机器设备的安全保护标准和技术介绍.doc

机器设备的安全保护标准和技术介绍（一） 随着科学技术的不断发展，自动化技术在工业生产中的应用越来越广泛，使得机器设备的功能越来越全面，相比过去变得越来越庞大复杂，这样就必须对操作机器设备时的安全性加以严格要求。评价一台机器的优劣，除了看其自动化程度高低外，还应该注重其安全是否有保障。对今天的原始设备制造商、机器制造商和最终用户而言，安全已经越来越成为需要优先考虑的因素。每年，制造商都要面临更多的安全规则和生产选择，他们的问题不再是“我们要不要安装安全系统？”，而是“我们应该安装怎样的安全系统才可靠？”为了适应工业自动化趋势，同时由于社会对工作人员的劳动保护责任心也不断提高，世界上许多工业国家对机器设备的安全性要求越来越严格，象在欧共体国家实行的机器设备CE认证义务就是一个例子。为了协调欧共体国家各自的标准，欧共体标准委员会制订了欧洲的统一标准，规定机器设备只有满足相应的安全要求，即获得CE标志后才被允许在欧共体市场上出售和使用。欧共体国家于1993年1月1日起开始执行欧洲机器指令标准。在经过2年的过渡期后，欧洲机器指令正式开始实施，并且欧共体各个国家都以法律的形式做出了相应的规定。欧洲机器指令强制性地规定，所有进入欧共体国家市场的机器设备，都必须满足欧洲机器指令的相关要求。在欧洲机器指令中，对机器的定义做出了规定。指令中的机器是指联系在一起的多个部件或元器件的集合体，至少包括一个运动部件，具有相应的操动机构，控制和电源回路等，联系在一起用于一定的目的，特别是用于对材料进行移动、包装、加工和处理。指令中还对安全元器件做出了说明，安全元器件的使用由机器制造商决定，用于实现机器的安全保护功能。如果安全元器件出现故障或工作不正确，将会威胁到机器的安全和给处于机器附近工作区域内的人员的健康造成损害。在欧洲机器指令的附录I中，规定了机器和安全元器件的基本要求。除了对整体的安全提出了总的原则要求外，附录I还包括了对控制系统和安全装置等各个独立部分的要求。在设计机器时，基本的安全保护要求和安全元器件的选择要求制造商必须进行机器的危险性分析，以确定机器所有存在危险的可能。对机器进行过危险性分析后，制造商可以采取如下三种措施来减少事故的可能性，将机器的危险性降低到可以承受的程度：(1) 在设计机器时将可能出现的危险降低到最少；(2) 对于无法避免的危险，采取必要的安全保护措施；(3) 对用户进行培训，避免剩余危险可能导致的伤害。当机器符合欧洲机器指令的规定时，制造商有义务提供符合规定的证明，当然也有例外情况，在欧洲机器指令附录IV中列出的机器和安全元器件，必须以EEC原型测试的形式提供符合证明。对于符合欧洲机器指令的机器，必须要有一个在外部可见的标记来表明符合要求，这个标记就是CE标记。这个标记仅仅适用于完整的、具有一定功能的独立的机器，而不适用于零部件和元器件。但同时，CE标记也可以应用于符合其它欧洲指令规定，而不是欧洲机器指令的产品，例如开关等电气产品如果符合欧洲低电压指令，即使不是用于避免电气危险，也可以应用CE标记。因此，关于产品上CE标记的具体信息，应该通过由制造商提供的符合要求的声明来反映，该声明有时候需要与产品一起自动提供，有时候是根据需要提供。另外，在做产品广告时强调CE标记并不表示质量保证证明，应该避免在广告中将CE标记与产品质量联系在一起。由于CE标记所代表内容的广泛性，因此它不能反映出具体的内容，更多重要的信息应该通过符合声明反映出来，符合声明应该包括声明、规范和签名等，用来证明指定的产品符合欧洲机器指令的要求。机器设备的安全保护标准和技术介绍（二）在欧洲，有三个机构能够代表欧盟委员会制定标准，即CEN（欧洲标准委员会）、CENELEC（欧洲电气工程标准委员会）、ETSI（欧洲通信标准委员会），这三个欧洲标准机构可以单独或与其他两个机构共同合作，制定各种必要的标准。 在欧洲机器指令中，包含了上百个标准，为了更好地管理和汇编这些标准，欧洲标准机构将它们划分成三个不同的层次结构：A类标准（基本标准）、B类标准（类别标准）和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。在A类标准之下，是参考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。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。另外，B类标准又划分为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。所有这些欧洲标准（EN标准）的内容都被毫无修改地包含在各个国家的国家标准中（如德国的DIN标准和VDE规范等），这样可以使这些标准在各个国家都可以被贯彻实施。这些在欧洲各个国家通用的标准可以指导制造商如何去使其产品获得CE标记，同时，如果制造商满足了这些标准的要求，就可以认为是满足了欧洲指令的要求。下面是目前已经正式实施和预实施的一部分欧洲标准。欧洲标准（基本标准和类别标准）：EN 292 第一部分机器的安全关于基本术语和方法的基本概念和总则EN 292 第二部分机器的安全关于设计原则和规范的基本概念和总则EN 294机器的安全防止上肢能够到达危险区域的安全距离EN 349机器的安全避免挤压装置对人身伤害的最小间隙EN 418机器的安全紧急停止设备和功能的设计原则prEN 574（草稿）机器的安全双手控制装置prEN 811（草稿）机器的安全防止下肢能够到达危险区域的安全距离prEN 953（草稿）机器的安全对固定式和移动式安全防护门的设计和结构的总的要求prEN 954-1（草稿）机器的安全控制系统中与安全保护功能相关的部件，第一部分：设计总则EN 1037机器的安全防止机器的意外启动prEN 1050（草稿）机器的安全危险性分析EN 1088机器的安全与安全防护门相关的安全门开关装置的设计和选择原则EN 60204 第一部分机器的安全机器电气部分的总的要求欧洲标准（产品标准）：EN 201机器的安全用于塑料和橡胶工业的注塑机的设计和结构的技术安全要求prEN 280机器的安全移动升降式工作平台，稳定性参数的设计计算、结构和安全测试prEN 415（草稿）机器的安全包装机械、成型机械等的安全要求EN 500-1机器的安全移动式马路建筑机械的安全保护prEN 691（草稿）机器的安全木工机械，健康和安全一般要求prEN 692（草稿）机器的安全机械式压力机械的安全保护prEN 693（草稿）机器的安全液压式压力机械的安全保护EN 775机器的安全工业机器人的安全保护prEN 869（草稿）机器的安全金属压铸设备的安全要求prEN 1010（草稿）机器的安全印刷机械的设计和结构的技术安全要求prEN 11111（草稿）机器的安全纺织机械的安全要求机器设备的安全保护标准和技术介绍（三） 欧洲机器指令可以分为三大类。类型A为基本的安全标准，包括了安全保护的定义和设计原则等内容；类型B又分为B1和B2标准，B1标准在基本标准的基础上对各种专门的安全保护措施进行了定义，而B2标准则是规定了对各种安全保护设备的要求；类型C是对不同类型的机器做出了不同要求的安全保护规定。为了采取合理有效的安全保护措施，以达到CE认证的标准，首先必须对机器设备的危险性进行分析和评估。按照欧洲机器安全标准EN954-1标准，对机器设备进行“危险性评估”后可以得出其危险等级。危险等级可分为B，1，2，3，4共五级，等级B最低，等级4最高。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的，如下图所示：S： 受伤程度 S1： 轻度受伤 S2： 重伤至死亡事故F： 频繁性和滞留时间 F1： 很少至常常 F2： 频繁至总是P： 事故可预防性 P1： 一定条件下可能 P2： 几乎不可能根据欧洲机器安全标准EN954-1“安全控制系统”中的要求，按照对故障的承受能力和出现故障后安全功能的作用，对应于危险等级的五个等级，机器设备的控制系统中安全控制部分也可分为五个等级。等级B要求与安全功能有关的控制电路在设计、选择和组装过程中必须使用符合基本安全准则和有关标准的安全开关电器。安全控制电路要能够承受预期的运行强度，能够承受运行过程中工作介质的影响和相关外部环境的影响。等级B为最基本的等级，其他等级都必须满足等级B的要求。与等级B相比，等级1要求使用技术成熟的元器件，即在相似的应用领域中有过广泛和成功的使用，或是根据可靠的安全标准制造的元器件，以及使用成熟的技术。在等级B和等级1中,安全控制系统对故障的承受能力主要是通过采用适当的元器件来实现, 当安全控制电路中出现任何单一故障时，都会导致安全功能失效。由于使用了技术成熟的元器件，等级1对故障的承受能力比等级B更强一些。等级2除了要符合等级1的要求外，还必须要做到在机器的控制系统中能够对安全控制系统进行测试，在机器启动时和在危险状态出现前，必须对安全功能进行测试。在危险性分析和运行方式显示有必要时，还可在运行中定期进行测试。只有测试正常，才能启动机器或使机器持续运行，测试本身不会导致危险状态，一旦检测到故障，必须输出一个信号使相应的控制系统产生作用，同时必须能维持安全状态直至故障排除。测试装置可以是单独的，也可以是安全系统的一部分。在满足等级1的要求的基础上，等级3最主要的要求是当安全控制系统中的一个元器件出现故障时，不会导致安全功能失效。在下一次安全功能起作用前或起作用时，必须能够检测到已经存在的一个故障，但这并不意味着所有故障都已检测出来，因此故障的积累会导致安全功能失效。等级4为最高安全控制等级。在符合等级1要求的同时，还要求安全控制系统中一个元器件的故障不会引起安全功能失效，而且故障能在下一次安全功能起作用时被识别出来，如果无法识别，要求多个故障的积累不会引起安全功能的失效。在等级2，3和4中，主要是通过电路结构上的设计来达到对安全功能的要求。在设计电路时，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。同时，为了避免短路，减少故障的发生率，确定故障的类别，准确地检测故障以及避免二次故障的发生，可以采用诸如：隔离电路，充分的承载能力，当遇故障时及时开路断电，良好的接地等措施。在对机器设备的危险性进行了分析和评估，同时确定了对应的安全控制等级后，就必须对机器设备采用合理有效的安全保护措施和应用符合国际标准的安全保护电器产品。对机器设备实现安全保护有多种方式，如机电式、电子式、液压式、气动式等等，可以根据机器的实际情况进行选择，目前使用最多、技术最成熟的方式是机电式。在实际应用上，等级2很少使用，因为在等级2中，安全保护功能如果在两次测试之间出现故障，系统将无法检测到，从而有可能在安全保护功能失效时导致机器或人身伤害事故的发生。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，特别是对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。评估机器存在的危险等级和相应的安全等级，是选择安全方案的第一步，如结果显示一台机器或者一道工序存在致伤的危险，就一定要加以清除或者遏制，如何清除则取决于机器本身及其危险的性质。最好的保护措施就是，既提供最大限度的保护，又最小限度地干扰设备系统的正常运行。全面考虑机器各个方面的使用非常重要，因为经验表明使用困难的系统最终将被淘汰。机器设备的安全保护标准和技术介绍（四） 机器设备的安全保护，其核心就是使机器设备的危险动作停止下来，这一点可以在如下的欧洲标准中反映出来：- EN 292 机器的安全：基本概念、总则和设计-第一部分：基本术语和方法-第二部分：技术原则和规范- EN 60204-1机器设备的电器装置，第一部分：总体要求和规范- prEN 954-1: 1994控制系统中与安全保护功能相关的部件第一部分：设计总则- EN 1037-1: 1996防止机器设备的意外启动如何将机器设备从运行到停止下来是非常重要的。根据所使用的安全保护装置的不同，可以有不同的安全停止功能。在正常运行中使用的停止功能，必须要能够避免机器设备、产品和加工过程被破坏，同时要能够防止机器设备的重新启动，这就是对安全停止功能的要求。在EN 60204-1标准的第9.2.2段中，规定了三种停止类别：- 停止类别0：通过立即切断供给机器设备的电源来实现停止，也就是停止不受控制。- 停止类别1：受控制的停止，供给机器设备执行机构的电源一直保持，以使机器设备逐渐停止下来。只有当机器设备完全停止后电源才被切断。- 停止类别2：受控制的停止，供给机器设备驱动装置的电源一直保持。正确的停止类别的选择，必须建立在对机器设备所进行的危险性分析的基础之上，这在prEN 954-1：1994标准中有所规定。所有的机器设备都必须具有停止类别0的停止功能。停止类别1和/或2的停止功能只有在机器设备的安全和功能要求有必要时才可使用。停止类别0和1的停止功能必须与运行方式无关，并且停止类别0必须具有优先权。停止功能必须通过相应电路的失电来实现，并且应该比所对应的启动功能具有优先权。除此之外，还必须采取相应的措施以确保可靠的停止，与此相关的安全功能的设计原则在prEN 954-1：1994标准中有所规定，如果当机器设备的电气装置出现故障时，会导致危险状况的出现，或是损坏机器，或是破坏材料加工过程，则必须采取适当的措施以减小这些危险出现的可能性。在对停止功能做出的要求之中，还包括了如下对紧急停止的要求：- 紧急停止必须比其它所有功能和各种方式的运行都具有优先权。- 对于会导致危险情况出现的机器设备的执行元件，供应给其的电源必须能够被尽可能快地切断，同时不会产生新的其它危险。- 复位操作必须不会导致任何重新启动。如果需要的话，必须提供专门的紧急停止装置。要实现停止类别0的紧急停止功能，只能通过使用机电式的元器件之间的硬接线来实现，而不能依靠任何开关逻辑（无论是硬件还是软件）实现。在设计安全保护线路时，必须要考虑到从控制指令发出到指令产生作用时，安全保护线路的响应时间，这是非常重要的，尤其是在处理高动态驱动时。响应时间与安全保护装置的响应速度有关，响应速度低就意味着更长的安全保护响应时间。制定EN 292标准的目的，就是要向制造商、设计人员等提供一个必要的框架或策略，使得他们的产品能够以最切实有效的方法来符合欧共体的要求，在这个过程中，充分理解欧洲机器指令中对安全保护做出的要求是十分必要的。机器设备的安全保护标准和技术介绍（五） 为了防止人员在机器设备工作范围内遇到危险，可以采用多种方法，安装可移动的防护门是其中非常普遍的一种。在设计防护门时，应该能够做到在机器的危险运动停止之前，或其他危险因素被排除之前，工作人员无法进入危险区域。安全门开关和电磁开关锁可以用来对可移动的防护门进行位置监控和锁紧。安全门开关和电磁开关锁最大的特点是，具有一个单独的分离式的操动件（也可称为插片或操动钥匙）。使用安全门开关和电磁开关锁必须实现以下功能：- 能够确保在安全防护门打开时，机器设备不会产生危险的动作；- 如果使用的是安全门开关，则在机器设备运行过程中，一旦将可移动的安全防护门打开，必须能够使机器设备的危险动作停止下来；- 如果使用的是电磁开关锁，则可移动的安全防护门必须一直保持锁定，直到机器设备的运行状态不会导致危险状况的产生；- 在两种情况下，关闭可移动的防护门都不会直接启动机器设备的危险动作。当机器设备的危险动作停止下来的时间大于人员进入危险区域所需的时间时，必须使用安全电磁开关锁，这种安全电磁开关锁具有安全锁定和延时解锁释放功能。无论是安全门开关还是电磁开关锁，都具有绝缘塑料外壳和金属外壳两个系列，选择何种系列取决于它们所处的环境条件，这些条件包括：机械负载、温度、化学影响等。在任何情况下，具有单独的分离式操动件的安全保护开关，都不允许用作机械停止开关。经验表明，金属外壳系列比绝缘塑料外壳系列更能承受恶劣的条件，但是，在通常的工业应用条件下，绝缘塑料外壳系列能够更好地发挥作用，例如，在各种机床、工业机器人、印刷机械、造纸机械、包装机械等。安全电磁开关锁有两种工作方式，一种是通过弹簧力锁定，通过电磁力解锁；另一种是通过电磁力锁定，通过弹簧力锁定。无论选用何种工作方式的安全电磁开关锁，都必须考虑到在锁定状况下可能承受的最大拉力。弹簧力锁定工作方式的安全电磁开关锁时通过内部的弹簧力来进行锁定，通过内部的电磁线圈通电产生的电磁力来进行解锁，如果电磁线圈没有通电，则可移动的防护门将始终保持锁定状态。在这种形式的电磁开关锁中，内部的弹簧为安全型的弹簧，其弹簧线圈之间的间隙比弹簧钢丝的直径还要小，这样可以避免弹簧的损坏，确保弹簧可以实现安全的锁定功能。为了能够在电磁线圈没有通电的情况下解除弹簧的锁定力并打开电磁开关锁，所有型号的电磁开关锁都具有辅助的解锁结构，解锁功能只能通过专用工具来实现，例如专用的三角形套筒扳手等，这种专用工具可以用来打开电磁开关锁和进行复位。电磁开关锁的另一种工作方式是通过电磁力锁定。当开关内部的电磁线圈通电后产生电磁力，这个电磁力克服弹簧的弹力之后将操动件锁定，而当电磁线圈断电之后，弹簧将恢复原状，从而将操动件解锁。在EN 1088:1996标准中明确指出，通过弹簧力锁定的电磁开关锁可以被当作安全开关用来保护人身安全，而通过电磁力锁定的电磁开关锁只能应用于少数情况，在这些情况中，机器设备经过分析后确认不会对人身安全造成伤害，但却需要对机器设备本身或材料的加工过程进行保护。原因显而易见，在使用通过电磁力锁定的电磁开关锁时，一旦因为外部线路的问题使得电磁线圈无法通电，则无法锁定操动件，从而使可移动的防护门能够轻易被打开，电磁开关锁失去了安全锁定的功能。机器设备的安全保护标准和技术介绍（六） 在许多危险性很高的机器设备中，如锻压设备、冲剪设备等，都会使用双手控制装置。双手控制装置属于电敏式安全保护装置，其作用是当有人在操作机器设备，给机器设备一个产生危险动作的信号时，迫使其同时使用双手，从而必须待在一个地方，这样可以确保安全。双手控制装置是安全保护装置，要求双手的动作必须要保持同时，这也就意味着在启动机器或保持机器设备的运转时，只要机器设备的危险动作没有停止，操作人员的双手就会被一直限制在远离危险区域的范围之内。双手控制装置一般被当作安全保护装置，用于在危险区域附近的物料提升或危险区域内的手动送取料，举例来说，可以用于如下情况：- 在粉末冶金设备或类似设备中，金属加工过程中的冲压；- 印刷和造纸设备；- 冲压设备和类似的金属加工机械；- 化学工业中使用的机器设备；- 橡塑工业中使用的机器设备。在prEN 574：1991标准中，规定了三种不同类型的双手控制器，它们之间在安全保护等级上有所区别：- 类型1：具有两种控制功能的可能性，要求双手同时操作，并且在机器设备的危险运行过程中始终保持动作，一旦有一个控制操作装置被释放，机器设备的危险动作将立即停止。- 类型2：除了类型1的要求外，还要求当两个控制操作装置都被释放后，机器设备的再次运行必须要重新启动。- 类型3：除了类型1和2的要求外，还要求两个控制操作装置必须在小于等于0.5秒的时间内同时动作，如果时间间隔超过0.5秒，则必须将两个控制操作装置都释放，再重新启动机器。在prEN 574：1991标准中，提供了一个选择双手控制装置的方法，在对机器设备经过危险性分析后，可按照下表选择合适的双手控制装置：类型操作方式举例可应用的机器设备举例1不需要给设备进行送取料的工作。不太需要待在危险区域内，不太可能因为一个控制装置受到阻碍而使整个功能不正常。工具夹紧2工作地点非常靠近危险区域，但通常情况下不会进入危险区域。工具调整3经常手动在危险区域内送取料。机械冲压 在双手控制装置中，对除去操作按钮以外的罩壳的设计也有特殊的要求，以防止无意之中操作按钮，或通过简单的方式降低双手控制装置的安全保护功能。特别是必须确保不可能只用一支手，或是身体的其它部位，或是使用其它的简单途径，或是因为意外，而使双手控制装置的按钮被操动。 双手控制装置外壳的设计符合人体工程学的原理，能确保无法通过简单的途径，如使用一支手和肘部、膝盖、臀部、大腿、腹部等，来操动双手控制装置，这些操作会减小安全保护的作用。另外，双手控制装置在设计时还要考虑到以下一些要求，能够承受预期的工作强度和环境条件，所有的边角部分应该是圆滑的或斜面的，能够打开或移去的部分必须采取特别的措施，使得它们必须借助工具才能打开或移去。在选择按钮时，每个控制操作按钮必须有一个常开和一个常闭触点，且这两个触点必须是两个独立的触点块，以确保整个按钮动作的可靠性。机器设备的安全保护标准和技术介绍（七） 为了消除直接的或即将出现的危险，所有的机器设备都必须具有紧急停止功能（只有少部分例外情况），紧急停止功能可以通过一个或多个紧急停止装置来实现。在实际使用过程中，紧急停止装置只能被用作为机器设备附加的预防危险的措施，而不能用来取代必需的安全保护装置，也不能用作自动的安全装置。在新的欧共体标准EN 418：1992中，对控制装置的功能做出了新的规定，其中在紧急停止设备的设计原则和功能方面也有新的规定。新标准对紧急停止设备的性能提出了更高的要求，要求控制装置或操动装置的锁定与紧急停止信号的触发之间的互相依赖关系更加紧密，同时还要能够防止意外解除紧急停止装置的锁定状态。特别要指出的是，对紧急停止装置有一个特殊的要求，即在给出紧急停止的命令信号之后，控制装置的操动头必须能够通过预先设置在内部的机械结构来自动运动到切断位置。这就意味着只有那些内部具有弹簧结构，在操动力达到了压力点之后，能够自动锁定的装置才能满足这个要求。而那些通过内部升起动作来实现锁定功能的装置则不能满足这个要求。在标准中之所以这样着重做出规定，是为了在机器设备的控制过程中，能够更好地防止无意之中的重新启动。在使用传统的控制装置时存在着一定的危险因素，即操动头很容易动作，不需要锁定和触发一个紧急停止信号。在这种情况下，对启动按钮的错误动作将会导致无意之中的，甚至可能是危险的重新启动，因为没有锁定功能，紧急停止设备的安全触点将不会再保持断开状态。标准中还对紧急停止设备的颜色、布置、设计等做出了规定，也说明了有如下几种形式的紧急停止装置：- 紧急停止按钮- 紧急停止拉线开关- 紧急停止脚踏开关，不带保护罩在EN 418：1992标准中，还有如下内容：- 控制装置及其操动元件应该应用肯定的机械动作原理；- 在操动元件动作后，紧急停止装置应该可以消除机器设备的危险动作，或是自动地以最有可能的方式降低危险；- 紧急停止装置的操动元件动作后，在产生一个紧急停止命令信号的同时，应该会同时使控制装置锁定在停止状态，这样，当操动元件恢复原状后，紧急停止命令信号仍将保持，直到控制装置被复位（解锁）。在紧急停止命令信号没有产生时，不允许使控制装置处于锁定状态。在控制装置出现故障的情况下，产生紧急停止命令信号的功能应该比锁定功能具有优先权；- 在控制装置处于动作期间，由紧急停止命令信号产生的机器设备的安全状态应该不会被无意更改。在产生紧急停止信号后，机器设备可以有停止类别0或1两种形式，因此紧急停止应该具有如下功能：- 符合停止类别0，也就是通过立即切断机器设备动作元件的工作电源使机器设备停止下来；- 或者是使机器设备的危险部件与它们的机械操动元件之间形成机械脱离，如果有必要的话，产生不受控制的制动；- 或者是符合停止类别1，也就是机器设备的动作元件在通电的情况下其停止过程受到控制，在达到停止状态后再切断其工作电源。机器设备的安全保护标准和技术介绍（八） 在欧共体标准中，有一些标准对安全保护距离做出了规定。对安全距离有两种不同的规定，一种是用在危险区域前方的防护装置的安全距离，这种防护装置是用来阻止人体或人体的一部分进入到危险区域，比如安全防护门。另一种是技术型的安全保护装置的安全距离，这种安全保护装置是用来检测人体或人体的一部分在危险区域前方的移动，并根据检测的结果输出安全保护信号。对于前一种安全距离，有如下标准做出规定：- EN 294：防止人的上肢能够进入危险区域的安全距离；- EN 349：避免人体的各个部分受到挤压的最小间隔；- prEN 811：防止人的下肢能够进入危险区域的安全距离。对于后一种安全距离，有如下标准做出规定：- prEN 999：1993：手掌/手臂的速度人体各个部分的接近速度，用于对安全保护装置进行定位。该标准可应用于安全门开关锁、电敏式安全保护装置、安全地毯和双手控制器等。离开危险区域所需要的最小安全距离，可以用下面的公式来进行计算：S=KT (+C)S：用毫米做单位表示的从危险区遇到安全保护区域之间的最小安全距离；K：用毫米做单位表示的每秒钟的接近距离，通常为1600mm/s；T：用秒做单位表示的总的响应时间，由t1和t2两部分组成。t1为安全保护装置从被触发到输出信号之间的最大响应时间，t2为整个机器的最大响应时间，即从机器接收到安全保护装置的输出信号到机器静止下来或危险因素被解除之间的最大响应时间。C：用毫米做单位的在进入危险区域时要考虑的附加距离。通常情况下，机器设备在任何运行方式下其安全保护装置都必须能可靠地发挥作用，但是，也允许有例外情况，就是机器在没有其它可能产生明显动作的情况。一个典型的例子就是机器设备内工具的安装，必须在机器运行且安全防护门打开的情况下进行调整。在欧共体标准EN 60204-1中，对于将安全保护装置旁路掉的做法进行了特别的规定，并且在不同的机器安全保护标准（C类标准）中有更加详细的规定，例如降低运动速度等。首先，将安全保护装置旁路掉只能在机器的某些特殊运行方式下才可以进行，此时，旁路装置必须有保护措施，例如为了有效地禁止机器的自动运行方式，能够被电气锁定，使用可锁定的选择开关就是一种典型的用法。另外，即使是在这些特殊的运行方式下，也就是旁路装置已经将自动运行方式旁路掉时，仍然必须采取措施来保护运行人员的人身安全。举例来说，要实现旁路功能，可以使用特殊的固定式指令装置或者手持式控制装置（带有附加的紧急停止设备），这些装置使运行人员能够有意识地选择触发机器的运动，并且能自动复位。另外，也可以采取措施来限制机器运动的速度和范围。总之，在机器设备的安全保护中，安全距离和旁路装置都是非常重要的。在采用任何一种安全保护措施之前，都必须考虑到安全距离。而将机器设备的安全保护装置旁路掉是十分危险的，只有使用经过严格测试的旁路装置，才能确保运行人员的人身安全。机器设备的安全保护标准和技术介绍（九） 在机器设备的安全保护中，除了要使用安全可靠的保护元件外，对于非常危险的机器设备，还要对其安全保护控制电路做出一定的要求，以提高安全保护的等级，安全监控器模块就能起到这个作用。安全监控器模块就相当于一个完整的安全保护控制电路。它连接在机器设备的安全保护元件，如安全门开关、紧急停止开关等，和机器设备的启停控制元件，如马达接触器、控制继电器等之间。为了提高可靠性，所有的安全监控器模块都具有双重的系统安全自检检测电路，以及肯定动作的输出继电器。每一个安全监控器模块都能够监测到安全保护系统中元件的故障、接线中的相互连接故障，以及自身内部监测电路和输出继电器的故障。当安全监控器模块检测到机器设备安全保护电路的故障或是安全防护门被打开，它就能够切断模块的输出信号，使机器设备停止下来，从而保护工作人员的人身安全。同时，它还能够在安全保护电路的故障被排除之前，禁止机器设备的重新启动。除了能够检测到安全门开关的开启和紧急停止开关的动作之外，安全监控器模块根据不同的设计，还可以检测到安全保护电路的如下一些故障：- 安全门检测开关/传感器失效；- 安全保护电路断路；- 安全保护电路短路；- 安全保护电路短路接地；- 被控制的输出装置（如马达接触器）触点烧焊；- 安全监控器模块的肯定动作继电器失效；- 安全保护系统的检测电路故障；- 工作电压不足。安全监控器模块有两种组成结构，一种是基于继电器组合电路，另一种是基于微处理器电路。基于微处理器电路的安全监控器模块还具有系统自诊断功能，通过可见的LED指示灯输出，能够显示出故障的内容和位置，这样就可以尽量缩短机器设备的停机时间。安全监控器模块能够检测到机器设备安全保护电路中的故障，并能够确定其出现的位置，能够与安全门开关、安全电磁开关锁、磁编码传感器、安全边沿开关、安全光幕、急停按钮和紧急拉线开关配合使用，满足广泛的安全应用需要。安全监控器模块增强了机器设备安全保护系统的可靠性，通过检测出安全保护电路中的故障，可以切断电源使机器停止运行，直到故障被排除，大大提高了安全等级。安全监控器模块有两种输入方式，单通道式只能输入一个常闭触点，当用于安全保护电路中时不能检测出接线短路和输入状态改变错误。双通道式允许输入两个触点，在自检测电路中互为冗余。这种模块能够检测出接线故障和输入状态改变故障，因此比单通道式有更高的安全等级。在选择使用何种安全监控模块时，通常需要明确以下几点内容：（1） 需要监控的输入信号的类型，例如，是急停开关、安全门开关、安全光幕还是磁编码传感器；（2） 需要监控的输入信号的数量；（3） 模块需要的输出通道的数量和类型，例如，肯定动作继电器的输出数量，辅助信号的输出数量；（4） 是否需要对所控制的输出装置（如马达接触器、控制继电器等）的工作状态进行监控；（5） 需要达到的安全保护等级，这通常需要根据对机器设备所做的危险性分析来决定；（6） 控制系统所需要的复位方式，如排除故障后自动复位，或是通过某种控制元件（如重新启动按钮）来手动复位。通过以上步骤，能够很简单的选择出一种或几种安全监控器模块，来满足实际应用中的需要。机器设备的安全保护标准和技术介绍（十） 在现代工业生产中，机床在所有生产设备中的地位无疑是最为举足轻重的，各种类型的机床被广泛应用于诸如汽车、船舶、轻工等各行各业中。在发挥极大作用的同时，由于技术设计上的考虑不当，机床在使用过程中也常常会造成生产事故。如何在合理发挥机床作用的同时，最大程度地减少生产事故的发生，应该是所有机床设计人员和制造厂商义不容辞的责任。另外，随着科学技术的不断进步，机床的制造水平越来越高，机床的加工精度也越来越高，这就要求在机床的加工过程当中，来自外界的干扰越小越好。从以上两方面可以看出，在机床的设计和制造过程中，必须充分考虑到安全保护技术的重要性，全面采取安全保护措施已经势在必行。在机床的使用过程中，最危险、最需要采取保护措施的部位，首先是各种刀具对工件进行加工的部位，在这种部位安装防护罩非常必要。同时，安装防护罩也可以保护加工过程不受外界的影响，从而提高加工的精度。在防护罩上，需要安装防护门作为操作人员与加工工件之间的通道，而如何使防护门起到安全保护作用，成为安全门，就显得尤为重要。防护门的开启和关闭有多种方式，对于防护门不同的开关方式，可以通过安装不同类型的安全开关来实现安全保护功能。由于机床的危险程度比较高，因此所需的安全保护等级也相应比较高，为此可以通过将安全开关与各种安全监控器配合使用，来实现较高的安全保护目标。通过在门上安装一个电磁安全开关锁，并将其与安全监控器配合使用，可以实现如下功能：当防护门开启时，门内的机器无法启动，只有在操作人员一切准备就绪，关闭防护门后才可以启动机器。当机器启动后，电磁安全开关锁将被锁定，除非用极大的力量或使用专门的钥匙，否则防护门将无法开启，这样可以确保避免生产过程中意外事故的发生。在切断机器的工作电源后，由于惯性，机器仍将运动一段时间，也就还具有一定的危险性，此时可以通过在安全保护系统中增加一个安全时间继电器，使得机器电源切断后，防护门依然无法开启。只有当安全时间继电器的延时时间到了之后，系统产生一个信号给电磁安全开关锁，这样防护门才能开启。可以通过设置安全时间继电器的延时时间，来确保门内的机器运动已经完全停止，此时开启防护门不会有任何危险。下面通过该安全保护系统的原理接线图，来具体分析上述功能是如何实现的：图中AZM为电磁安全开关锁，AES为安全监控器，AZS为安全时间继电器。在正常状况下，安装于机床上的防护门是关闭的，此时AZM开关内的常开触点（13-14）断开，常闭触点（1-2）闭合，AES安全监控器内的两个微处理器对这两个触点的状态进行检测后，K1和K2继电器线圈通电，这样电动机控制回路中的K3和K4接触器线圈也就通电，电动机可以启动。在电动机正常运转时，AZS安全时间继电器内的两个微处理器对K3、K4接触器的两个触点（S13-S14和S21-S22）的状态进行检测，使K1和K2继电器线圈不带电，端子34无电流输出，AZM开关内的电磁线圈不带电，内部的弹簧机构将钥匙插片锁紧，防护门就无法开启。当防护门开启后，常开触点（13-14）闭合，常闭触点（1-2）断开，此时AES安全继电器内的微处理器同样对AZM开关内的触点状态进行检测，使K1、K2继电器和K3、K4接触器的线圈全部失电，电动机无法启动。当切断电动机的工作电源后，K3、K4接触器的线圈不带电，AZS安全时间继电器内的微处理器检测到两个触点（S13-S14和S21-S22）的状态发生改变，此时并不会立即使K1、K2继电器的线圈带电，而是先使内部的计时装置开始工作，在达到事先设定的时间之后，微处理器才会使K1、K2继电器的线圈带电，从而使端子34有电流输出，AZM开关内的电磁线圈带电，将弹簧机构收缩，从而松开钥匙插片，使防护门可以开启。通过调整AZS安全时间继电器内的计时装置，可以改变设定的延时时间，这样可以确保在电动机完全停止下来之后才能开启防护门，也就避免了发生事故的可能性。在此电路中所使用的AZM开关，其常闭触点（1-2）为肯定断开触点，而AES安全监控器和AZS安全时间继电器采用的都是信号冗余处理技术，通过两个采用不同编程的微处理器和两个安全继电器K1、K2，可以实现自检测和相互监测，防止发生故障互容性。因此，此电路具有极高的故障防误和识别性能，符合欧洲安全开关电器标准，具有高度的安全可靠性，能够达到高要求的安全保护等级。机器设备的安全保护标准和技术介绍（十一） 在现代工业设备中，安全防护门的使用已十分普遍，除了机床制造业外，汽车、橡塑、印刷等行业的设备也需要使用安全防护门。而在安全防护门的保护上，除了使用安全电磁开关锁外，还可以使用其它类型的安全开关，与安全监控器模块配合，同样可以满足各种安全保护需要。用于安全保护功能的元器件应该确保工作安全可靠，即使在元件或模块出现故障的情况下仍能满足安全保护的要求，即安全触点在故障时仍要确保肯定断开。在安全防护门的保护上，限位开关是经常使用的一类安全开关，它的开关动作机构在开关内部，通过一个凸轮机构来动作。当限位开关用于安全防护门的保护时，必须满足当安全防护门关闭时，其常闭触点保持闭合，此时机器能够启动。一旦安全防护门打开，限位开关的操动头动作，并通过内部结构使常闭触点断开。只有采取这样的工作方式，才能确保即使是在限位开关出现故障（例如触点发生烧焊）的情况下，安全保护系统仍然能够发挥作用。在分离式的安全保护开关中，除了安全电磁开关锁之外，还有不具备电磁锁定功能的安全门开关，同样可以应用于安全防护门的保护。安全门开关由相互独立的两部分组成：开关本体和开关操动件。当安全防护门打开时，开关操动件被从开关本体中拉出，此时开关内的常闭触点会通过一个机械反弹装置断开。当安全防护门闭合时，开关操动件插入开关本体内，此时常闭触点闭合，这样机器设备的驱动或控制系统才能够通电工作。在欧共体标准EN 60947-5-3中，对非接触式的安全保护开关做出了规定。非接触式的安全保护开关也可以用于安全防护门的保护，其可靠性和适用性已得到了广泛的证明，特别是在恶劣的环境下，如腐蚀性很强的环境和诸如肉类加工这样对卫生要求很高的行业。因为非接触式的安全保护开关其传感器和触发元件的外壳是完全密封的，并且非常紧凑和光滑，易于清洁。在这些环境下，非接触式的安全保护开关的使用性能要强于机电式的开关。非接触式的安全保护开关中最常用的一种是磁式安全开关，传感器通过检测触发元件磁场的变化来产生安全开关信号。除了非接触式的安全保护开关外，在某些机器设备上还会用到非接触式的安全防护门，其中最常见的就是我们平常所说的光栅和光幕。光栅和光幕是电敏式安全保护装置，通过在发射器和接收器之间发射和接收红外线，形成一个不可见的、非接触式的安全防护门，当有人或物体经过该区域时，保护装置能够检测到并产生一个安全开关信号，从而起到安全保护的作用。光栅和