六個提示幫助您打造更好、更安全的機器

作者：喬舒亞·德拉 (Joshua Draa) 和拉里·雷諾茲 (Larry Reynolds)，自動化直通 (Automation Direct)

安全性是機器設計和運行中非常重要的一部分，它保護人員，防止設備損壞，並最大化生產力。安全系統的目的是在安全感應器檢測到危險情況或員工按下緊急停止按鈕後，儘快將機器帶到已知的安全狀態。

最基本的安全系統包括：

• 輸入 – 檢測危險情況的感應器，例如人員進入限制區域（例如安全開關、光幕、墊子、邊緣等，以及緊急停止按鈕或拉線）
• 邏輯 – 監控安全輸入並控制安全輸出的設備（例如安全繼電器、安全PLC等）
• 輸出 – 通過控制危險運動將機器帶到已知安全狀態的設備（例如安全接觸器、具有安全扭矩關閉功能的變頻驅動器 (VFD) 等）

有各種各樣的機器安全技術，從簡單的屏障到高度複雜的區域安全實施。然而，更昂貴或複雜的系統不一定更好。理想的安全系統是能夠滿足機器和應用需求的系統，確保安全而不增加不必要的複雜性和成本。在這裡，我們將回顧建立安全系統的最佳建議。

建議一：從風險評估開始

安全性不應被視為機器設計上層的獨立子系統，而應從設計的最初階段就整合進去，首先進行風險評估。

風險評估的關鍵步驟包括：

• 組建跨學科團隊 – 設計/工程、設備功能、運營、維護等。這樣可以確保沒有任何一個部門主導討論。
• 識別風險、工人接觸這些風險的頻率/持續時間，以及可能的負面結果。操作員並不是唯一需要考慮的人。風險評估應考慮與機器的任何互動，無論是清潔、維護、監控還是僅僅路過。

安全設計和風險評估的主要標準包括 ANSI B11.0、ANSI B11:19 和 ANSI/RIA R15.06，或 ISO 12100 和 ISO 13849。不要忘記考慮特定應用的標準和地點的要求。

建議二：通過多層安全方法降低風險

一旦識別出風險，就要制定降低風險的策略。首先盡可能消除危險。如果無法消除，則嘗試修改設計以降低風險水平。例如，如果一個移動部件需要定期檢查但訪問頻率不高，可以將門改為只能用工具拆卸的透明窗戶。請注意，在設計開始時進行風險消除/替代會更容易且干擾更小。這是風險評估和減輕在設計開始時進行的另一個好處。

如果風險無法消除或替代，則使用多種安全解決方案來降低風險。例如，安全光幕對於檢測人員是否進入限制區域非常有用，但無法保護他們免受機器內部物體飛出。安全門可以防止物體從機器中飛出，但需要感應器來啟動。安全墊可以檢測人員是否處於不安全的位置。安全控制器可以通過發送命令關閉安全門將機器置於已知的安全狀態，但如果操作員的手在路上呢？安全邊緣可以檢測夾傷危險，並提供感應輸入進入系統以安全停止運動。

這就是風險評估所能實現的多層安全系統。

建議三：不要假設移除能源來源就能保證已知的安全狀態

降低移動執行器、馬達或類似設備風險的常見技術是移除其能源。雖然這是一種有用的技術，但不一定足以實現將系統驅動到已知安全狀態的目標。未通電的馬達自由滾動至停止仍然可能存在危險 – 可能需要主動制動。從氣動缸中移除壓縮空氣可能會導致負載或工具掉落，可能會傷害人員或損壞設備。某些類型的設備需要更複雜的方法。

IEC 60204-1 或 NFPA 70 定義了三種停止類別，可以更好地管理風險：

• 類別 0：通過立即移除設備的電源來進行不受控的停止
• 類別 1：通過使用可用電源進行主動制動來實現受控停止，然後在設備靜止後移除電源。
• 類別 2：受控停止，之後執行器保持通電但靜止。

將移動設備帶到安全狀態可能需要類別 1 或類別 2 停止。

在減輕過程中，務必執行將減輕計劃與風險評估進行比較的關鍵步驟，並問自己這些問題：風險水平現在是否在可接受的範圍內？我們在減輕之前的危險時是否創造了新的危險？

建議四：安全不必複雜或昂貴

工程上有一個真理，就是沒有一個完美的解決方案，只有最適合當前項目的最佳選擇。在風險評估的風險降低階段，考慮最簡單、最穩健的解決方案，以確保所需的保護水平。

您的安全系統可以簡單到只是一個非接觸式門開關，與緊急停止連接到控制安全接觸器的安全繼電器。或者，您可以使用區域安全方法，將特定的安全設備分配給一個或多個區域，每個輸出設備作為獨立的區域運行。區域安全通過更細緻地應用安全原則來提高風險降低和生產力。權衡是成本和複雜性。

建議五：選擇設計為抗破壞的解決方案

自安全設備存在以來，人員就發展出各種方法來破壞它。理由是破壞安全措施是無害的，這只是“暫時”的。實際上，破壞安全措施可能導致停機、受傷或更糟的情況。人員可能會暴露在危險中。更糟糕的是，膠帶、拉鍊或硬幣並沒有被移除，但卻沒有人被告知。

尋找不可破壞的解決方案，例如 RFID 安全開關，這樣在保持人員遠離危險區域的屏障關閉之前，設備無法重新啟動。甚至機械外殼也可以用來防止篡改。關鍵是要從防止破壞的角度思考。

建議六：機器安裝後重複風險評估

風險評估的責任並不會在機器建造完成後結束。安裝在設施後可能會出現新的風險。機器可能會放置在其他設備附近。操作程序可能會改變。風險評估應始終在開始操作之前重複，並在機器的整個使用壽命中重新檢查，以確保所有危險都被記錄。

請注意，在實施所有減輕步驟後，必須進行驗證任務。這是通過遵循適當的標準，如 ISO 13849-2 或類似標準來完成的。

關於作者

喬舒亞·德拉 (Joshua Draa)，PE，CMSE®（認證機器安全專家，TÜV Nord），是自動化直通 (Automation Direct) 的產品工程師，負責安全與識別。

拉里·雷諾茲 (Larry Reynolds)，PMP，FS Eng（TÜV Rheinland，#15983/18，機械），是自動化直通 (Automation Direct) 的產品經理，負責安全和識別產品。