连载 | 工厂智能宁静防护系统构建之物理隔离方案
在工厂智能宁静防护系统中，物理隔离方案是机械宁静领域智能宁静防护系统构建的基础和必备要素，本篇首先对“什么是物理隔离方案，如何进行物理隔离方案的设计和实施”展开详细介绍。
国内外宁静生产的生长历史、现状与趋势
工厂智能宁静防护系统构建之物理隔离方案
工厂智能宁静防护系统构建之联锁�；し桨�
工厂智能宁静防护系统构建之权限管理方案
工厂智能宁静防护系统构建之宁静预警方案
工厂智能宁静防护系统构建之行业实施案例
工厂智能宁静防护系统构建之物理隔离方案
工厂智能宁静防护系统由物理隔离、联锁�；ぁ⑷ㄏ薰芾怼⒛苍ぞ拇蠓桨缸槌�。本篇介绍了物理隔离方案的组成，牢固式距离防护装置——围栏的设计要点，及其在采购、安装、使用、维护、拆卸等主要环节中的注意点，供工厂、设备商、集成商等相关人员参考。
作者：应露瑶 俞波 汪中亨
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在上期文章《国内外宁静生产的生长历史、现状与趋势》中，提到了企业主要卖力人作为本企业宁静生产第一责任人，在关注效率的同时应关注宁静。为预防在生产过程中发生人身、设备等种种事故，�；な虑槿嗽痹谏械哪�，企业就要接纳种种措施来构建本企业的宁静防护系统。在具体的实施过程中，可以通过物理隔离、联锁�；ぁ⑷ㄏ薰芾怼⒛苍ぞ拇蠓桨傅淖楹鲜褂美垂菇ㄖ悄苣卜阑は低�。其中，物理隔离方案是机械宁静领域智能宁静防护系统构建的基础和必备要素；联锁�；し桨�，是在物理隔离的基础上加装种种�；ぷ爸�，与机器组成联锁系统，以制止设备的意外启动；权限管理方案，是在物理隔离宁静门的基础上加装授权进入受控区域的组件，以确保正确的人在正确的时间进入正确的区域；宁静预警方案是与物理隔离、联锁�；ぁ⑷ㄏ薰芾硐低炒钆涫褂玫闹悄茉ぞ低�，是对其他三个系统的增补，用于减小宁静防护对于人的宁静意识的依赖。
本篇首先对“什么是物理隔离方案，如何进行物理隔离方案的设计和实施”展开详细介绍。
宁静防护系统中的物理隔离方案，从字面上来理解，就是用物理结构来实现危险区域隔离。本文中的物理隔离方案，主要介绍的是应用专业机械防护围栏进行人机物理隔离，防止人员非预期的进入和机械部件攻击来减小风险。物理结构有很多类型，在机械宁静的相关尺度中，这类物理结构被称为防护装置。尺度切合性是宁静防护系统设计的首要原则，设计人员需要能够理解尺度的语言；而方案的设计，最终要具体落地在产物的选型上。通用的产物命名与机械宁静尺度中的看法并不是一一对应的。设计人员需要理解尺度中的相关看法与市场上产物的对应关系，以满足方案设计时的尺度切合性�；的渤叨忍逑导俺叨戎卸苑阑ぷ爸玫慕缢等绫�1所示。
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表1 机械宁静尺度体系及尺度中对防护装置的界说
结合表1，围栏属于牢固式防护装置中的一种，是一种距离防护装置，凭借其尺寸、与危险区的距离起到防止或减少人员非预期进入危险区的作用。因围栏常与宁静门、联锁装置组合使用，这三者组成的系统称为围栏防护系统。围栏及围栏防护系统结构如图1、图2所示。
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GB/T 15706-2012《机械宁静 设计通则 风险评估与风险减小》中提出，防护装置能实现的功效如下:
——防止进入被防护装置关闭的空间，和/或；
——容纳或捕捉由机器抛出或掉下的质料、工件、切屑、液体，减少由机器发生的排放(噪声、辐射、有害物质，如粉尘、烟雾、气体等)。
此外，防护装置可能还需要具有与电、温度、火、爆炸、振动、能见度(见 GB/T8196)以及操作者位置人类工效学(如易用性、操作者的运动、姿势、重复运动)相关的奇特特征。
那么，在具体的物理隔离方案设计时，如何设计才气使其满足上述功效，下文将展开详细介绍。围栏与宁静门属于物理隔离方案的领域，将在本篇中进行介绍；而联锁装置属于联锁�；し桨傅牧煊�，将在下篇中介绍。
围栏的尺寸是一个项目非常重要的参数，主要有围栏高度、围栏的下沿离地高度、金属丝网围栏面板的网格尺寸（或其他面板的开口尺寸）这三个要点。GB/T 23821－2022《机械宁静 防止上下肢接触及危险区的宁静距离》这一尺度给出了设计参考。
在确定围栏高度之前，应凭据GB/T 15706－2012中的5.5确定伤害的严重水平和发生的概率，并丈量危险区高度。如果通过围栏防护的危险仅会造成轻微伤害且发生概率低，则应凭据GB/T 23821－2022的表1选择围栏的高度（即�；そ峁垢叨龋�，否则应凭据GB/T 23821－2022的表2选择围栏的高度。在不接纳附加�；ご胧┑那榭鱿�，围栏的高度越低，围栏距离危险区的尺寸应越大。通常，围栏的高度宜选用1600mm、1800mm、2000mm或2200mm。当围栏高度小于1400mm时，应接纳附加�；ご胧�。附图3及表2辅助理解。
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图3 越过防护结构触及的宁静距离及相关参数说明
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表2 高风险情况下越过防护结构触及的宁静距离（GB/T 23821－2022的表2）
危险区高度是一个相对确定的值，参考表2，在确定宁静距离的情况下，可以选择合适的围栏高度；也可以在确定围栏高度的情况下，选择合适的宁静距离。
除非风险评估结果表明可行，否则围栏下沿离地高度不应凌驾180mm，以制止人员从下沿开口进入危险区。围栏下沿离地高度如图4所示。
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图4 围栏下沿离地高度示意图
金属丝网围栏面板的网格尺寸及其他面板的开口应切合GB/T 23821－2022中4.2.4的规定�？诔叽鏴体现方形开口的边长、圆形开口的直径和槽形开口的最窄处尺寸。对应差异的身体部位，可以通过宁静距离的要求，确定开口尺寸（对于围栏，即为网格尺寸）。也可以通过开口尺寸，确定宁静距离的要求。
防护装置要能够防止人非预期进入被防护装置关闭的空间，要求围栏应至少具备防止人员非预期进入危险区的功效，其抗攻击能力的基础值应不小于115J。115J为模拟总质量为90kg的人体从防护区外以1.6m/s的速度撞击围栏前的能量。
防护装置要能够容纳或捕捉机器抛出或掉下的质料、工件，就需要具备一定的强度，要求围栏应具备足够反抗来自危险区内可预见撞击的抗攻击能力，应对防护区域内机器的部件或工件的攻击风险和攻击能量进行评估，并选用抗攻击能力不小于可预见攻击能量的围栏。如果机械运动部件攻击能量难以评估，宜选用抗攻击能力不小于1600J的围栏。1600J为模拟总质量为200kg的机械运动部件从防护区内以4m/s的运行速度撞击围栏前的能量。
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表3 通过规则开口的宁静距离——14岁及以上人员
围栏的抗攻击能力可以用摆锤试验的要领进行检测。
围栏作为一种通过螺栓螺母、焊接等方式牢固的牢固式防护装置，其牢固用的组件（立柱及附件）的强度与牢固方式、牢固间距等也关系到围栏的整体强度。立柱柱体及底板应具备足够强度，相邻立柱的间距不应凌驾1500mm，每根立柱与地面使用不少于4个膨胀螺栓或化学锚栓进行牢固。用于面板与立柱牢固的连接件及紧固件应使用工具才气安装和拆卸。将立柱牢固于地面的附件应接纳不小于M10的膨胀螺栓或化学锚栓。
防护装置要容纳或捕捉由机器抛出或掉下的质料、工件、切屑、液体，减少由机器发生的排放(噪声、辐射、有害物质，如粉尘、烟雾、气体等)，要有与电、温度、火、爆炸、振动、能见度(见 GB/T8196)等相关的奇特特征，基本都是由差异特性的围栏面板实现的。围栏面板材质与面板设计考虑要素如图5所示。
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图5 面板材质与设计考虑要素
除了凭据宁静距离选择合适的围栏开口尺寸，还要考虑其发生的飞溅物与排放物的类型，凭据噪声、辐射、爆炸性环境的情况选择合适的面板材质与外貌处置，凭据视察能见度的需求选择合适的面板颜色。例如强腐蚀环境选用不锈钢材质的围栏，对于存在熔融金属飞溅的场景选用铁板围栏面板。
如何凭据视察能见度的需求选择合适的面板形式和颜色，GB/T8196的5.9和5.22中给出了指导。当需要通过防护装置视察机器的运行时，选择的质料应具备合适的特性。如果接纳穿孔质料或金属网，则宜有巨细合适的开口和适当的颜色以便于视察。如果穿孔质料的颜色比视察区域暗，则会有增强视察的效果。在防护装置打开或不用时，可以使用合适的颜色来凸显出危险，引起人员对危险的注意。例如：防护装置与机器涂刷相同颜色，而危险部件涂刷鲜艳的对比颜色。如果需要视察过程，则穿孔质料制作的防护装置不宜涂上鲜艳的颜色，如黄色，这可能会滋扰对过程的视察。对应到围栏上，也就是如果需要视察防护区内部，则金属丝网等穿孔质料面板应选用深色面板，如黑色（可搭配黄色立柱突出整体的危险区）。如果需要突出对危险区的注意，宜选用黄色面板。比机器颜色深的面板颜色利于视察，黄色倒霉于视察，比对效果图如图6。
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图6 黑色面板与黄色面板视察效果对比
此外，围栏防护系统中的宁静门作为一种活动式防护装置，要实现防护装置的功效，在设计时也需要一些考虑要素。宁静门面板的强度应不低于围栏面板的强度。宁静门的铰链或滑轨应具有足够的强度以及稳定性。在开关门的过程中应运行平稳可靠，在100000次完整启闭循环内不应泛起卡滞和关闭不严的现象。宁静门的宽度不应小于800mm。围栏高度为2000mm及以下时，宁静门高度宜与围栏高度保持一致；围栏高度为2000mm以上时，宁静门高度宜为2000mm，且应加装门框。铰链式宁静门应接纳向外打开方式，便于危险区内的人员逃生。
除了设计环节的要求，在围栏产物采购、安装、使用、维护、拆卸等过程中，也有一些需要考虑的点。
1.采购环节
对于不易视察的围栏特性，如抗攻击能力，材质的环保性，应要求生产厂商出具第三方测试陈诉�；褂ψ⒁�，几家头部厂商的围栏附件是有设计专利的，防护装置在尺度中界说又是“设计为机器的组成部门”，设备商在采购与设备配套的围栏时应特别注意专利侵权的风险。
2.安装环节
应特别注意要凭据厂商提供的安装指导手册或说明书进行安装，以保证围栏的强度。如牢固在水泥地面，安装前要检查地面的强度及平整度，不平整的地面可用特定的垫片垫平。安装时，危险区高度和围栏的高度已确定，因此要特别注意宁静距离是否切合尺度，要凭据图纸上标注的距离安装。验收时，要特别检查是否存在为了节省工时或其他情况发生的漏装或少装膨胀螺栓的情况。
3.使用环节
应注意可能存在的工位操作人员认为围栏降低效率而自行拆除、破坏围栏结构的情况，要通过培训教育、管理措施、检查维护来制止这种情况的发生。
4.维护环节
应定期检查围栏是否有部件丢失或损坏的现象，如金属丝的脱焊，是否有发生颜色变形对宁静发生负面影响的部件，是否有腐蚀、催化的部件，宁静门是否平稳运行，进行及时维修或者更换。设备生产商应注意，其提供的围栏作为机器的组成部门，在设备的说明书中也应包罗围栏等防护装置的相关内容。
5.拆卸环节
应凭据使用说明书中给出的拆卸围栏之前需接纳的措施进行规范操作，如断开机器动力、释放储存的能量和拆卸围栏的步骤等。
本篇介绍了物理隔离方案的组成，切合尺度的设计要点以及各个环节中的注意点，期望对工厂、设备商、集成商等相关从业人员提供参考。下篇将对工厂智能宁静防护系统中的联锁�；し桨刚箍晗附樯�。
参考文献:
[1]GB/T 8196－2018《机械宁静 防护装置 牢固式和活动式防护装置的设计与制造一般要求》
[2]GB/T 15706－2012《机械宁静 设计通则 风险评估与风险减小》
[3]GB/T 23821－2022《机械宁静 防止上下肢触及危险区的宁静距离》
[4]GB/T 42627－2023《机械宁静 围栏防护系统 宁静要求
编辑、排版：罗丹
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