安全元器件

安全元器件第3章安全功能安全相关部分的设计步骤风险评估机械有许多危险源，作业者靠近危险源会发生危险状况。放任此状态不管会使造成伤害的可能性变大。所以在设计阶段讨论机械的安全性时，必须在事前把握机械自身所具有的危险情况。像这样把握危险程度称为风险评估（RiskAssessment）。根据EN1050的风险评估风险评估首先要根据EN1050对机械全体潜在发生的危险作系统的检查，以降低危险。1.『机械的使用状况范围的决定』DeterminationoftheLimitofMachinery机械的使用状况范围的决定是在进行风险核定时要考虑以下项目。机械耐用期间对各阶段的要求事项确定机械的正确使用方法和动作及预想的误操作和误动作的机械界定。操作者的性别、年龄、使用能力和体能（如视觉/听觉障碍，身高、体力等）等的限制，确定机械使用状况的范围。预想的使用者的训练、经验、能力的程度。机械给人带来危险的可能性。发生了可预见的机械危险时，机械给人带来危险的可能性。2.『危险确认』HarzardIdentification确认机械附带的所有危险状态及危险情况。如机械危险：切断、卷入、挤压等危险电气危险：与带电部分接触、静电现象等高温危险：与高温部分接触、高低温作业环境带来的健康危害等，引出预测由机械产生的危险。3.『风险推定』RiskEstimation确认了机械危险状态及危险情况后，决定风险要素，根据可『引发危害的程度』和『概率』推定危险。4.风险评价RiskEvaluation推定风险后，评价该风险，确定是否有必要降低风险。必须降低风险时，实施设计变更、安全防护措施等安全对策。5.达到安全性的反复处理如下图所示，反复实施第一项到第四项所说的步骤，降低风险，实施安全对策。6.降低风险目标的达成为了达到安全性而反复实施处理降低风险，但当如下的条件被确认后，降低风险处理也就结束了。通过设计上的对策，变更使用危险性少的材料或设置安全防护来降低风险。安全防护设置确认使用时充分防护。安全防护是作业者不能无效化且不能回避的结构。使用机械时向用户提示充分的信息。机械的运转过程中，万一发生误操作也不会引发重大危险。安全作业步骤规定训练要件。向用户展示充分的残存风险的信息。详细规定残存风险的保护工具的必要性及训练要件。追加预防措施充分。安全等级的核定●基于EN954-1的安全等级根据EN1050评价机械风险的大小，实施降低风险的对策，降低风险的对策有设计及安装安全装置的方法。首先是是采取设计对策，根据右表等级核定表预测的伤害程度（从轻伤到重伤）和发生该伤害的概率（几乎没有到经常发生）这两个因素，决定应该选择的等级。控制系统的安全相关部分安全等级，在一台机械的控制电路整体中判定为一个等级的情况时，也可以对每部分进行核定。S：伤害程度(S：SeverityofInjury)S1：轻伤（擦伤，碰伤等）S2：重伤（手脚切断、死亡等）对因控制系统的安全性相关部分故障造成的伤害进行风险评价,应用最严重的伤害情况考虑，轻伤选择S1，重伤选择S2。F：引起危险的程度(F：Frequencyand/orExposureTimetotheHazard)F1：偶然发生时间短F2：频繁发生时间长例如，作业者为安装/拆除工作零件而向周期运转的机械的工具和工具间必须放入手时选择F2，基本不需接近机械时选择F1。P：避免危险的程度(P：PossibilityofAvoidingtheHazard)P1：可能P2：不可避免对参数P的选择有影响的例子如下。是否在监视下运转。是否有熟练工人负责运转。机械是否伴随危险而高速运转。是否有避免危险的可能性。系统是否有安全经验。发生了某种危险情况后，完全没有逃避危险的机会时选P2，有机会时选P1。危险评价的核定事例保护门入口适用安全等级1。冲压机械运转部分安全等级，运行时为4。●基于EN954-1的安全等级的核定根据等级核定表决定应选择的安全等级后，电路的设计必须满足如下表各等级要求的安全功能。安全等级有B、1、2、3、4，数字越大，电路构成的安全功能也就越高。发生重大灾害可能性高的机械类其安全相关部分应由属于数字大的安全等级的控制零件和系统构成。作为确保安全的原则，安全等级2～4一般由包含多个安全功能零件的子系统构成。换言之，虽然进行前项的风险核定，但在设计机械安全相关部分时，与要降低的风险程度相比，安全相关部分的安全功能可以有一定程度的超出。等级要求事项概要确保安全性的原则B控制系统的安全性相关部分应根据相关标准进行设计、选择及组装，使其最低可以承受以下的使用环境压力。☆耐使用环境应力举例如下。●由切断容量及其频度决定的可靠性等的预期动作应力。●选择耐使用环境的材料。●机械振动、外部磁场、停电、外部干扰之类的外部原因。●构成部件符合相应标准。因此，等级B部分不适用于特别安全对策，故障时有可能导致安全功能降低。1适用等级B及以下要求事项。属于等级1的控制系统的安全性相关部分应当是使用经过充分研究的部件和充分研究后的安全原理进行设计和组装的☆充分研究的部件是以下部件。●过去在类似用途上被广泛使用的部件。●适合安全性相关用途的使用，且可靠性已经过验证。☆充分研究的安全原理是类似下面所举的例子。●短路时的熔断器保护。●部件尺寸有余量，通过降额使用等降低故障的发生概率。●故障时电路开路、切断电源等故障模式的定义。●故障的早期发现。●设备接地等的故障发生后的对策。所以，等级1的故障发生概率比等级B低，但故障时有可能导致安全功能下降。等级要求事项概要确保安全性的原则2等级B的要求事项及添加充分研究的安全原理的使用，适用以下的要求事项。属于等级2的控制系统的安全性相关部分的安全功能，应设计成由机械控制系统以适当的间隔时间进行检查。☆由机械控制系统以适当的间隔进行检查的设计，举例如下。●机械启动时和危险状态发生之前。●如果风险核定和运转种类的检查是必要的，运转中定期进行。检查的开始自动开始、手动都可以，但安全功能的检查是以下内容中任意一个。●检测不出故障时，可以运转。●检测出故障时，启动适当的控制操作并输出，根据此输出构成安全状态。不能构成安全状态时（例如最终切换装置内的接点熔接），应该输出危险警报。检测出故障后，安全状态需要维持到故障消失。所以等级2有可能在故障发生时,检查与检查之间失去安全功能。3等级B及添加充分研究的安全原理的使用，适用以下要求事项。属于等级3的控制系统的安全性相关部分应设计成,无论在哪个安全性相关部分中发生单独的故障,都不会导致安全功能下降。单独的故障尽可能在以下要求安全功能时或之前检测出来。☆设计成单独故障不会导致安全功能下降，举例如下。●应当具备冗余性?多样性。●安全功能的自动检查。所以多个故障一起发生时，安全功能有可能不启动。4等级B及添加充分研究的安全原理的使用，适用以下的要求事项。属于等级4的控制系统的安全性相关部分如下设计。●任何安全性相关部分中发生的单独故障不会导致安全功能下降。●在后面的安全功能运行之前检测出单独故障。●即使未能检出，故障的累积也不会导致安全功能的下降。安全等级的符合确认●安全等级的符合确认为了根据EN1050检查和降低机械整体潜在的危险，选定基于EN954-1的安全相关部分的安全等级。然后对机械整体安全中安全相关部分是否符合要求事项的确认进行分析和试验。分析根据基于EN954-1的设计标准和预想的故障列表进行，但是,例如以下的故障，则作为「故障除外事项」的一例排除在外。①具有强制断开动作机构的安全开关的NC接点不分断。②具有强制导向接点结构的安全继电器的NC接点及NO接点同时处于闭合状态。③电缆导管等确实保护的固定电缆由于外部冲击造成线间短路。④连接部分由绝缘套管等确实覆盖的邻接的端子间短路。互锁装置在机械式．电气式等装置中，例如以在防护装置未关闭的状态下防止机械运转为目的的装置称为互锁装置。在互锁的相关规定中，关于防护装置的规定在EN953中、关于随付在防护装置上的连动装置的规定在EN1088中、处理从连动装置发出的信号使机械停止的方法的规定在EN954-1中分别进行了规定。在此，根据EN1088，将与安全限位开关和安全门开关之类的防护装置连动的互锁零件及其装置的要点进行说明。互锁装置的作用需要安全性的机械设备如图1所示，由「控制部」及「动作部」构成。此外，「动力控制要素」使控制部和动作部产生关联，「机械可动部」通过防护装置进行防护量实施互锁。只有收到从互锁装置发出的安全确认信号，从控制部发出的机械运转指令后，才会向动作控制要素供给电能量。如下图所示，互锁装置的作用是将确认安全后的结果传输给动力控制要素。在时序装置不会对互锁装置产生不良影响的条件下，安全信号也会传输给时序装置。也就是说，互锁装置（安全相关部分）与时序装置（非安全相关部分）是分别独立的关系。在国际安全标准中，控制部由安全相关部分和非安全相关部分组成，在结构上，必须使非安全相关部分无论在正常时和异常时都不会对安全相关部分产生影响。互锁装置的分类互锁装置根据互锁方式不同，分类如下。1.互锁方式●控制互锁方式通过将互锁装置发出的停止信号输入电磁继电器等控制系统，使控制系统切断或分离向机械可动部分供应能量的方式。●动力互锁方式通过互锁装置发出的停止信号，直接切断或分离向机械可动部分供应能量的方式。2.防护装置锁定方式●非上锁方式始终能开关防护装置，在开状态下输出停止信号。●上锁方式①无条件锁定解除方式操作人员任何时候都能解除防护锁，但锁定解除时间应当比危险性消除时间更长。②有条件锁定解除方式由于一定时限后或危险性消失（旋转零检测等），在满足一定条件后机械的危险状态消除后，能够解除防护装置锁定的方式。3.上锁?解锁方式根据以防护装置上锁?解锁为目的的操作机构不同，其分类如下。●弹簧上锁?动力解锁方式（在欧姆龙，被称为机械锁定/电磁解锁方式）。&●动力上锁?弹簧解锁方式（在欧姆龙，被称为电磁锁定/机械解锁方式）。●动力上锁?动力解锁方式注1.在特定用途中，若能保证同等水平的安全性，也可使用「动力上锁、弹簧解锁」或「动力上锁、动力解锁」，但以锁定为目的的零件（锁簧）原则上必须采用「弹簧上锁?动力解锁」方式。互锁装置的设计使用安全限位开关和安全门开关设计互锁装置时，应当考虑以下事项。●使用机械位置检测开关时①使用1个机械位置检测开关设计互锁装置时，必须使用正动作（强制断开动作机构）的开关。②使用2个机械位置检测开关设计互锁装置时，通过使用负动作（非强制断开动作机构）和正动作（强制断开动作机构）的开关，以实现避免共同原因故障的设计。注.关于负动作和正动作，请参见57页。●检测开关的安装①可通过紧固?拆卸工具进行。②通过长孔进行的安装仅限初期调整时，调整后为了避免位置错误，使用销钉等进行定位，使其在更换时无须再调整。③开关动作时的防护装置移动量应在不妨碍防护装置防护效果的范围内。④机械的动作范围应为开关的规定动作范围。⑤请不要将其用作机械制动器。⑥安装在不会受外部损伤的场所，根据需要实施保护措施。⑦应装于便于维护?检查的位置。●减少因共同原因引起的故障开关冗余化时，使用负动作和正动作开关等，来作为避免因共同原因引起的故障。互锁装置的选择在选择互锁装置时，应全面考虑机械的使用条件及潜在危险性及评价对机械的接近・停止时间及接近频度等后进行选择。1.停止时间及接近时间操作员到机械的危险区域的到达时间（接近时间）比机械的停止时间快，必须选择锁定式互锁装置。2.接近频度（防护装置的开关频度）①高频度开关时，在进行风险评价的基础上，尽量选择防护装置开闭影响较小的产品。②在装入自动检测电路的互锁装置中，开关频度低的话功能确认的频度也会降低，故障未能检测的概率也增加了，所以请增加带条件的锁定解除等措施。互锁装置的控制要件关于与可动防护装置对应的互锁装置，需要满足以下的控制条件。[EN292-1]①关闭可动防护装置，被防护装置包围的机械才可以运转。此外，无法通过关闭防护装置来使其自动开始运转。实际启动时，需在所有其他启动条件均具备