机器安全

机器安全设备降低了操作员、维修工人或其他人员的风险,并有助于防止危险过程或操作(人为或自动)对自身、个人、其他过程、工厂、环境或其他环境造成伤害。许多行业和政府组织为机器安全制定了规范、标准、建议和最佳实践,其中许多组织要求或建议提供文件,以确保设备制造商、系统集成商和用户的合规性和/或培训。安全设备可以是被动的(如门或屏障);在硬件或软件设计中(例如,如果有人靠近,减慢或停止机器人);或主动(如光幕或区域传感器或安全压力垫,当触发时停止一个过程)。

机器安全须知

实现自动化安全的层次结构

解决工业自动化安全问题的分层方法提供了最佳结果。

安全的见解

  • 安全有多种形式,是制造操作的一个关键方面。它从基本的意识和手头有合适的设备开始。虽然这是一个很好的起点,但它实际上是旅程的第一步,可以更详细地说明。
  • 控制层级是有效建立安全项目和营造强调工人安全和健康文化的好方法。
  • 有许多安全解决方案,从个人防护装备(PPE)到报警器和传感器。许多高级工具可以在平板电脑或智能手机上管理,用户可以根据公司的具体需求定制它们。

围绕工业自动化安全的设计和实现的考虑是广泛的,需要专门的培训来充分解决每个潜在的问题。事实上,在规划任何与安全相关的系统之前,重要的是经过认证的专家进行安全审核,以评估条件并确定适当的设计路径。在某种程度上,这是因为安全标准和法规随着时间的推移而发展,所以“我们一直这样做”的概念已经站不住脚了。

另一方面,良好的工业自动化安全设计几乎总是涉及多层方法,将正确的产品、设计实践和操作培训结合起来。实现安全工作场所的第一步是进行风险评估,以确定潜在问题,然后将目标改为通过缓解来降低风险。工程和行政控制的层次方法被用来指导最有效的保护工人的方法。

项目和运营团队的所有人员都受益于对相关安全概念的理解,即使他们的核心任务不是创建安全系统的实际详细设计。了解与安全设计相关的最常见主题非常重要,为员工提供必要的概述信息。

控件层次结构

北美最著名的两个安全组织是职业安全与健康管理局(OSHA)和国家职业安全与健康研究所(NIOSH)。OSHA制定和执行法规,而NIOSH则参与研究和调查。此外,还有许多其他与工业安全相关的管理机构、规范和标准。

对于任何使用工业自动化的设备,自动化系统的设计当然在安全方面起着重要作用。然而,保护工人的安全设计是一个更大的概念,延伸到任何正在考虑的设备的物理特性和使用。

人员执行安全设计的传统方法是考虑控制层次结构中的几个层,以提供完整的安全解决方案(图1)。

图1:安全设计的层次控制方法促使人们首先考虑最有效的方法。礼貌:AutomationDirect

“控制层次”一词并不是指实时控制,而是定义了用户应该采取哪些步骤来控制和限制任何设备或安装所带来的危害。通常有许多潜在的步骤可以应用,在某种程度上相互结合。在这个过程中有五个层次。

1.消除危害,降低风险

最好和最有效的风险缓解步骤是消除,这意味着消除或删除潜在的危害。不幸的是,大多数时候这不是一个可行的选择,因为大多数机器和工艺的设计不能消除所有可能的危险。然而,设计师应该始终将消除作为一种选择。

例如,一台机器可能有一个容易打开的检查舱口,使用户暴露在潜在的危险中。舱口可以用不可移动的金属板代替,但这对维修团队来说是个问题。也许安装一个联锁的安全开关,使舱口只能用工具打开是一个更好的方法。

2.替代危害以降低风险

即使不能消除危险,也可以执行替代,用不那么严重或不需要频繁访问的东西替换危险。有时这是不可能的。例如,当涉及到使用化学品的设备时,也许从可燃性或毒性的角度来看,可以使用更安全的化学品。即使更安全的化学品成本更高,但为了实现更有效的工作实践和更少的潜在事故等好处,通常也是值得的。

图2:这个仓储装置显示了物理围栏,以保护用户免受移动设备的伤害,以及一个电子停止按钮(左下),因此用户可以快速强制所有设备进入安全状态。礼貌:AutomationDirect

继续前面的入口舱口的例子,也许可以安装一个防破碎的固定窗口来代替舱口,这样用户就可以在不暴露于机械装置的情况下检查设备。

3.降低风险的工程控制

虽然调查前两个步骤总是很重要,但现实情况是,对于现代自动化设备来说,应用工程控制的下一步通常是最能降低风险的地方。工程控制可以是简单的,也可以是复杂的,它们可以采取多种形式。

  • 物理:添加大门、警卫、墙壁、笼子和护柱是保护用户的简单而重要的方法(图2)。
  • 传感器:许多类型的传感器可以检测到危险情况,或者可以由用户触发,以指示和减轻危险。这些包括紧急停止(电子停止)按钮,电子停止拉线,光幕,限位开关等。接线或串联编程的多个传感器中的任何一个都可用于启动电子停止(图3)。
  • 连锁装置:一些安全传感器是联锁的,这意味着它们可以被锁定关闭,以防止用户打开相关设备,除非这样做是安全的。
  • 消除能源:传感器和联锁可以通过安全继电器或安全控制器连接,断开电机、执行器和任何其他可能伤害用户的设备的能量。能源可以采取几种形式:电源供电,电气设备供电,最常被忽略的是气动能源,甚至液压能源。传感器可以被连接起来去除能量,或者它们可以被设计成更有能力的硬连接继电器或数字安全控制器电路的一部分。安全控制器是先进的数字设备,可以通过软件进行配置,并且可以与更高级别的系统进行通信。
  • 停止运动:某些物理系统需要额外的注意来防止运动,即使在电子停止的情况下能量被移除。气动回路可能需要一个快速泄压阀来消除气缸的压力,否则气缸可能会移动。像垂直压机或剪切机这样的设备可能需要机械挡板,以防止在电子停止后由于重力而移动。电机驱动的机械装置在电子停止后可能需要刹车来停止旋转运动。
  • 软件:当上述所有方法都已应用时,另一个对可编程系统的良好增强是添加允许编程,该编程可以检查传感器和系统参数,然后防止用户启用和e-stop电路,直到所有条件都安全。
  • 线路:对于上述涉及安全传感器、联锁、继电器和控制器的方法,这些设备具有专门设计的双电触点和其他故障安全装置。标准的非安全装置通常是不可接受的。

对于检修舱口的例子,工程控制可能包括安装一个联锁开关,只有在机器安全的情况下才允许检查门打开,如果门打开,则防止机器运行。

图3:虽然其他一些方法更可取,但是仍然需要管理控制,比如清晰的警示灯和标签。礼貌:AutomationDirect

4.管理控制以降低风险

在结合了前面的步骤之后,处理人的因素是很重要的。这包括任何设计、工程、维护、承包商、访客或其他将与设备一起工作的人员,或可能在该地区的人员。

培训计划对于让用户意识到安全问题、工作惯例和适当的程序非常重要。严格的锁定/标记(LOTO)程序对于保护需要直接访问设备的工人至关重要。此外,清晰的警告标签、标牌和指示灯提供了额外的保护层。

5.个人防护装备(PPE)以降低风险

在大多数工业环境中,安全眼镜、耳塞、呼吸器、安全靴、手套等个人防护装备是标准配备。有些情况需要更复杂的坠落保护系统,以及相关的培训。尽管这些项目对工人的保护是必不可少的,但它们处于控制层次的底层,不应被视为减轻已识别风险的方法,因为它们是最后的手段。它们还要求工作人员不断努力使用个人防护装备。

减轻,但要验证

在创建安全设计后,必须根据ISO 13849-2对结果进行验证,以确保在风险评估中确定的目标危害真正得到缓解。有时这个过程可能有点反复,需要一些重复的步骤。

例如,消除和替代步骤中的缓解努力往往也会产生新的风险。验证完成后,需要执行新的风险评估。仅仅把风险评估作为一个检查清单是不够的。

此外,美国的一些标准规定需要定期进行风险评估(ANSI/RIA R15.06)。这促使最终用户重新评估工业设备,看看该地区的任何变化是否造成了新的危害。此外,每年都有新产品和新想法可以提高安全性。

一系列安全解决方案

创建安全的工业设备、系统和自动化绝不是一次性的任务。相反,它是一个持续的生命周期。此外,安全不仅仅是一个环境健康和安全官员的责任。所有团队成员都与安全设计和操作息息相关。从风险评估到缓解再到验证的每项任务都应该由一个团队完成。另一个建议是引入一定程度的检查和平衡,例如让不同的人员执行安全工程和验证。这为团队提供了更多的意识,并允许从不同的角度看待事物。

创建安全的工业设计需要许多工程考虑和产品。为了协助这些项目,所有公司角色的团队成员都可以访问工业自动化供应商网站,以查看可以实现的各种产品,以提供安全层。

机器安全常见问题

  • 机器安全需要什么?

    机器安全涉及系统和过程的设计、实施和维护,以保护工人免受与机器操作相关的潜在危险。这包括使用安全装置、防护装置、警告标签和紧急停止按钮,以及对工人进行如何安全操作和维护机器的适当培训。定期检查和维护机器是很重要的,以确保它处于适当的工作状态,并识别和解决任何潜在的危险。

  • 机器的5种防护措施是什么?

    1. 机械防护:这些是物理屏障,物理上阻止进入机械的运动部件,如齿轮,皮带和滑轮。
    2. 联锁装置:当防护罩或盖子打开或移开时,这些装置可以使机器停止或锁定。
    3. 紧急停止按钮:这些装置允许工人在紧急情况下快速,轻松地关闭机器。
    4. 警告标签和标志:这些是视觉提示,提醒工人注意潜在的危险,并帮助指导他们如何安全操作机器。
    5. 安全装置:这些是额外的装置,旨在保护工人免受特定的危害,如光幕,双手控制和压力敏感的身体栏杆。
  • 什么是机器安全隐患?

    机器安全隐患是机器和设备对在其附近操作或工作的工人构成的潜在危险。这些危险可导致严重伤害或死亡,并可由多种因素引起,包括:

    1. 机械危险:这些包括可能压碎、切割或截肢身体部位的移动部件,以及锋利的边缘、热表面和高压流体。
    2. 电气危险:这些包括触电、触电和电气设备和电线烧伤。
    3. 火灾危险:这些包括爆炸,火花和电弧,可以点燃易燃材料或燃烧。
    4. 化学危害:这些包括有毒烟雾、液体和灰尘,可引起呼吸问题、化学烧伤和其他健康问题。
    5. 人体工程学危害:这些包括重复的动作,尴尬的姿势和过度的力量,可能导致肌肉骨骼疾病和其他类型的伤害。
    6. 辐射危害:包括紫外线、红外线和其他类型的辐射,这些辐射会导致皮肤损伤和其他健康问题。
  • 制造商的标准机器安全要求是什么?

    有几个国际和国家的机器安全标准,制造商必须遵守,以确保产品和使用它们的工人的安全。美国机器安全标准包括(不包括全部):

    1. ISO 12100:2010:该国际标准为识别和评估与机械相关的危害提供了系统的方法,并为安全机械的设计和建造提供了指南。
    2. ANSI B11系列:这个美国国家标准协会(ANSI)系列为各种类型的机械提供安全要求,包括金属加工,木工和材料搬运设备。
    3. OSHA 1910子part O:这个美国职业安全与健康管理局(OSHA)标准提供了工作场所机器和设备的使用和维护要求,并包括对警卫,紧急停止和锁定/标记程序的具体要求。
    4. ISO 10218,第1部分和第2部分,由ISO技术委员会(TC) 299,机器人(在美国被全国采用为R15.06),其中包括第1部分和第2部分在同一文件中。

    对于制造商来说,重要的是遵守这些和其他适当的安全标准,以降低工人的风险,并帮助保护制造商免受责任。合规性还有助于提高机器和设备的可靠性和性能。

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