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模具和注塑成型机上的故障安全设计(fail safe)2

  • 2022.03.17 19:38:03
  • 米思米
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 在 2012 年底发生的笹子隧道顶板崩塌事故中,有人指出,可能是悬挂顶板的螺栓和固定粘合剂因疲劳而损坏及腐蚀而导致重大事故的发生。在模具、注塑成型机和周边设备中,长期运行和经时变化也会导致构成机器设备和模具的零部件达到寿命或是发生疲劳断裂、腐蚀。从科学的角度来说,这样的物理现象必然会发生。即使这样的现象已经发生,通过对其进行管理,以免对人类生命或人体造成重大损害的思路非常重要。

 故障安全(fail safe)是指,即使系统或其构成要素发生故障,也能够将其固定在预先确定的安全状态下,从而避免因此而发生劳动事故,是一种通过限制故障的影响来确保工作人员安全的机制.摘自《机床等故障安全控制机构指南》,1998年7月28日第464号、2(3))

 为了保证模具、注塑机等机器的本质安全,我们首先承认“1.机器会发生故障”、“2.工作人员可能会犯错误”这2点,在此基础上,在机械的设计、制造、改造等阶段就必须预先构建起相应的结构,确保即使偶发性的发生意外,也能确保工作人员的安全。  为此,采用了“安全确认系统”,但如果“安全确认系统”失效,可能会发生劳动灾害而无法保证工作人员安全,因此,“安全确认系统”必须具备一旦发生故障时,必然停留在安全侧(以不会导致劳动灾害的方式让设备停机)的特性。

 为了实现故障安全,必须按照下面列出的“故障安全原则”来设计、制造、改造模具、注塑机、自动化设备等。

1)原则上,作为故障安全对象的控制机构中,包括如下所示的机构。

a.    防重启动电路

b.    保护用互锁电路

c.     急停用电路

d.    紧急停止用电路

e.    防过冲用电路

f.     操作监控用电路

g.    待机停止监控用电路

h.    速度监控用电路

i.      保持运行电路

2)控制机构设计原则上应具备“非对称错误特性”。所谓非对称错误特性,是指即使系统或其构成要素发生故障,发生偏向于安全侧的故障频率应显著高于偏向于危险侧的故障频率,或者仅在安全侧发生故障的特性。

3)当采用可编程控制器等电子控制装置作为控制机构时,应采用具有“非目标错误特性”的产品。

4)安全信息应对应高能量状态,危险信号及故障信号应对应低能量状态,从而不会将危险及故障误报为安全。

5)安全信息的传输,应采用除非安全信息被输入到系统中,否则不会错误产生允许运行信号的信息传输形态(单边(unate)信息传输)。

6)安全信息应具备足够的能级,以确保能够最大程度地抵抗预期的环境噪声。

 在设计高周期高速开合模具和大型模具时,必须贯彻故障安全设计理念。

※引用文献:
1) 日本职业安全卫生顾问协会,《未来安全技术》,日本中央劳动灾害防止协会,2000 年 1 月

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