張濟(jì)凡，王亞飛，劉路召

（1.新興河北工程技術(shù)有限公司，河北邯鄲 056000；2.新興鑄管股份有限公司工業(yè)設(shè)計中心，河北邯鄲 056000）

0 引言

為增加企業(yè)競爭力，降低勞動強(qiáng)度，目前國內(nèi)大部分鑄管生產(chǎn)企業(yè)基本采用了自動化設(shè)備。所以,只有不斷增強(qiáng)自動化設(shè)備的安全控制管理，才能夠更好地保障球鐵管制造企業(yè)的自動化生產(chǎn)達(dá)到安全的狀態(tài)，保證自動化生產(chǎn)線的連續(xù)性，減少人工過度干預(yù)，從而有效增強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)效率，保證工人及設(shè)備安全。

1 生產(chǎn)線工藝介紹

以新興鑄管某生產(chǎn)線為例，該條生產(chǎn)包括電爐調(diào)質(zhì)、離心鑄造、產(chǎn)品退火、精修打磨、水壓試驗(yàn)、水泥內(nèi)襯、噴鋅、包裝噴漆等多道工序，根據(jù)球鐵管生產(chǎn)工藝、原料輔材、生產(chǎn)方式及產(chǎn)品特性分析，該生產(chǎn)線存在的重大安全風(fēng)險包括：（1）行車轉(zhuǎn)運(yùn)時的高空掉物；（2）設(shè)備運(yùn)行時的機(jī)械傷害；（3）操作人員進(jìn)入處于自動運(yùn)行生產(chǎn)線的地方產(chǎn)生的傷害等。該生產(chǎn)線工藝流程如圖1 所示[1]。

圖1 新興鑄管某生產(chǎn)線工藝流程

2 針對性安全閉鎖方案

2.1 天車轉(zhuǎn)運(yùn)及高空墜物

文中為例的新興鑄管某生產(chǎn)線共存在三處行車交叉作業(yè)區(qū)，分別為高爐鐵水到電爐、電爐到離心鑄造工位；水泥內(nèi)襯工位到內(nèi)襯打磨工位；內(nèi)外壁噴涂到成品庫。每處均由兩臺程控行車自動完成生產(chǎn)。

該區(qū)域的危險源主要為高空墜物及鐵水包傾倒過程中的鐵水飛濺，為解決這一危險，該生產(chǎn)線主要采取了如下手段：（1）通過電氣控制技術(shù)對程控行車進(jìn)行路徑規(guī)劃；（2）程控行車增加感知系統(tǒng)，當(dāng)該系統(tǒng)在行車預(yù)設(shè)行駛路線檢測到異常物體及人員時，將自動停車并上傳報警信息；（3）現(xiàn)場安裝護(hù)欄建立無人隔離區(qū)，正常生產(chǎn)時，該區(qū)域無人進(jìn)出，當(dāng)需要人員進(jìn)入時，相關(guān)人員申請并進(jìn)行掛牌上鎖，保證程控行車停止在安全區(qū)域。

2.2 設(shè)備機(jī)械傷害

文中為例的新興鑄管某生產(chǎn)線中所采用的設(shè)備均為自動化設(shè)備，且包括數(shù)十臺工業(yè)機(jī)器人，但由于鑄管生產(chǎn)線的本質(zhì)還是處于人員密集型生產(chǎn)組織模式[1]，故現(xiàn)場存在大量的機(jī)械傷害風(fēng)險。

為解決這一危險，該生產(chǎn)線主要采取如下手段：（1）在生產(chǎn)線設(shè)計之初，根據(jù)設(shè)備作用及能量源將生產(chǎn)線分區(qū)，一個區(qū)域使用一套獨(dú)立的PLC，相互關(guān)聯(lián)的能量源驅(qū)動使用同一個安全繼電器進(jìn)行控制；（2）根據(jù)生產(chǎn)需求和工藝情況，安裝安全閉鎖護(hù)欄，及在必要位置加裝安全光柵等元件，并使用安全型PLC 監(jiān)控現(xiàn)場狀態(tài)；（3）在需要人員進(jìn)出的位置增加安全門鎖，并設(shè)置如下功能：正常生產(chǎn)時，安全門鎖必須處于關(guān)閉狀態(tài)，并通過現(xiàn)場安全型PLC 實(shí)時監(jiān)控門鎖狀態(tài)；需要人員進(jìn)入時，點(diǎn)擊“申請進(jìn)入”按鈕，待該區(qū)域設(shè)備完成當(dāng)此周期生產(chǎn)且設(shè)備回到原點(diǎn)后，安全門鎖自動打開，并通過PLC 控制，切斷現(xiàn)場所有相關(guān)能量源，現(xiàn)場設(shè)備處于安全狀態(tài)。待人員離開后，關(guān)閉門鎖，并點(diǎn)擊“結(jié)束申請”，安全門鎖閉合，現(xiàn)場設(shè)備自動回復(fù)生產(chǎn)；（4）現(xiàn)場引入“掛牌上鎖”制度，并嚴(yán)格遵守這一制度。

2.3 調(diào)試、檢修防誤操作

在設(shè)備調(diào)試、檢修階段，由于現(xiàn)場安全設(shè)備不完備、人員麻痹大意、危害能量源認(rèn)識不清或人員必須進(jìn)入生產(chǎn)線中觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，在該情況下容易對相關(guān)人員造成傷害。其中不能有效控制能量源是造成人員受傷的主要原因，美國勞工部有數(shù)據(jù)表明：近10%的生產(chǎn)事故，都與“危險能量沒有得到控制”有關(guān)。因此，必須明確調(diào)試、檢修作業(yè)過程中對能量源的控制及建立相應(yīng)的隔離保護(hù)措施是十分必要的。

為解決這一危險，現(xiàn)場所采取的主要手段是：（1）嚴(yán)格遵循“掛牌上鎖”制度，所謂上鎖是指用機(jī)械鎖鎖定的方式來防止他人隨意操作被檢修或調(diào)試的能量源及設(shè)備，直到相關(guān)工作結(jié)束，鎖具移除；掛牌是指使用吊牌來警告他人已經(jīng)被隔離的能量源或者設(shè)備不能隨便操作。上鎖和掛牌必須結(jié)合使用，而不是相互代替。（2）通過電氣控制技術(shù)，在生產(chǎn)線設(shè)計之初，便將能量源進(jìn)行規(guī)劃區(qū)分，并使用必要的安全型繼電器進(jìn)行控制。當(dāng)人員進(jìn)行檢修調(diào)試時，現(xiàn)場能量源及設(shè)備會被強(qiáng)制鎖定，直到任務(wù)結(jié)束。

生產(chǎn)線所采用的安全隔離方案如圖2 所示。

圖2 生產(chǎn)線安全隔離方案

3 電氣控制在安全閉鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成

該電氣系統(tǒng)主要包括：安全型PLC、安全門鎖、帶有STO 功能的變頻器、安全光柵、探測雷達(dá)、安全繼電器及子控制系統(tǒng)，其中：安全型PLC用于控制安全門控系統(tǒng)及監(jiān)控其開閉狀態(tài)，并向生產(chǎn)線下發(fā)停機(jī)指令；安全門鎖用于開啟或關(guān)閉生產(chǎn)線的隔離安全門，該門鎖能夠監(jiān)控門鎖鎖舌狀態(tài)、閉合狀態(tài)、開啟狀態(tài)及門鎖故障信息；帶有STO 功能的變頻器，該系列變頻器具有安全轉(zhuǎn)矩停止功能，能夠有效保護(hù)人員及設(shè)備安全；安全光柵安裝于現(xiàn)場無法安裝護(hù)欄或人工通道處，主要用于防止人員誤進(jìn)入；探測雷達(dá)，該雷達(dá)安裝于程控行車底部，當(dāng)程控行車自動運(yùn)行時，探測雷達(dá)啟動探測功能；安全繼電器及子控制系統(tǒng)，子控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)線功能進(jìn)行分割，每個區(qū)域采用一套獨(dú)立PLC 進(jìn)行控制，安全繼電器用于現(xiàn)場能量源的控制。其系統(tǒng)構(gòu)成圖見圖3 所示。

圖3 控制系統(tǒng)圖

3.2 閉鎖系統(tǒng)的控制方式

該系統(tǒng)的控制方式可以分為三種：申請進(jìn)入、緊急進(jìn)入及安全狀態(tài)監(jiān)控。各控制方式具體如下。申請進(jìn)入：當(dāng)生產(chǎn)線處于正產(chǎn)生產(chǎn)狀態(tài)時，操作員點(diǎn)擊“申請進(jìn)入”按鈕，PLC 向生產(chǎn)線下發(fā)進(jìn)入命令，等待該區(qū)域各設(shè)備回到“安全位”后，則生產(chǎn)線PLC 通過安全繼電器切斷該區(qū)域內(nèi)的所有“危險能量源”，同時安全型PLC 控制門鎖開啟，操作員對門鎖進(jìn)行“掛牌上鎖”后，進(jìn)入該區(qū)域進(jìn)行工作；待工作完成后，操作員退出該區(qū)域，取消“掛牌上鎖”，點(diǎn)擊“申請結(jié)束”按鈕，安全門鎖自動落鎖，同時生產(chǎn)線自動恢復(fù)生產(chǎn)。

緊急進(jìn)入：當(dāng)生產(chǎn)線在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)意外故障或安全事故時，操作員拍下“急停按鈕”，該區(qū)域各設(shè)備立刻停止運(yùn)行，同時安全繼電器切斷該區(qū)域內(nèi)所有“危險能量源”，操作員在“掛牌上鎖”后，可進(jìn)入該區(qū)域；待故障或事故處理完成后，退出該區(qū)域，取消“掛牌上鎖”，拉起急停開關(guān)，并將設(shè)備手動退回“安全位”，可恢復(fù)生產(chǎn)。

安全狀態(tài)監(jiān)控：當(dāng)生產(chǎn)線正常生產(chǎn)時，光柵、雷達(dá)等安全設(shè)備檢測到異常狀態(tài)時，該區(qū)域設(shè)備會緊急制動停車，同時安全繼電器切斷“危險能量源”；當(dāng)異常狀態(tài)消失后，操作員可手動恢復(fù)生產(chǎn)。其控制流程圖如圖4 所示。

圖4 控制流程圖

4 “掛牌上鎖”在安全閉鎖系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 “掛牌上鎖”程序

“掛牌上鎖”制度的程序如圖5 所示[2]。

圖5 “掛牌上鎖”程序

能量識別：能量識別是指辨認(rèn)待進(jìn)入?yún)^(qū)域的危險能量來源，該步驟分為兩步完成：步驟1 應(yīng)在生產(chǎn)線設(shè)計之初，將一個區(qū)域內(nèi)數(shù)種可控制、相互關(guān)聯(lián)的能量源采用統(tǒng)一的電氣安全元件進(jìn)行控制；步驟2 應(yīng)在每次進(jìn)行工作之前，對所有危險能量源的來源進(jìn)行識別，并填寫“掛牌上鎖”工作單，通知該區(qū)域相關(guān)人員。

停機(jī)：按照既定流程對工作中的設(shè)備進(jìn)行停機(jī)操作。

切斷：通過PLC 或手動方式，對已辨識的能量源進(jìn)行切斷操作，包括閥門、電氣開關(guān)、蓄能器件、電機(jī)等，并確保已切斷設(shè)備不會運(yùn)行或危險能量無法釋放。

掛牌上鎖：根據(jù)工作單，相關(guān)操作人員對已切斷設(shè)備使用合適的鎖具及危險標(biāo)識進(jìn)行上鎖操作，并確保被切斷設(shè)備保證在安全位置。實(shí)施“掛牌上鎖”的鎖具需保證不能被同級人員或次級人員打開。

測試確認(rèn)：在工作開始前，相關(guān)人員應(yīng)對已隔離設(shè)備進(jìn)行測試，保證設(shè)備無法啟動、危險能量無法釋放。

工作：相關(guān)人員進(jìn)入該區(qū)域進(jìn)行調(diào)試、故障排查、維護(hù)、檢驗(yàn)、操作等工作。

去牌摘鎖：待工作完成后，人員退出該區(qū)域，由上鎖人員各自解除自己的鎖具，并填寫工作單。

恢復(fù)：對被切斷能量源的設(shè)備進(jìn)行恢復(fù)操作。

設(shè)備測試：根據(jù)功能對設(shè)備進(jìn)行必要測試。并通知相關(guān)人員，做好設(shè)備動作準(zhǔn)備。

正產(chǎn)設(shè)備：該區(qū)域恢復(fù)生產(chǎn)。

4.2 “掛牌上鎖”的管理流程

（1）成立小組：成立掛牌管理小組，由分管領(lǐng)導(dǎo)、部門領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員組成，負(fù)責(zé)工作推進(jìn)。

（2）軟硬件準(zhǔn)備：在生產(chǎn)線設(shè)計之初便對該生產(chǎn)線設(shè)計的所有能量源進(jìn)行全面調(diào)查并進(jìn)行風(fēng)險評估，制定相應(yīng)的隔離清單，并根據(jù)生產(chǎn)線工藝及上述三大風(fēng)險制定不同的安全措施。

（3）購買適當(dāng)鎖具及上鎖裝置。

（4）展開各層人員的培訓(xùn)，讓所有人員了解“掛牌上鎖”的標(biāo)準(zhǔn)、程序及方法。

5 結(jié)束語

文中所述的球墨鑄鐵管生產(chǎn)線安全閉鎖系統(tǒng)由隔離護(hù)欄、電氣控制系統(tǒng)及“掛牌上鎖”制度構(gòu)成，自建立之初便在該生產(chǎn)線的調(diào)試、維護(hù)、調(diào)整、清理、檢驗(yàn)、操作等過程發(fā)揮了重要作用，自從投入使用，該生產(chǎn)線未發(fā)生任何重大安全事故，從而可見安全閉鎖系統(tǒng)有效性及重要性。