区域安全技术，打造安全文化

随着竞争的日益激烈和供应链的日益收紧，世界各地的制造业企业正被要求承担更多的责任。来自生产和客户组织的管理像鹰一样监视停机时间和交付日期，而工作场所安全可能得到较少的关注。

在制造业和工业环境中，工人安全是人类的基本要求。它保护工人，防止不必要的停机，并满足标准遵从。尽管如此，厂房安全仍可被视为生产率的消耗——这是一项繁重而昂贵的义务，对整体运营几乎没有增加价值。但一流的公司将安全视为核心价值和生产力驱动因素。他们意识到，通过安全的流程、程序和技术实施来驱动员工行为，可以使他们超越简单的合规，提高生产力和效率，并大幅降低伤害率。安全的工作场所还能提高员工满意度，这对留住人才尤为重要。这需要提前的规划和工程，最新的安全部件，以及建立全面安全文化的愿望。

功能安全

正如许多国际标准所定义的那样，遵循功能安全生命周期为机械安全提供了一个系统的过程。首先，通过进行风险评估，确定事故和不安全情况的潜在原因，然后设计一个安全系统，帮助减少这些风险，实现合规，并提高生产率。

根据定义，功能安全是设备或系统整体安全的关键部分，它依赖于对输入作出正确响应的自动保护，包括对可能的操作失误、硬件和软件故障以及环境变化的安全管理。随着越来越多的产品和系统包含复杂的微电子和软件，评估和实现与安全相关的功能可能具有挑战性。

随着物联网(IoT)在许多领域成为现实，产品和系统正变得互联互通，如能源部门的智能电网;汽车行业的联网车辆和自动驾驶;医疗保健行业向电子健康的转变;智能家居产品;以及制造业自己的工业物联网(IIoT)，包括机器人、工业控制系统、智能工厂和供应链。

实现功能安全的过程至少包括以下步骤:

1. 识别安全风险和所需的安全功能。这意味着必须了解危险和安全功能。将通过功能审查、正式危害识别和风险分析(HAZID)、危害和可操作性研究(HAZOP)和事故审查来确定这些问题。
2. 评估安全功能所需的风险降低。这将涉及安全完整性水平(SIL)性能或其他量化评估。SIL适用于安全相关系统的端到端安全功能，而不仅仅适用于系统的一个组件或部分。
3. 确保安全功能符合设计意图，包括在操作人员输入错误和故障模式的情况下。这包括由合格和有能力的工程师管理设计和生命周期，按照公认的功能安全标准执行过程。
4. 通过确定平均故障间隔时间和安全故障分数(SFF)，以及适当的测试，验证系统满足指定的SIL、汽车安全完整性级别(ASIL)或性能级别(PL)。SFF是系统在安全状态下发生故障的概率:危险(或临界)状态由系统的故障模式和影响分析(FMEA)或故障模式、影响和临界分析(FMECA)确定。
5. 进行功能安全审计，以检查和评估适当的安全生命周期管理技术在相关产品生命周期阶段得到一致和彻底应用的证据。如果不考虑系统作为一个整体以及与之交互的环境，就无法确定安全性或功能安全性。

安全性和自动化
Pilz Automation Safety (Canton, Michigan)的运动专家Brandon Cox表示，大多数公司都在建立一种以安全为导向的文化，这与使用安全组件是截然不同的。“至少，我们需要进行风险评估，这可能导致一个全新的自动化结构，一个与现有网络通信，但设计一个安全功能的结构。”

设计这样的安全自动化结构遵循上面概述的结构，并将组件(如plc和传感器)与特定的安全组件(如光幕、门锁和可以监视、运行和控制工厂地面设备和流程的防护组件)连接在一起。

例如，智能伺服放大器被广泛用于电机技术的驱动控制器。它们可以用于操作所有常见类型的电机，从伺服电机到异步和直线电机，包括旋转直接驱动，直线伺服电机和特殊电机的应用。

Pilz的安全伺服放大器

这种现代的伺服放大器不仅仅是驱动电机。他们提供:

• 定位(通过总线或输入驱动)
• 能够存储数百个运动任务
• 通过运动任务实现复杂的运动序列
• 速度控制
• 转矩控制
• 电动装置功能

Pilz的安全伺服放大器
安全卡与伺服放大器的结合产生了安全驱动解决方案-安全运动。智能伺服放大器可用于标准plc和运动控制系统。它们提供安全输入和输出来激活安全功能，还可以提供各种编码器接口，以及到所有公共总线系统的连接。运动在发生的地方被精确地监测，从而减少了反应时间。同时，由于外部安全组件较少，成本也降低了。

时间和空间
安全装置、监控装置、输出触发器、机器电机等的反应时间都必须考虑在内，即使总反应时间在毫秒范围内。在一份名为《计算安全距离》的白皮书中，作者、美国Schmersal公司的功能安全工程师Devin Murray说，如果安全装置的位置太近，触发安全装置后很有可能暴露在残留的危险中。一旦进行了时间停止测量，就可以在ISO中指定的安全装置的安全距离公式中使用它们

13855 (机械安全。与人体各部分接近速度有关的保障措施的定位）.

驾驶员工行为与安全 流程、程序和技术 实施改进 生产力和更高的效率

ISO 13855的最小安全距离通用公式为:S = (K x T) + C，其中S为最小距离，单位为mm, K为人类接近速度，单位为mm/ S, T为总停止时间，单位为秒，C为入侵距离。不同的非分离防护装置对这个通用公式会有一定的变化。例如，安全垫的公式为S = (1600 x T) + 1200，因此，如果安全垫正在保护一个机器危险，且总停止时间为100毫秒，则安装的最小安全距离将为1360毫米。光幕公式将取决于垂直或水平安装及其分辨率(检测能力)。如果我们以前面的机器为例，使用一个垂直的14毫米分辨率的光幕，总停止时间为80毫秒，那么公式将是S = (2000 x T) + C，其中C由8 (d - 14)计算，d表示光幕分辨率。对于这种设置，光幕的最小安全距离将是160毫米。

商店地板越来越紧
根据SICK公司的说法，当前的安全趋势要求更小的解决方案占地面积和最大可能的解决方案灵活性、功能性和安全性。随着大量可用的监测和防护领域，以及它们越来越小的尺寸，安全激光扫描仪的需求正在增长的区域和访问保护。这种趋势是由新型工业应用程序的适应所驱动的。

新引进的工业自动化领域的安全激光扫描仪现在提供所需的更小的占地面积，增加了远程诊断的潜力，并为客户的整个安全系统执行安全控制逻辑。安全激光扫描仪的基本操作使用飞行时间测量。光脉冲从扫描仪发出，对周围环境进行二维扫描。如果发射的光击中一个物体，它会被反射回来并被扫描仪接收。旋转镜将光脉冲以扇形传播，传播角度可达270度。即使安装在空间受限的区域，在用户配置区域内的对象也会被扫描仪检测到。波束检测高度低至离地35毫米，可重复检测工人的鞋子，具有成本效益和安装方便。

由于这些原因，小型扫描仪是理想的应用，如自动引导手推车(AGCs)或作为任何行业的安全垫的替代品。agc目前对市场上日益紧凑的车辆要求更小尺寸的扫描仪。至于安全垫，更小尺寸的激光扫描仪提供了无磨损的解决方案，对场地尺寸要求更低，可以隐藏在更紧凑的空间，可以减少机器的总体占地面积，节省成本。

三字段设置减少停机时间
三场集合是现在一些小型激光扫描仪提供的功能。三场集可编程为一个保护场和两个警告场。安全和警告字段或“区域”是可自由编程的，可以动态或静态地更改。一旦在定义的“警告区域”检测到物体，扫描仪可以启动一个输出信号——一个声音和/或可见的指示器，可以通知该区域的人员，他们正在接近危险。三场集合的优点可以在移动应用程序中发现，通过使用一个警告场输出来减慢车辆的速度。同样，静止的应用程序可以使用一个警告字段输出来降低机器速度，而不是完全停止。这意味着需要更小的保护区域，从而节省地板空间和最大限度地减少停机时间。

通常，为了补偿较长的制动时间，快速移动的机器或车辆需要更大的安全区域。如果安全区不能适应不断变化的机器环境，车辆将无法绕过拐角，或者机器将需要一个保护场地来覆盖所有可能的危险位置。为了在一个紧凑的空间中使用快速速度，您需要能够平衡安全区域以最大化生产力。在车辆上切换区域最简单、最安全的方法是使用编码器。这项技术已经被改进，使车辆可以做急转弯-内置的公差功能，以最大限度地提高可用性。这样做的好处是，速度信号从编码器发送到扫描仪，而无需与车辆控制进行任何交互。选择安全和简单的区域与文具机有变化的危险区域通常不需要编码器。相反，位置信号可以从机器直接发送到扫描仪，并用于基于机器的当前位置监控区域。

IIoT连接
通过工业物联网(IIoT)的监控设备包括连接和数据收集方面的安全考虑。与预期操作的显著偏差可能表明存在以下任何一个问题。工人可能暴露在不安全的工作环境中或使用机器不当。遵从性可能会受到损害。

例如，如果风险评估确定一扇联锁门每天会打开六次，那么安全性能计算将确定机电联锁在需要更换之前能安全运行多长时间。如果实际性能显示门每天操作12次，联锁的寿命减半，影响合规性。智能安全系统甚至可以提前主动触发更换开关，以保持合规。相反，如果门每天被打开零次，这可能表明设备已经故障，正在被覆盖，或机器的操作方式与设计不同，必须进行调查。

同样，e -stop仅用于紧急情况，但通常用于其他目的，如清除堵塞。这种误用会增加废料和停机时间。在连接的企业中，E-stop激活的时间戳、停机时间、线路和轮班细节都可以记录下来，并用于纠正任何不安全的使用。

得到合作
工人和机器人之间日益密切的合作自然引发了人们对安全的担忧。一个协作机器人，靠自己，能保证安全的应用吗?“不可能，”环球机器人公司全球技术合规官罗伯塔•纳尔逊•谢伊说。

“是的，系统变得更加复杂，但它们现在也有了以前不存在的安全功能。系统正变得更加可靠，减少了那些原本要照管或修理机器的人员的接触。”

Shea描述了四种与安全相关的协同操作:

1. 安全吗?额定监视停止，即在不拆除电源的情况下确保停止。
2. 在自动操作过程中，由操作者手动(“手动引导”)驱动和控制机器人。
3. 速度和分离监测(SSM)，外部安全设备，如安全激光扫描仪或安全视觉系统，基于与任何入侵的分离距离控制速度。
4. 功率和力限制(PFL)机器人，其内部功率和力限制安全功能控制速度、扭矩和运动，因此撞击不会造成伤害。

我们如何开始评估安全性?“首先你需要一个应用程序——即使只是一个概念，”Shea回答道。因素包括:

• 计划做什么?
• 末端是什么?效应器?
• 这将在哪里发生?
• 这个区域是什么样子的?还需要什么设备和动作?
• 应用程序的初始布局是什么?考虑动作、路径、速度、操作人员位置、接触电位、进入障碍等。

预测各种接触情况是 对工程安全和机器人技术至关重要

“重要的是自动恢复运行，”谢伊说。符合安全标准的PFL协同应用程序通常是“低负载、低速”应用程序。许多PFL应用程序使用安全扫描器，通常以比标准语言允许的更高的速度运行应用程序，同时没有入侵。入侵触发器将降低速度，当达到降低速度的时间小于停止的时间时，这符合，这也需要更少的地板空间。

Shea补充说:“在符合ISO/TS 15066:2016附件A的减速和设置下，如果使用PFL机器人，则不要求停止操作。”“根据风险评估，人可以与机器人系统互动。当所有人离开扫描仪区域时，允许自动恢复全速运行。”

结论
虽然现代区域安全组件继续展示越来越多的功能，但具有功能安全评级的组件只与它们使用的环境一样好。安全文化需要被视为生产效率的必然结果。所有利益相关者都可以努力降低安全系统的复杂性，提高使用的便利性。公司必须持续评估、培训、监控和支持他们的人员和安全系统。创建和维护安全文化必须是重中之重。

有各种各样的标准，涵盖在世界各地不同地点执行的特定类型的设备或系统。MCMA和它的上级组织推进自动化协会(A3)保持一个188jinbaobo org标准和标准开发组织的列表