工业自动化系统中保护措施的选择

来源:Scientific Technologies Inc. When the risk assessment shows that a machine or process carries a risk of injury the hazard must be eliminated or contained. The manner in which this is achieved will depend on the nature of the machine and the hazard. In basic terms this means preventing any access to the relevant parts while they are in a dangerous condition. The best choice of protective measure is a device or system that provides the maximum protection with the minimum hindrance to normal machine operation. It is important that all aspects of machine use are considered, as experience shows that a system which is difficult to use is more liable to be removed or by-passed. 一旦风险评估显示一台机器或者一个生产过程有对人造成伤害的危险，那么这种危险就必须加以消除或者抑制。处理这类问题的方式往往取决于机器以及危害本身的性质和特点。简而言之，这就意味着当相关的部件处于危险状态时，防止操作人员接近它们。最好的保护措施应当是这样一种装置或系统，它能够在对正常的机器运转干扰最小的前提下，提供最大的保护。全面考虑对机器所有方面的使用是十分重要的，经验显示，难以使用的系统将更容易遭到淘汰或者替代。 为了实现上述的保护，可以选择： 1. 当相关设备进行危险的运作时防止人员接近，或者 2. 当人员接近时防止设备进行危险的运作。 本文下面的部分将对最常使用的保护设备进行一个简要的介绍。 ■ 防止人员接近型 固定包围型防护装置 图1 固定包围型防护装置 当危险只来自于机器的其中一部分并且该部分无需接近时，应当使用固定包围型的防护装置进行永久性的保护。 带有联锁开关的可移动防护装置 如果相关设备需要接近以进行操控，就需要一个可移动（可打开）的防护装置，它与危险设备的功率源相联接，以保证无论何时只要防护门没有关闭，该功率源就处于关闭状态。这种方法中使用了一个适于安装在防护门上的联锁开关。危险设备功率源的控制通路经过上述的联锁开关部分。功率源通常是电的，但也有可能是气压或液压的。当防护门的运动（打开）被检测到时，联锁开关将关闭该功率源，直接的或者通过电源接触器（或者阀）来实现。 图2 带有联锁开关的可移动防护装置 一些联锁开关还带有锁定装置，能够锁住防护门并且使之无法打开直到机器处于安全状态。对于许多应用场合来说，无论有没有锁定装置，可移动防护装置与联锁开关的组合已经成为一种值得信赖并具有很高性价比的选择。 双手控制系统 图3 双手控制系统 还有其他的方法能够达到防止人员接近处于危险状态的机器的目的。双手控制（有时也被称为双手动控制）在某些种类的机器上使用较为普遍。必须同时按动两个开始按钮才能够启动机器。这一点保证了操作人员的双手处在安全的位置(也就是说正在进行控制)，因此自然不会处于危险的区域。 注意：这种类型的保护措施只能保护操作者本人，并无法对其他人员提供保护。 一个双手控制系统严重的依赖于其控制和监视系统的完整性来检测是否有错误发生，因此在这方面的设计完全符合实际规格和需求是十分重要的。 系统的物理设计应当能够防止误操作的发生（比如使用手肘）。系统的安装位置也必须符合安全要求，即与危险地点的距离达到安全标准。 在没有依次同时放开、按下两个操作按钮的情况下，机器不应该从一个运行周期进入另一个运行周期之中。这样一来就排除了机器不停地运转，两个控制按钮都失去功用的可能性。 释放两个按钮中的任何一个都必须使得机器停止运转。 使用双手控制系统时应谨慎，因为它往往会潜伏下某种形式的显性安全隐患。 但是在诸如学习模式的悬架控制和微动控制等场合，双手控制系统还是非常有用的，因为它能够在与其它保护性设备共同使用时提供更加强大的保护功能。 ■ 防止危险运作型 当操作人员与危险设备需要频繁接触时，对相关设备的物理防护有时显得过于受限制，比如对部分部件的装载和调整就是如此。在这种场合下，需要一种设备能够通过感知操作人员的存在并发出停止信号的方式来防止机器的危险运作，而在这个过程中操作人员的接近并不受限制。 光电幕技术 图4 光电幕 这类设备可以在危险区域前发射一种无害的红外线光束，就像一道幕布一样。一旦有任何的红外线光束被阻挡，光电幕控制电路就会向相应的机器发送停止信号。光电幕的类型和设置位置受很多因素的影响，具体内容可以参考prEN999标准中“依据人体部位的接近速度设置保护装备的位置”。 光电幕的功能十分强大，可以保护几米宽的区域。在使用了反射镜之后，光束可以在设备的角落处被折射从而将其包围起来。光电幕系统可以采用不同的光束间距，使其可以应用在许多场合中，从工业机器人所使用的完全包围的周界保护，到一些压力设备上使用的接入点防护，都可以看到它的身影。 压力敏感型安全垫 图5 压力敏感型安全垫 这类设备被应用于防护机器周边的地板区域。一组内部相连的安全垫阵列被放置在危险区域的周围，任何压力（比如操作人员的脚步踩踏）都将导致安全垫的控制单元向被保护的机器发送停止运行的信号。 压力敏感型安全垫经常被用于包含多个机器的封闭区域内部，比如柔性制造业或者机器人单元。当需要进入到单元内部时（比如进行装配或者机器人的“学习”），这些安全垫防止了当操作人员偏离安全区域时机器的运转所可能带来的危险后果。 安全垫的大小和安放位置应当使用prEN999标准“依据人体部位的接近速度设置保护装备的位置”里提供的公式进行计算。 压力敏感型边缘 这类装置通常为柔软的边缘带，可以被安置于有挤压或剪切危险的移动部件的边缘，例如工作台或者电动门等。 如果移动部件撞击到了操作人员（或者相反），柔软的敏感型边缘将受到压力并向电源发送停止信号。敏感型边缘还可以用于有将操作人员卷入机器中的风 图6 压力敏感型边缘 险的场合。如果操作人员被缠住并被拖向机器，那么他将首先接触到机器的敏感型边缘，进而触发它的关闭动作。 光电幕、安全垫和敏感型边缘都能被归类为“触发型设备”。它们并不实际阻止危险的接近或接触，只是“感知”它们。这些设备完全依赖于它们感知和控制机器开关的能力来提供安全性，因此确保它们控制回路的可靠性至关重要。同时，它们必须也只能使用在正确的场合中。总的来说，这类设备只适用于在切断电源后能够立即停止运作的机器上。由于保护设备被触发之后，操作人员可能即将进入或接触到危险区域，因此确保机器停止运作所需的时间少于操作人员进入危险区域所需的时间是十分必要的。 ■ 紧急制动装置 哪里有使操作人员陷入危险的可能，哪里就必须有能够马上触发紧急制动的装置。 紧急制动按钮 提供紧急制动的通常方法是设置一个蘑菇状的按钮供操作人员在紧急状况时按动。这些按钮的数量必须充足，并且在机器周边的安放位置要经过精心设计，以确保在发生危险的地点总能按到按钮。 拉线开关 对于诸如传送带这样的机器来说，使用沿危险区域放置的拉线装置通常更加方便和有效。这类装置使用一条连接在拉锁开关上的钢丝绳，一旦拉动钢丝绳，开关就将被触动从而关闭机器的电源。 图7 紧急制动按钮和 拉线开关 图8 伸缩触发开关 伸缩触发开关 其它种类的装置包括伸缩触角开关，触角的偏斜将会导致开关切断机器的电源。这类装置通常用在如柱形钻的机器上作为触发设备。开关被安放在钻上，触角向下延伸至紧邻钻头处。当操作人员被钻缠住时，将被拉到触角上从而触发开关。