàn)室所需的自由度，以及可能實(shí)現(xiàn)的最高安全級(jí)別。

安全、完整的一站式解決方案和服務(wù)

邁爾船廠的生產(chǎn)現(xiàn)場激光實(shí)驗(yàn)室使用高性能 4 類 10 kW 激光。由于此激光具有高強(qiáng)度輻射，如果暴露于其中，操作人員將面臨風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)室的尺寸約 4 x 4 米，使用六軸自動(dòng)機(jī)械操作激光。報(bào)告要求提供以下設(shè)施：即使在最壞情況下也能經(jīng)受聚焦激光束至少 10 秒的防光墻，雙層門窗（包括集成有源激光傳感器），外加單獨(dú)提供防護(hù)的操作及控制室。這首先達(dá)到了基本的被動(dòng)安全，但其本身并未就歐盟的激光安全指令提供足夠防護(hù)。該報(bào)告還指出需防止未經(jīng)授權(quán)地開放出入點(diǎn)，并且在啟動(dòng)激光單元時(shí)，必須絕對保證測試區(qū)內(nèi)無人員滯留。

帶控制臺(tái)的激光中心控制窗口

這一任務(wù)僅靠技術(shù)是無法實(shí)現(xiàn)的，還需具備與所需安全解決方案相關(guān)的強(qiáng)大實(shí)力和豐富經(jīng)驗(yàn)。作為完整的安全自動(dòng)化供應(yīng)商，來自奧斯菲爾敦的皮爾磁最終獲得了該合同。通過與邁爾船廠工程師的合作，皮爾磁開發(fā)了一種專為該實(shí)驗(yàn)室中的環(huán)境量身定制的安全解決方案。“我們需要可靠的解決方案來監(jiān)控來自所有安全開關(guān)的信號(hào)，以及激光、自動(dòng)機(jī)械和窗戶。在緊急情況下，系統(tǒng)必須在零點(diǎn)幾秒的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉”Frank Boekhoff 在總結(jié)要求時(shí)說。

安全解決方案包括控制和傳感器技術(shù)—皮爾磁的 PSS 4000 自動(dòng)化系統(tǒng)可以在零點(diǎn)幾秒的時(shí)間內(nèi)評估/關(guān)閉激光。  

PSS 4000 安全和標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)化系統(tǒng)是皮爾磁所開發(fā)解決方案的重心。此多功能系統(tǒng)在機(jī)械工程領(lǐng)域廣受認(rèn)可；作為主要實(shí)例，它管理各種或簡單或復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)，實(shí)現(xiàn)硬件和軟件組件之間的最佳互動(dòng)。

在測試實(shí)驗(yàn)室中，來自 PSS 4000 自動(dòng)化系統(tǒng)的 PSS universal PLC 控制系統(tǒng)監(jiān)控安全相關(guān)信號(hào)，例如操作模式、急停和聯(lián)鎖安全門。實(shí)驗(yàn)室具有防光的雙層石砌結(jié)構(gòu)，可在指定時(shí)間內(nèi)阻斷激光束；門窗均配備有激光傳感器：如果激光束觸及這些元件中的任何一個(gè)，無論出于何種原因，激光傳感器都會(huì)記錄到。PSS 4000 自動(dòng)化系統(tǒng)直接接入激光設(shè)備的急停電路，可以在零點(diǎn)幾秒的時(shí)間內(nèi)評估/關(guān)閉激光。

為確保不發(fā)生危險(xiǎn)，如果門已打開，無論是有意還是無意，都將使用 PSENsgate 安全門系統(tǒng)（皮爾磁的另一產(chǎn)品）對兩個(gè)出入點(diǎn)的門進(jìn)行防護(hù)。它在一個(gè)系統(tǒng)中結(jié)合了安全門監(jiān)控和安全防護(hù)鎖定功能，并包含了諸如急停和逃生釋放等功能。因此，它滿足了高達(dá)安全等級(jí) (PL) e / 安全完整性等級(jí) (SIL) 3 的最高安全要求。這樣一來，任何因失誤受困于此區(qū)域的人員都可以輕松地離開危險(xiǎn)區(qū)；如果設(shè)備沒有通過若干安防和復(fù)位功能對測試實(shí)驗(yàn)室內(nèi)無人員滯留這一情況予以絕對確定，設(shè)備將無法重啟。該系統(tǒng)有多個(gè)安裝在工作區(qū)的急停按鈕、一個(gè)信號(hào)燈和一個(gè)已安裝的報(bào)警喇叭，該喇叭在即將重啟時(shí)發(fā)出聲音信號(hào)。設(shè)備操作員還能通過連接控制室的窗戶和安裝的大量攝像頭持續(xù)對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行目視檢查。得益于皮爾磁的PITmode操作模式選擇開關(guān)，經(jīng)授權(quán)人員能夠以各種操作模式操作和控制設(shè)備。PITmode 提供兩項(xiàng)功能：操作模式選擇和機(jī)器使用的授權(quán)控制。通過 PITmode 操作模式選擇開關(guān)，您可以在定義的操作模式之間進(jìn)行切換。通過這種方式，每個(gè)操作員被授予與其能力和資質(zhì)相匹配的權(quán)限，因此提供了極佳的篡改防護(hù)。PSS universal PLC 控制系統(tǒng)的作用是監(jiān)控安全相關(guān)和非安全相關(guān)信號(hào)，并確保在發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)立即關(guān)機(jī)。

綜合咨詢和服務(wù)的優(yōu)勢

由于此項(xiàng)目需要非常獨(dú)特的解決方法，皮爾磁的另一主要焦點(diǎn)在于咨詢和服務(wù)。從設(shè)計(jì)階段開始，全方位的安全自動(dòng)化供應(yīng)商即承擔(dān)了所有項(xiàng)目管理，并負(fù)責(zé)場地建設(shè)、檢查、安裝支持直至調(diào)試和設(shè)備批準(zhǔn)。在硬件設(shè)計(jì)方面，皮爾磁提供技術(shù)說明、準(zhǔn)備布線圖、編輯零部件清單并編制了電子格式的文檔。軟件工程方面包含了諸如技術(shù)說明、實(shí)施手冊的編制、設(shè)計(jì)說明、應(yīng)用程序編碼和驗(yàn)證協(xié)議準(zhǔn)備（安全檢查）等服務(wù)。整套服務(wù)的最后一項(xiàng)是設(shè)計(jì)和裝配控制柜和控制臺(tái)，并按照 DIN EN ISO 13849-1 驗(yàn)證所實(shí)現(xiàn)的安全等級(jí)。“PSS 4000 提供的這一安全而完整的解決方案既可靠又實(shí)用，機(jī)械組件也屬一流。憑借一站式服務(wù)，皮爾磁實(shí)實(shí)在在地證明了其在自動(dòng)化、安全和客戶導(dǎo)向方面的強(qiáng)大實(shí)力”，F(xiàn)rank Boekhoff 在總結(jié)結(jié)果時(shí)表示 - 表達(dá)了邁爾船廠與皮爾磁攜手共創(chuàng)未來的愿望。