工厂安全措施有哪些（工厂安全措施及注意事项）

工业自动化(IA) 的增长，特别是工业机器人的使用，增加了操作员与其他移动设备或移动机器组件之间发生意外交互的机会。设计师有责任采取适当的、通常是重叠的安全预防措施，以避免生产中断、人身伤害甚至死亡等事故。

虽然安全性至关重要，但设计人员在设计时还必须密切关注初始成本和总拥有成本。

本文将讨论工厂安全措施的最佳实践，并介绍一些用于建立和维护安全工业环境的技术和产品及其应用。

工厂安全影响到组织中的所有人

工业工厂的安全是一个多方面的主题，需要从车间到管理层的所有组织级别的参与。理想情况下，安全工厂是从头开始设计的，但许多工厂建筑早于自动化的广泛采用、工业机器人的使用以及工业物联网(IIoT) 技术的兴起。

许多国家和国际安全标准适用于不同类型的工业机械、安全设备和生产过程。这些包括：

ANSI/RIA 15.06（机器人和机器人系统安全）

ISO 13856-1:2013（机器安全：压敏保护装置）

ISO 13849-1（机器安全：控制系统的安全相关部分）

ANSI B11.19-2003（保护设备并保护员工免遭截肢）

CSA Z432-16（机器维护）

在开始之前，设计人员必须花时间熟悉适用的规范。

开发安全工厂环境的首选方法有几个层次。该过程首先对危害进行全面识别、评估和分析，并评估其相对重要性。

有多种方法可以降低由此识别的危险所造成的风险。示例包括：

降低潜在伤害的严重程度。

增加避免伤害的可能性。

减少进入危险区域的人数或暴露时间。

初步分析后，下一阶段是建立危害控制的层次结构，根据每种风险的有效性和优先顺序对措施进行评级。 ISO 12100:2010（机器安全- 设计一般原则）是分层概念和降低风险方法的主要标准。

首选解决方案是完全消除风险或使用更安全的替代方案，最大限度地减少意外人机交互的可能性（图1）。例如，安装自动化物料装载系统来代替人工装载操作。

如果这不可行，下一个最明智的方法是添加保护装置以防止危险事件的发生。如果保护装置被激活，它通常会启动自动操作，无需人工输入；机器被关闭，或者机器人被禁用，直到操作员执行手动重置。此类设备的示例包括光幕、联锁装置和压力垫。

其他选项不太理想，因为它们需要人类行动作为避免危险的一部分：这些选项包括视觉或听觉警报、增强的安全培训以及面罩、耳塞或手套等防护设备。

图1：危害控制级别根据影响和实施对保护措施进行分类。 （图片来源：SICK）

在改造现有工作区域时，主动防护装置还有另一个优势：安装速度。它们可以添加到新的安全程序中，而无需重新设计工作流程或培训人员，而这两者都需要数月才能实施。

设计一个多层方式实现工作单元安全

现代工业工作单元采用多层安全方法：设计人员必须将安全垫、光幕、激光等主动措施与视觉和听觉警报指示器结合起来（图2）。期望的结果：操作员收到潜在不安全状况的警报。如果他们冒险陷入危险，几个独立的单位可以在灾难发生之前关闭运营。

图2：自动化工作单元中使用了多种不同的安全设备，因此，如果操作员冒险陷入危险，多个独立的设备可以在灾难发生之前关闭操作。 （图片来源：Digi-Key）

工业网络越来越多地连接这些设备；数据用于跟踪和记录事件并确定未来改进的领域。下面，我们讨论一些主要的安全装置及其应用。

安全垫：传统但仍然有效的解决方案

安全垫是防止员工或轮式机器进入不安全区域的有效手段。通常，安全垫使用断开开关，当指定的最小重量压在垫上时，该开关会关闭。开关的闭合会导致信号发送到安全垫控制器，安全垫控制器又向受保护的机器发出停止信号。

Omron Automation and Safety 的UM5-4836 就是一个很好的例子：它使用两块由24 号钢制成的导电板来形成开关（图3）。 30 公斤（66 磅）的触发力可闭合开关。安全垫包括集成的四线电缆，使控制器能够监控故障情况，例如永久断开或物理损坏。

图3：Omron UM 系列安全垫系统包括垫子和控制器，以及用于将垫子固定到地板上的各种切口。 （图片来源：欧姆龙）

多个安全垫可以串在一起，在机器周围创建一个安全区域。安全区域与欧姆龙MC3、MC4 或MC6 等安全垫控制器集成：MC6 最多可容纳6 个独立的安全垫区域。

早在20 世纪50 年代，安全垫就已成为工厂区域保护的标准形式。但请注意，作为一种机电技术，安全垫必然会受到物理、环境和操作滥用的影响，并且随着时间的推移，触点可能会因重复使用而磨损。安全垫在现代高度自动化的工厂中仍然广泛使用。

光幕可以防止进入危险区域

如果设计人员需要隔离危险机械或创建“隐形墙”来隔离某个区域，安全光幕是合适的选择（图4）。光幕由一系列光电发射器组成，这些发射器将同步的平行红外光束投射到匹配的接收单元。当不透明物体进入传感区域并中断一束或多束光束时，接收器会检测到该事件，并且光幕会向受保护的机器发送停止信号。

发射器模块包含能够发射一系列红外(IR) 脉冲的LED。脉冲被调制到特定频率，接收器中相应的光电晶体管被设计为仅检测指定的脉冲和频率。该技术改进了外部光源的过滤。

图4：通过对每个光束轴执行遮蔽控制，光幕可以区分工件和操作员(a)。它还可以包括盲目行动(b)，以便忽略永久性障碍。 （图片来源：松下工业自动化）

在传送带等应用中，光幕具有屏蔽功能：当意外物体经过时，它会停止生产线，但当有产品经过时，生产线不会停止。

如果启用静音的发射器/接收器对检测到传送带上的产品（图4a），它可以禁用指定数量的通道以防止误触发。然而，操作员仍然可以中断活动通道之一并引发警报。当屏蔽系统检测到产品通过时，它会重新启用已被封锁的通道。

此外，死区功能可以禁用通常被阻止的通道（图4b），例如被设备阻止的通道。

松下工业自动化的SF4B 系列光幕包括针对不同应用进行优化的多种产品。 “H”系列设备设计用于检测手掌大小的物体，垂直光束间距为20 毫米（0.8 英寸）。例如，SF4B-H28(V2) 具有28 个发射/接收通道，形成500 毫米(mm) 或21.7 英寸(') 高的光幕。该产品的工作范围为0.3 m至9 m。

“F”系列产品的间距为10毫米（0.4'），可保护手指等较小物体。 SF4B-F79(V2) 有79 个发射/接收对，保护高度为790 mm (31.1')，工作范围为0.3 m 至7 m。

SICK C4C-SA03030A10000 发射器及其配对的C4C-EA03030A10000 接收器组合形成300 mm (11.8') 光幕，最大工作范围为15 m (49 ft)。该公司还提供一系列保护高度高达900 毫米（35.4 英寸）的发射器/接收器对。

激光扫描仪系统可在区域保护方面实现灵活的设计

在过去的几十年里，激光技术也开始帮助提高工厂车间的安全性。安全激光扫描仪提供区域的三维保护，并为设计人员提供更大的灵活性，通过针对危险指定不同的警告和安全带（也称为区域）来定制系统响应（图5）。

图5：激光扫描仪允许设计人员设置具有不同响应级别的多个安全区域。 （图片来源：SICK）

一旦在外部警戒区内检测到物体或人员，扫描仪就会向声音或视觉指示器发送警告信号，通知他们潜在的危险。当人或物体进入内部安全区域时，激光扫描仪会发出信号，以防止机器人或机器发生危险运动。这些区域是可编程的，并且可以通过安全扫描仪的输入进行动态更改。

安全激光扫描仪使用“飞行时间”技术。发射器发射脉冲激光束，该激光束被入侵物体反射并被接收器检测到。传输和接收之间的时间与扫描仪和物体之间的距离成正比。

集成旋转镜使脉冲激光束偏转，使设备能够对周围区域进行扇形扫描。如果需要，可以通过网络接口传输实时测量数据以进行进一步分析。

例如，SICK 的S32B-2011BA 安全激光扫描仪采用激光二极管，可产生波长为905 纳米(nm) 的近红外脉冲。该设备属于SICK S300 系列，保护范围为2 m，警告范围为8 m。另一款S300 设备S32B-3011BA 的保护范围为3 m。

欧姆龙自动化与安全提供的OS32C区域扫描仪的监控区域为270，包括两个独立的警告区域和一个安全区域（图6）。 OS32C可以通过工业EtherNet/IP协议进行通信：可以通过符合ODVA EtherNet/IP标准的产品进行监控，例如可编程逻辑控制器（PLC）和工业人机界面（HMI）模块。可以传输各种数据，包括系统状态、区域状态和测量详细信息。

图6：Omron 的OS32C 系列区域扫描仪具有多个可编程区域（图片来源：Omron Automation and Safety）

直到最近，激光扫描仪的成本远远高于安全垫。然而，随着低成本激光安全扫描仪的推出，从总体拥有成本(TCO) 的角度来看，安全扫描仪的投资回报(ROI) 比旧技术更好。 TCO 分析表明，激光扫描仪在人流量大的区域尤其有利，因为这些区域可能需要定期更换安全垫。

其他安全组件帮助“连点成线”

上述主要安全装置与其他安全组件一起使用，这些安全组件在技术上并不复杂，但在工厂安全中发挥着至关重要的作用。其中包括紧急开关、门锁、灯塔、拉线执行器等。设计人员可以在Digi-Key 的安全组件页面上找到有关这些产品的更多信息。

总结

设计安全的工业环境需要采用多层方法，采用多种策略来防止不必要的人机交互。

关键是首先防止人员和设备进入潜在危险区域。安全垫、光幕和安全激光扫描仪在检测入侵和自动关闭机器而无需人工干预方面发挥着重要作用。

来源：DigiKey