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Preventa安全解决方案之控制系统安全保护等级确认方法

工业生产过程中自动控制技术在机器设备中的大量应用,使机器设备的运转速度以及生产效率得到大幅提升,而与此同时,机器设备的运转速度、复杂程度的提高也可能会引发人员或设备的意外事故,造成巨大损失。为保护操作人员免受伤害外、避免设备损失、减少机器停机时间,安全性和操作的可靠性要求成为机器设备运转的必备条件。

欧洲共同体制定了进入其市场的机器设备必须遵从的安全标准,进而成为公认的国际安全标准和规则。安全标准通过评估、设计、选择、验证以及维护等一系列程序来建立真正安全的生产环境。

1.已实施和预实施的一部分欧洲安全标准:

安全标准分为A类标准(基本标准),B类标准(类别标准),C类标准(产品标准)。A类标准规定的是所有机器都必须要符合的基本标准。参考A类标准而制定的、对各种类别的机器做出规定的B类标准,B类标准并不是针对
某一种具体的机器,而是对整个类别的机器的共性做出了规定。B类标准又分为B1标准和B2标准,B1标准对与安全保护相关的参数做出了规定,如安全间距、表面温度、噪音等;B2标准规定的是对安全保护装置的具体要求,如双手按钮,安全门开关、安全地毯等。在B类标准的基础之上,制定了大量的C类标准,每一个C类标准都对一种具体的机器装置做出了详细的规定。

基本标准和类别标准:图1所示

第一部分:机器安全设计总则

EN 292---机器安全,关于基本术语和方法的基本概念和总则、关于设计原则和规范的基本概念和总则

EN 294---防止上肢能够达到危险区的安全距离

EN 954-1---控制系统中与安全保护功能相关的部件

EN 1050---危险评估(危险性分析)

EN 60204---机器电气部分的总的要求

EN 418---紧急停止设备和功能的设计原则

EN 1037---防止机器的意外启动

EN 61496-1---电敏保护设备

EN 1088---与安全防护门相关的安全门开关装置设计和选择原则

EN 60947-5-1---电动机械控制电路设备

EN 60947-5-3---减少故障率的接近设备

EN 1760---压敏保护设备

EN 999---保护设备根据人体部位的接近速度而进行的定位

EN 574---双手控制装置

EN 953---对固定式和移动式安全防护门的设计和结构的总的要求

第二部分:机器安全产品标准:

EN 746---工业热处理设备

EN 931---制鞋机器

EN 1114-1---塑料橡胶工业注塑机的设计和结构的技术安全要求

EN 692---机械式压力机械的安全保护

EN 1947---食品加工、切削机器

EN 415---—包装机械、成型机械等的安全要求

EN 693---液压式压力机械的安全保护

EN 972---制革机器的安全保护

2.风险评估

在进行机器的安全防护设计时,首先进行的机器安全风险评估包括几个方面:图2-风险评估的流程表示。

Ø       研究相关的标准和指令EN 292。

Ø       熟悉机器设备的环境和应用。

Ø       整体风险评估EN 1050。包括可能伤害风险的严重程度、在危险区域内遭受风险的持续时间和频率、发声风险的概率、安全功能的可靠性等。目标是要综合考虑上述因素,达到相互均衡。

Ø       减少风险。采取恰当的预防措施,保护措施及操作规程减少或消除风险,保证人员和机器安全。

风险评估的目标:

Ø       排除风险---尽一切可能来实现这一目标。

Ø       降低风险---尽一切可能来把风险讲到一个“可接收”的程度,采取保护个体和整体的安全措施,最终排除风险,保证人员安全。

3.控制系统中与安全保护功能相关的安全标准---EN 954-1

目前,国际上与机器安全控制相关的标准有EN954-1、EN ISO13849和IEC62061。EN954-1是欧洲机器控制系统安全标准,是目前设计工程师进行风险评估时参考最多的指令。可以根据潜在危险出现的频率,可能造成的受伤程度以及可预防性等因素进行分析,来判断机器(或者某一部分)的危险等级。EN954-1将危险等级分为B、1、2、3、4五个等级,等级4为最高的危险等级。控制等级分为4级,安全控制等级必须大于等于其危险等级。

根据EN 954-1标准,安全等级分B、1、2、3、4共5个等级,最高的安全等级为category 4。安全等级划分如下:

等级2,3和4,主要是通过电路结构上的设计来达到对安全功能的要求。设计电路时,应采用工作极其安全可靠的元器件,可以不考虑这种元器件本身故障发生的可能性。实际应用上,等级2很少使用。就目前而言,绝大多数的工业机器都应使用等级3或4的安全保护措施,特别是一些及其危险的工业机器,如切纸机械、冲压机械、注塑机械等,必须使用等级4的安全保护措施。

机器设备的危险等级数是根据事故发生时人身受伤程度、事故发生几率和事故的可预防性来划分,设计人员可以通过图3-风险评估、控制系统安全保护等级速查表(表取自EN954-2-附件B12/96),来进行机器危险等级的评估。判断自己的机械是属于什么危险等级,同时相应的安全等级也就可以确定了。如下图所示:

 

S_伤害的程度:

1=轻伤;2=重伤或死亡

F_面临危险的时间和频率:

1=从无到经常发生;2=从经常发生到持续发生

P_避免危险的可能性:

1=在特定条件下可能;2=几乎不可能

对于控制系统设计工程师,应该考虑尽可能在机器的设计上把危险减少到最少。即根据相关的标准对机器进行过危险性分析后,需要按照3个思路来减少事故的可能性:在设计机器时将可能出现的危险降低到最少;对于无法避免的危险,采取必要的安全保护措施;对用户进行培训,避免剩余危险可能导致的伤害。

Schneider-electric提供全系列的安全产品---“Preventa安全自动化系统解决方案”,包括现场安全检测产品(光栅、地毯等)、门连锁开关、安全继电器、急停装置、安全PLC、安全限位、安全运动控制器等,涉及感应输入、信息传送、逻辑控制、等各环节安全产品。将符合相应安全等级的安全产品嵌入控制系统,达到排除或减少风险的目的。

经过几年的不懈努力,中国用户对于安全理念已经有了初步的认识。越来越多的最终用户考虑购买有安全控制产品的机械,越来越多地机械制造商在设备设计的初期将安全列入考虑之中。安全产品的推广已经初见成效。随着自动化水平的不断提高,工业安全也引起了广泛的关注,为安全产品的进一步推广营造了一个很好的环境。

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