黃豪俊 三菱電機自動化（中國）有限公司

無論是生活、工作，確保安全往往是我們最基本、也是最樸實的想法。特別是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場，隨著作業(yè)人員流動率的增加、機構設備越來越復雜等因素，導致確保安全工作比過去更加艱難，這就需要我們以更科學、更與時俱進的方式去思考這些問題。本文以衛(wèi)品行業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場、以及安全相關系統(tǒng)為背景，結合三菱電機在各工業(yè)領域積累的現(xiàn)場經(jīng)驗，向大家科普介紹安全概念、應用對策等內容，為機械設計人員、電氣設計人員、現(xiàn)場操作人員提供參考，并期望能有更多的本行從業(yè)人員以此為入門，進一步學習和掌握有關安全方面的專業(yè)知識，在更安全的環(huán)境中從事創(chuàng)造性的生產(chǎn)活動，為行業(yè)發(fā)展、社會進步作出貢獻。

一 哪些地方需要注意安全

安全生產(chǎn)無小事，幾乎所有企業(yè)都有自己的生產(chǎn)安全管理制度，并會習慣地在醒目的位置張貼相關規(guī)范章程及宣傳標語，例如“安全第一”、”“5S/6S管理”、積極爭創(chuàng)“零事故”、“零傷亡”治理等。即便這樣，根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2021年我國仍有26,307人死于各類生產(chǎn)安全事故，其中工、礦、商、貿企業(yè)就業(yè)人員每10萬人生產(chǎn)安全事故死亡人數(shù)1.374人，比上年上升5.6%。由此可見，安全意識不強、安全投入不足的情況依然存在，安全生產(chǎn)面臨的形勢依然嚴峻復雜，安全生產(chǎn)工作永遠在路上！

安全的定義

首先，什么是安全？根據(jù)國際安全標準（ISO/IEC指南51，該指南為標準起草者在標準中列入安全方面事宜提供了要求和建議。它適用于與人員、財產(chǎn)、環(huán)境或其組合相關的安全方面事宜）的定義，安全=沒有不可接受的危害（風險），換而言之，“安全”中仍存在可承受的風險。圖1很直觀地進行了說明：

圖1 風險與安全

圖2 包裝環(huán)節(jié)相關操作

圖3 生產(chǎn)現(xiàn)場需采取安全措施的部分場景

場景1中，由于猛獸與兒童共處一個空間，兒童必定遭受攻擊，這是完全不可接受的；

場景2中，增加了鐵欄，對猛獸和兒童進行了區(qū)隔，但仍可能因兒童過近靠近鐵欄，手指伸入等情形遭到傷害，故仍存在發(fā)生危險的可能性，也不能完全接受；

場景3中，在鐵欄的基礎上，增設圍欄，并樹立警示牌，猛獸依然是猛獸，有傷人風險，但在大大加強防護措施后，我們認為該場合變得是可接受的，是安全的。

在生產(chǎn)現(xiàn)場，各種機械設備都有一定的安全作業(yè)空間，否則，會對臨近的機械操作人員造成傷害。譬如在我們行業(yè)，半自動包裝機的封口工藝由于需要手動上料，較易發(fā)生手指誤傷、擠壓；在后道成品包裝環(huán)節(jié)、薄膜纏繞時，人員如誤進入則會導致傷害事故發(fā)生；機械手搬送環(huán)節(jié)，如果沒有安全阻隔，更易產(chǎn)生設備或人員的傷害。

而在其他工業(yè)場合：沖壓機、物流中心的自動搬運小車、銑床、切割機等也存在著廣泛的安全需求。

總結來講，在生產(chǎn)現(xiàn)場，只要人的工作活動范圍和機器的工作范圍產(chǎn)生了重疊區(qū)域，就應該考慮采取安全措施。

二 安全相關概念及設計

2021年7月6日晚，某廠進行磨煤機檢修，起重工姚某操作過軌吊吊裝磨輥，當磨輥升至磨煤機殼體上沿約175mm時，姚某按“?！卑粹o，但“?！卑粹o失靈，在磨輥繼續(xù)上升過程中，起吊用的卸扣卡在磨煤機殼體處，造成過軌吊和磨輥掉落，將磨煤機平臺（高度4.3m）及護欄砸壞，平臺上作業(yè)的2名人員跌落摔傷。

事后官方給出的調查結果及暴露的問題為：

1）起重機械日常維護、檢查不到位，控制器“?！卑粹o失靈，未及時發(fā)現(xiàn)處理；

2）作業(yè)人員在使用起重機械前，未檢查起重機械是否完好；

該事故的發(fā)生是比較典型的因人員安全意識不強+安全設計不完善所造成的，除了“加強人員教育、提高安全意識”、”設備定期維護檢點”、“落實管理責任”這些老生常談的措施以外，這個案件給我們最重要的啟發(fā)和思考是：如何在設備設計之初，就能考慮到即便人出錯、或者機械發(fā)生故障，也能最大程度確保安全，規(guī)避傷害的發(fā)生——這就是歐美比較流行的本質安全（Inherent Safety）的概念，這個概念核心思想是：防止事故發(fā)生不單單是人員教育問題，因為人難免會犯錯。防止事故發(fā)生是個技術問題，需要從設備、設施、工藝等方面入手的，從設計之初就開始考慮從根本上防止事故發(fā)生。例如圖4的立體交通網(wǎng)所示，通過設計不同高度的鐵軌和公路網(wǎng)絡，從根本上避免火車與汽車沖撞的風險。

圖4 本質安全與功能安全示例

如果僅憑本質安全設計無法充分降低風險，或本質安全設計在某些場合并不現(xiàn)實，則需進一步考慮實施功能安全（Functional Safety）的措施（如上圖老式的鐵路道口），該措施通常遵循2個原則，即隔離和停止的原則：隔離原則通常采取物理防護裝置（如防護柵欄等），而停止原則通常采取安全連鎖裝置（不具備一定條件就不能進行其他動作的機構，如圖5所示。

圖5 停止原則示例

另外，在安全管理設計方法中，存在“安全確認型”和“危險檢出型”的2種概念：

安全確認型：僅認同被確認對象的安全，在被確認的安全之外，認為不安全，不允許作業(yè)。

危險檢出型：僅在危險被檢出時認為危險，除已發(fā)現(xiàn)的危險之外，認為安全的，允許作業(yè)。

通過圖6，人們過馬路時的示例幫助理解：

圖6 過馬路示例

現(xiàn)在我們回過頭來再來研究下剛才事故案例的核心——停止（急停）開關。如圖7，左側采用常開觸點接入急停開關的接線方式稱之為“危險檢出型”，右側采用常閉觸點的則為“安全確認型”，2種方式雖然同樣可以實現(xiàn)按下急停開關，使設備停止的效果，但是在危險檢出型場合，如果急停開關本身存在硬件故障、機械失靈、或線路存在虛接短線況下，該緊急關頭就不能完全確保信號的導通，導致危害的發(fā)生，而采取右側安全確認型設計則可以避免此情況。故在安全系統(tǒng)設計時，通常推薦采用安全確認型設計。

圖7 停止（急停）開關

圖8 衛(wèi)生用品主機線安全應對方案

圖10 垂直剪裁機安全系統(tǒng)范例

三 衛(wèi)生用品行業(yè)安全對策解析

實例①衛(wèi)品主機線

電氣控制特點：

1）運動控制、伺服應用規(guī)模龐大，考驗電氣傳動方案的安全性能（STO、SLS、SOS等）；

2）為提高人員安全，往往在緊急停止，安全門等環(huán)節(jié)要求采用安全輸入信號（安全I/O信號）；

3）同時一般控制點數(shù)也較多（普通I/O信號）。

應對方案：

采用三菱電機安全iQ-R安全CPU及安全功能模塊，可以執(zhí)行一般/安全兩者的同時控制；可以在同一CC-Link IE現(xiàn)場網(wǎng)絡上，連接一般/安全設備；一般控制/安全控制同時控制也能保證安全等級；一般控制標簽與安全控制標簽可以實現(xiàn)共享。

實例②——后道包裝環(huán)節(jié)：薄膜包裝機

系統(tǒng)要點：

1）托盤將通過傳送帶被搬運至薄膜包裝機處，并由伸縮性優(yōu)秀的薄膜自動包裝。最終，這些托盤將會從薄膜包裝機中搬出并被調整為待運輸狀態(tài)。

2）在薄膜包裝機的兩端需要設置切實防止工作人員進入捆包區(qū)域的防護措施。該區(qū)域只能通過2個維修門進入，并且其中的一扇門起到的是補充薄膜的作用。

3）如果2個門中有開放或進入狀況發(fā)生時，需要對其進行復位操作。另外，工作人員也必須要掌握包裝機的復位方法。

通過安全控制設備實現(xiàn)安全系統(tǒng)范例：

A.當后部的維修門打開時，設備的包裝作業(yè)將會立即停止；

B.在更換薄膜滾輪時，是可以從由安全門開關防護的維修門進入的，如果前部維修門被打開，那么薄膜交換設備的往復運動汽缸就會停止運行，此時就可以對滾輪進行更換了；

C.對于防護帶進入包裝機的情況，使用的是安全光幕以起到防護作用。并且，為了能夠將補充的托盤搬入設備，該設備也配備了靜音傳感器。因此，當有人員進入時，連接的安全PLC就能夠對其進行感知，并使設備安全緊急停止。

實例③——垂直剪裁機

系統(tǒng)要點：

1）雖然該裁剪機能夠切斷紙板等大型面板，但是由于存在工作人員進入裁剪機區(qū)域的可能，所以需要在3個入口設置防護措施。

2）需要對進入危險區(qū)域的物體是面板還是人進行識別。

3）由于工作時刀具處于高速運動狀態(tài)，所以特別是違規(guī)進入危險區(qū)域是十分危險的。

通過安全控制設備實現(xiàn)安全系統(tǒng)范例：

A.裁剪機傳送帶出入口人員的進入是由安全光幕及靜音傳感器進行管理的。兩側共安裝有4個靜音傳感器。另外，每一側都安裝有2臺安全光幕，并且均與安全PLC相連接；

B.當傳送帶上并沒有面板時，安全PLC也能夠通過靜音傳感器感知到傳送帶上是否有禁止放置的物體或人員存在；

C.通往裁剪機的前方入口處還設置有另外一個安全光幕以起到防護作用。

由于此處并不會有面板搬入裁剪機，所以不會在此處安裝靜音傳感器。

四 結束語

安全問題始終是企業(yè)生產(chǎn)的重中之重，通過技術手段考慮并確保安全已成為各行業(yè)發(fā)展的趨勢，珍惜安全和安心的價值觀也將成為全世界共同的理念。