技術(shù)報(bào)告 | 屏蔽技術(shù)的三大隱患及安全解決方案

在追求高效生產(chǎn)的工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，“屏蔽”（Muting）技術(shù)允許物料在不中斷生產(chǎn)的情況下通過(guò)光幕、激光掃描儀等安全防護(hù)設(shè)備，是提升產(chǎn)能的關(guān)鍵。然而，若應(yīng)用不當(dāng)，反而可能埋下嚴(yán)重的安全隱患。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) DIN EN IEC 62046 對(duì)帶屏蔽功能的出入口站提出了明確要求，其核心在于：屏蔽必須通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)激活，并且必須能夠防止可預(yù)見(jiàn)的誤操作與人為篡改。但在實(shí)踐中，常因各種原因未能完全遵守標(biāo)準(zhǔn)。

安全隱患一：托盤(pán)檢測(cè)的“盲區(qū)”

在自動(dòng)化系統(tǒng)中，網(wǎng)狀料箱等物體由于其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在大量開(kāi)口，屏蔽傳感器無(wú)法產(chǎn)生穩(wěn)定的開(kāi)關(guān)信號(hào)，導(dǎo)致安全裝置無(wú)法正常觸發(fā)屏蔽，通常借助托盤(pán)進(jìn)行運(yùn)輸。

潛在風(fēng)險(xiǎn)：如果有人故意將一個(gè)空托盤(pán)送入光幕區(qū)域，系統(tǒng)便會(huì)錯(cuò)誤地觸發(fā)屏蔽。操作人員便可緊隨其后，或從旁側(cè)潛入機(jī)器人工作區(qū)等危險(xiǎn)區(qū)域，而系統(tǒng)不會(huì)報(bào)警停機(jī)。這是標(biāo)準(zhǔn)明確禁止的危險(xiǎn)操作。

安全解決方案：智能過(guò)程門控SPG

此方案無(wú)需外部屏蔽傳感器，而是通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立信號(hào)激活屏蔽功能：

1. 來(lái)自系統(tǒng)PLC的控制信號(hào)（CS） 作為啟動(dòng)信號(hào)。

2. 由貨物進(jìn)入光幕保護(hù)區(qū)域產(chǎn)生的保護(hù)區(qū)域中斷信號(hào)作為驗(yàn)證信號(hào)。

當(dāng)貨物在CS信號(hào)發(fā)出后4秒內(nèi)進(jìn)入光幕，且貨物與保護(hù)區(qū)的距離小于200毫米時(shí)，安全光幕會(huì)釋放臨時(shí)放行信號(hào)。貨物通過(guò)后，系統(tǒng)自動(dòng)終止屏蔽，安全實(shí)現(xiàn)人貨分離，特別適用于安裝空間有限的設(shè)備。

安全隱患二：未滿載托盤(pán)的“隱蔽間隙”

當(dāng)托盤(pán)未完全裝載，或貨物寬度遠(yuǎn)小于輸送系統(tǒng)時(shí)，屏蔽過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生側(cè)邊間隙。若此間隙超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許的200毫米，人員便可沿貨物側(cè)邊進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域而不會(huì)觸發(fā)不會(huì)觸發(fā)安全停機(jī)。

潛在風(fēng)險(xiǎn)：人員可以緊貼貨物，從這個(gè)過(guò)寬的間隙中悄然潛入危險(xiǎn)區(qū)。由于系統(tǒng)認(rèn)為只是“貨物在通過(guò)”，安全功能不會(huì)被觸發(fā)，從而造成防護(hù)真空。

安全解決方案：動(dòng)態(tài)格式適應(yīng)的入口防護(hù)

該方案使用兩個(gè)安全激光掃描儀生成一個(gè)閉合的垂直防護(hù)區(qū)域。同時(shí)，通過(guò)安裝在輸送帶兩側(cè)的距離傳感器檢測(cè)托盤(pán)上貨物的位置和寬度。安全系統(tǒng)利用此信息在防護(hù)區(qū)域中臨時(shí)釋放一個(gè)對(duì)應(yīng)的通道，輸送貨物可以不受干擾地通過(guò)該區(qū)域。貨物兩側(cè)的區(qū)域始終保持標(biāo)準(zhǔn)要求的防護(hù)狀態(tài)。輸送貨物通過(guò)后，防護(hù)區(qū)域自動(dòng)重新關(guān)閉。如果有人在其旁邊行走或駕駛，也會(huì)被可靠地檢測(cè)到。該安全解決方案的創(chuàng)新安全概念達(dá)到了符合 EN ISO 13849-1 標(biāo)準(zhǔn)的性能等級(jí)PL d。

安全隱患三：叉車觸發(fā)的“狀態(tài)誤判”

傳統(tǒng)方案中，叉車通過(guò)壓過(guò)地面感應(yīng)線圈來(lái)觸發(fā)屏蔽，使光幕安全功能暫時(shí)失效。

潛在風(fēng)險(xiǎn)：根據(jù) DIN EN 415-4新標(biāo)準(zhǔn)理念，此方案已不符合最新安全要求。最大的風(fēng)險(xiǎn)在于“狀態(tài)誤判”：人員看到光幕被觸發(fā)，可能誤認(rèn)為區(qū)域安全而進(jìn)入，但此時(shí)光幕的防護(hù)已被屏蔽，危險(xiǎn)設(shè)備可能仍在運(yùn)行。

安全解決方案：順序重啟

此方案確保一旦光幕的防護(hù)區(qū)域被中斷，危險(xiǎn)運(yùn)動(dòng)必須立即停止。當(dāng)叉車離開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，特殊布置的感應(yīng)回路會(huì)產(chǎn)生一個(gè)確定的序列，使系統(tǒng)能夠自動(dòng)重新啟動(dòng)。

如果無(wú)法在地面安裝感應(yīng)回路，也可使用雷達(dá)傳感器監(jiān)控叉車的運(yùn)動(dòng)。兩種方法均滿足功能安全要求，并能可靠防止人為篡改。該方案同樣符合EN ISO 13849-1 標(biāo)準(zhǔn)性能等級(jí) PL d。

總結(jié)與建議：

屏蔽技術(shù)能夠有效區(qū)分貨物與人員，助力自動(dòng)化與效率提升，但其設(shè)計(jì)必須能夠防范可預(yù)見(jiàn)的誤操作與篡改。在以下場(chǎng)景，應(yīng)考慮采用標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)的替代安全方案：

• 屏蔽傳感器無(wú)法可靠檢測(cè)運(yùn)輸物體時(shí)。

• 物體寬度變化大，導(dǎo)致側(cè)邊間隙過(guò)寬時(shí)。

• 涉及叉車觸發(fā)屏蔽的應(yīng)用（該方式已非當(dāng)前安全技術(shù)下的最佳實(shí)踐）。

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