黃豪俊 三菱電機(jī)自動(dòng)化（中國(guó)）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(shí)的想法。特別是在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，隨著作業(yè)人員流動(dòng)率的增加、機(jī)構(gòu)設(shè)備越來越復(fù)雜等因素，導(dǎo)致確保安全工作比過去更加艱難，這就需要我們以更科學(xué)、更與時(shí)俱進(jìn)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(chǎng)、以及安全相關(guān)系統(tǒng)為背景，結(jié)合三菱電機(jī)在各工業(yè)領(lǐng)域積累的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，向大家科普介紹安全概念、應(yīng)用對(duì)策等內(nèi)容，為機(jī)械設(shè)計(jì)人員、電氣設(shè)計(jì)人員、現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)一步學(xué)習(xí)和掌握有關(guān)安全方面的專業(yè)知識(shí)，在更安全的環(huán)境中從事創(chuàng)造性的生產(chǎn)活動(dòng)，為行業(yè)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步作出貢獻(xiàn)。

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(huì)習(xí)慣地在醒目的位置張貼相關(guān)規(guī)范章程及宣傳標(biāo)語，例如“安全第一”、”“5S/6S管理”、積極爭(zhēng)創(chuàng)“零事故”、“零傷亡”治理等。即便這樣，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)仍有26,307人死于各類生產(chǎn)安全事故，其中工、礦、商、貿(mào)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(shí)不強(qiáng)、安全投入不足的情況依然存在，安全生產(chǎn)面臨的形勢(shì)依然嚴(yán)峻復(fù)雜，安全生產(chǎn)工作永遠(yuǎn)在路上！

安全的定義

首先，什么是安全？根據(jù)國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)（ISO/IEC指南51，該指南為標(biāo)準(zhǔn)起草者在標(biāo)準(zhǔn)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(cái)產(chǎn)、環(huán)境或其組合相關(guān)的安全方面事宜）的定義，安全=沒有不可接受的危害（風(fēng)險(xiǎn)），換而言之，“安全”中仍存在可承受的風(fēng)險(xiǎn)。圖1很直觀地進(jìn)行了說明：

圖1 風(fēng)險(xiǎn)與安全

圖2 包裝環(huán)節(jié)相關(guān)操作

圖3 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)需采取安全措施的部分場(chǎng)景

場(chǎng)景1中，由于猛獸與兒童共處一個(gè)空間，兒童必定遭受攻擊，這是完全不可接受的；

場(chǎng)景2中，增加了鐵欄，對(duì)猛獸和兒童進(jìn)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(xiǎn)的可能性，也不能完全接受；

場(chǎng)景3中，在鐵欄的基礎(chǔ)上，增設(shè)圍欄，并樹立警示牌，猛獸依然是猛獸，有傷人風(fēng)險(xiǎn)，但在大大加強(qiáng)防護(hù)措施后，我們認(rèn)為該場(chǎng)合變得是可接受的，是安全的。

在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，各種機(jī)械設(shè)備都有一定的安全作業(yè)空間，否則，會(huì)對(duì)臨近的機(jī)械操作人員造成傷害。譬如在我們行業(yè)，半自動(dòng)包裝機(jī)的封口工藝由于需要手動(dòng)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(shí)，人員如誤進(jìn)入則會(huì)導(dǎo)致傷害事故發(fā)生；機(jī)械手搬送環(huán)節(jié)，如果沒有安全阻隔，更易產(chǎn)生設(shè)備或人員的傷害。

而在其他工業(yè)場(chǎng)合：沖壓機(jī)、物流中心的自動(dòng)搬運(yùn)小車、銑床、切割機(jī)等也存在著廣泛的安全需求。

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

二 安全相關(guān)概念及設(shè)計(jì)

2021年7月6日晚，某廠進(jìn)行磨煤機(jī)檢修，起重工姚某操作過軌吊吊裝磨輥，當(dāng)磨輥升至磨煤機(jī)殼體上沿約175mm時(shí)，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(jī)殼體處，造成過軌吊和磨輥掉落，將磨煤機(jī)平臺(tái)（高度4.3m）及護(hù)欄砸壞，平臺(tái)上作業(yè)的2名人員跌落摔傷。

事后官方給出的調(diào)查結(jié)果及暴露的問題為：

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

2）作業(yè)人員在使用起重機(jī)械前，未檢查起重機(jī)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(shí)不強(qiáng)+安全設(shè)計(jì)不完善所造成的，除了“加強(qiáng)人員教育、提高安全意識(shí)”、”設(shè)備定期維護(hù)檢點(diǎn)”、“落實(shí)管理責(zé)任”這些老生常談的措施以外，這個(gè)案件給我們最重要的啟發(fā)和思考是：如何在設(shè)備設(shè)計(jì)之初，就能考慮到即便人出錯(cuò)、或者機(jī)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(zhì)安全（Inherent Safety）的概念，這個(gè)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?yàn)槿穗y免會(huì)犯錯(cuò)。防止事故發(fā)生是個(gè)技術(shù)問題，需要從設(shè)備、設(shè)施、工藝等方面入手的，從設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)不同高度的鐵軌和公路網(wǎng)絡(luò)，從根本上避免火車與汽車沖撞的風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 本質(zhì)安全與功能安全示例

如果僅憑本質(zhì)安全設(shè)計(jì)無法充分降低風(fēng)險(xiǎn)，或本質(zhì)安全設(shè)計(jì)在某些場(chǎng)合并不現(xiàn)實(shí)，則需進(jìn)一步考慮實(shí)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(gè)原則，即隔離和停止的原則：隔離原則通常采取物理防護(hù)裝置（如防護(hù)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(jìn)行其他動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 停止原則示例

另外，在安全管理設(shè)計(jì)方法中，存在“安全確認(rèn)型”和“危險(xiǎn)檢出型”的2種概念：

安全確認(rèn)型：僅認(rèn)同被確認(rèn)對(duì)象的安全，在被確認(rèn)的安全之外，認(rèn)為不安全，不允許作業(yè)。

危險(xiǎn)檢出型：僅在危險(xiǎn)被檢出時(shí)認(rèn)為危險(xiǎn)，除已發(fā)現(xiàn)的危險(xiǎn)之外，認(rèn)為安全的，允許作業(yè)。

通過圖6，人們過馬路時(shí)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(guān)。如圖7，左側(cè)采用常開觸點(diǎn)接入急停開關(guān)的接線方式稱之為“危險(xiǎn)檢出型”，右側(cè)采用常閉觸點(diǎn)的則為“安全確認(rèn)型”，2種方式雖然同樣可以實(shí)現(xiàn)按下急停開關(guān)，使設(shè)備停止的效果，但是在危險(xiǎn)檢出型場(chǎng)合，如果急停開關(guān)本身存在硬件故障、機(jī)械失靈、或線路存在虛接短線況下，該緊急關(guān)頭就不能完全確保信號(hào)的導(dǎo)通，導(dǎo)致危害的發(fā)生，而采取右側(cè)安全確認(rèn)型設(shè)計(jì)則可以避免此情況。故在安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常推薦采用安全確認(rèn)型設(shè)計(jì)。

圖7 停止（急停）開關(guān)

圖8 衛(wèi)生用品主機(jī)線安全應(yīng)對(duì)方案

圖10 垂直剪裁機(jī)安全系統(tǒng)范例

三 衛(wèi)生用品行業(yè)安全對(duì)策解析

實(shí)例①衛(wèi)品主機(jī)線

電氣控制特點(diǎn)：

1）運(yùn)動(dòng)控制、伺服應(yīng)用規(guī)模龐大，考驗(yàn)電氣傳動(dòng)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(hào)（安全I(xiàn)/O信號(hào)）；

3）同時(shí)一般控制點(diǎn)數(shù)也較多（普通I/O信號(hào)）。

應(yīng)對(duì)方案：

采用三菱電機(jī)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(shí)控制；可以在同一CC-Link IE現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)上，連接一般/安全設(shè)備；一般控制/安全控制同時(shí)控制也能保證安全等級(jí)；一般控制標(biāo)簽與安全控制標(biāo)簽可以實(shí)現(xiàn)共享。

實(shí)例②——后道包裝環(huán)節(jié)：薄膜包裝機(jī)

系統(tǒng)要點(diǎn)：

1）托盤將通過傳送帶被搬運(yùn)至薄膜包裝機(jī)處，并由伸縮性優(yōu)秀的薄膜自動(dòng)包裝。最終，這些托盤將會(huì)從薄膜包裝機(jī)中搬出并被調(diào)整為待運(yùn)輸狀態(tài)。

2）在薄膜包裝機(jī)的兩端需要設(shè)置切實(shí)防止工作人員進(jìn)入捆包區(qū)域的防護(hù)措施。該區(qū)域只能通過2個(gè)維修門進(jìn)入，并且其中的一扇門起到的是補(bǔ)充薄膜的作用。

3）如果2個(gè)門中有開放或進(jìn)入狀況發(fā)生時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行復(fù)位操作。另外，工作人員也必須要掌握包裝機(jī)的復(fù)位方法。

通過安全控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)范例：

A.當(dāng)后部的維修門打開時(shí)，設(shè)備的包裝作業(yè)將會(huì)立即停止；

B.在更換薄膜滾輪時(shí)，是可以從由安全門開關(guān)防護(hù)的維修門進(jìn)入的，如果前部維修門被打開，那么薄膜交換設(shè)備的往復(fù)運(yùn)動(dòng)汽缸就會(huì)停止運(yùn)行，此時(shí)就可以對(duì)滾輪進(jìn)行更換了；

C.對(duì)于防護(hù)帶進(jìn)入包裝機(jī)的情況，使用的是安全光幕以起到防護(hù)作用。并且，為了能夠?qū)⒀a(bǔ)充的托盤搬入設(shè)備，該設(shè)備也配備了靜音傳感器。因此，當(dāng)有人員進(jìn)入時(shí)，連接的安全PLC就能夠?qū)ζ溥M(jìn)行感知，并使設(shè)備安全緊急停止。

實(shí)例③——垂直剪裁機(jī)

系統(tǒng)要點(diǎn)：

1）雖然該裁剪機(jī)能夠切斷紙板等大型面板，但是由于存在工作人員進(jìn)入裁剪機(jī)區(qū)域的可能，所以需要在3個(gè)入口設(shè)置防護(hù)措施。

2）需要對(duì)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域的物體是面板還是人進(jìn)行識(shí)別。

3）由于工作時(shí)刀具處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，所以特別是違規(guī)進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域是十分危險(xiǎn)的。

通過安全控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)安全系統(tǒng)范例：

A.裁剪機(jī)傳送帶出入口人員的進(jìn)入是由安全光幕及靜音傳感器進(jìn)行管理的。兩側(cè)共安裝有4個(gè)靜音傳感器。另外，每一側(cè)都安裝有2臺(tái)安全光幕，并且均與安全PLC相連接；

B.當(dāng)傳送帶上并沒有面板時(shí)，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(jī)的前方入口處還設(shè)置有另外一個(gè)安全光幕以起到防護(hù)作用。

由于此處并不會(huì)有面板搬入裁剪機(jī)，所以不會(huì)在此處安裝靜音傳感器。

四 結(jié)束語

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