4. 安全信号与安全功能类型
在 KUKA SafeOperation 中，安全功能并不是抽象概念，而是由具体的安全信号触发、经安全控制器或安全 PLC 逻辑判断后，最终作用于机器人驱动与制动的闭环链路。理解每一种安全功能的定义与触发逻辑，是后续配置安全区域、安全速度与安全监控参数的基础。本节围绕急停、安全门、使能开关、安全停止、安全限速、安全范围六类典型功能，说明它们的信号来源、触发条件、响应方式以及相互之间的配合关系。
一、安全信号的基本分类
KUKA 机器人安全系统通常区分两类信号：一类是直接接入安全控制器（如 KR C4 的 SIB 安全接口板或外部安全 PLC）的硬线安全信号，例如急停回路、安全门开关、使能开关；另一类是经 SafeOperation 软件在安全控制器内部生成和监控的逻辑安全信号，例如安全速度、安全区域、安全姿态。硬线信号决定“是否允许运动”，逻辑信号决定“运动被允许到什么程度”。两者共同构成安全功能的触发链。
从信号极性看，安全信号普遍采用常闭（NC）或双通道反相设计，以保证断线时进入安全状态。例如急停按钮使用双通道常闭触点，安全门使用带强制断开功能的开关，使能开关采用三档位结构。理解极性约定，是判断触发逻辑的前提。
二、六类安全功能的定义与触发逻辑
急停（Emergency Stop）：急停是最高优先级的安全功能，触发源为急停按钮、外部急停回路或安全 PLC 的急停输出。触发后，机器人进入类别 0 或类别 1 停止（依配置而定），驱动使能被切断，制动器抱闸。急停信号通常为双通道常闭，任一通道断开即触发。急停复位后不会自动恢复运动，必须手动确认并重新使能。
安全门（Safety Gate）：安全门用于隔离人员与机器人工作区。门打开时，安全门开关断开，触发安全停止。安全门信号常与门锁联动：门未锁定时不允许启动自动模式。触发逻辑上，安全门通常映射为“保护门打开→安全停止”，并根据风险评估选择停止类别。若配合安全区域监控，可在门打开时仅允许机器人在受限区域内低速运动。
使能开关（Enabling Switch）：使能开关用于手动模式（T1/T2）下的安全确认。典型三档位：松开（未使能）、中间位（使能）、按下到底（急停式断开）。只有在中间位时，机器人才允许在手动模式下运动；松开或按到底均触发停止。使能开关通常与确认开关配合，防止误操作。
安全停止（Safe Stop）：安全停止是多种触发源共用的响应功能，按 IEC 60204-1 分为类别 0（立即断能）和类别 1（受控停止后断能）。触发源包括急停、安全门、使能开关释放、安全区域越界等。类别 1 停止需要监控停止过程，确认速度降至阈值后再切断驱动。
安全限速（Safe Limited Speed, SLS）：SLS 用于限制机器人运动速度不超过设定值。触发条件通常是进入特定区域、切换到特定模式或安全门打开。SafeOperation 通过监控轴速度并与设定阈值比较，一旦超限即触发安全停止。SLS 常与安全区域配合，实现“人在附近时降速”。
安全范围（Safe Range / Safe Zone）：安全范围用于监控机器人工具中心点（TCP）或轴位置是否处于允许区域内。触发逻辑为：当 TCP 进入或离开预设区域时，输出安全信号，触发相应的停止、限速或模式切换。安全范围可定义为笛卡尔空间区域或轴空间区域，支持多个区域叠加与优先级判断。
三、触发逻辑与信号链示意
下图以信号链方式展示六类安全功能从触发源到最终响应的关系。图中左侧为触发源，中间为安全控制器内的逻辑判断，右侧为机器人响应。可以看到，急停与安全门直接作用于安全停止，使能开关作用于手动模式使能，安全限速与安全范围则通过 SafeOperation 逻辑影响速度与停止。
四、功能之间的配合与优先级
实际应用中，六类功能并非孤立工作。急停具有最高优先级，一旦触发，其他安全功能全部让位，机器人立即进入停止状态。安全门次之，门打开时通常触发安全停止，同时可联动安全限速，使机器人在门打开但未完全停止前保持低速。使能开关仅在手动模式下生效，与自动模式下的安全门、安全范围形成互补。
安全限速与安全范围常组合使用。例如，当机器人 TCP 进入靠近操作人员的区域时，SafeOperation 先触发 SLS 将速度限制在 250 mm/s 以下；若继续越界进入禁止区域，则触发安全停止。这种分级响应既保证了安全，又减少了不必要的停机。
五、配置与验证要点
在 KR C4 或 KR C5 上配置这些功能时，需要明确每个安全信号的输入点、极性、双通道一致性以及对应的停止类别。以安全门为例，典型配置为：门开关接入 SIB 的 X11 双通道输入，映射为“保护门”信号，触发类别 1 停止，停止时间监控设为 500 ms。配置完成后，必须通过触发测试验证：手动打开门，观察机器人是否按类别 1 停止，并在示教器上确认安全信号状态变化。
验证安全功能时，建议逐项触发并记录响应时间与停止距离。对于安全限速，可使用示教器显示实际速度，确认在触发 SLS 后速度降至设定值以下；对于安全范围，可手动移动 TCP 越过边界，观察是否触发停止或限速。
安全信号的极性、双通道接线和停止类别必须与风险评估报告一致。任何旁路、屏蔽或修改安全信号的行为都会导致安全功能失效，严禁在未重新评估的情况下进行。
掌握六类安全功能的定义与触发逻辑后，下一步需要理解 SafeOperation 中安全区域的建模方式与监控参数设置，以便将上述功能落实到具体的机器人工作空间中。