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注塑機安全解決方案

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工
 Column
現(xiàn)代制造
海天集團何勇,孫產(chǎn)剛
皮爾磁中國陸翔
注塑機安全解決方案
 Safety Solutions for Plastic Injection Machines
摘要:隨著國內(nèi)注塑機行業(yè)的快速發(fā)展與國標(biāo)的出臺,注塑機生產(chǎn)廠家技術(shù)上趕上乃至趕超發(fā)達(dá)國家的決心
需獲知如何使國產(chǎn)注塑機滿足國標(biāo)乃至國際標(biāo)準(zhǔn),從而從根本上提高國產(chǎn)
注塑機的競爭力與附加值本文依據(jù)注塑機國標(biāo)GB22530,詳細(xì)闡述了注
2危險識別
塑機的典型危險源以及如何通過本質(zhì)安全設(shè)計,增設(shè)防護裝置等方式來降
GB/T15706-2012《機械安全設(shè)計通則風(fēng)險評估與風(fēng)險減小》
低風(fēng)險,滿足相應(yīng)性能等級的要求,并提供了完整的產(chǎn)品方案
的附錄B給出了詳細(xì)的危險的來源和可能發(fā)生的結(jié)果,對于注塑機
關(guān)鍵詞:注塑機:國標(biāo):國際標(biāo)準(zhǔn);本質(zhì)安全設(shè)計;防護裝置:性能等級而言,我們需要同時參考GB530208年第4章危險列舉的內(nèi)容。
 Abstract: With the rapid development of the domestic plastic injection industry
綜合上述的兩個標(biāo)準(zhǔn),我們可以得出注塑機的典型危險,
 and the GB oc
照危險類型進(jìn)行分類,如表1所示:
 to satisfy GB and ISO
表!注塑機典型危險類型分類
 additional value of
 hazard sources and how to reduce the risk of the machine and reach the required
編號危險類型
 performance level by the intrinsic design and safeguards based on the GB 22530
注塑機的液壓系統(tǒng)通常通過可移動式防護門進(jìn)行保護,防
 standards. The complete solutions to safety p
 ded
 ts are also provided.
護門的非預(yù)期滑動可能傷操作人員
模具區(qū)域的合模動作和驅(qū)動機構(gòu)的動作可能對操作人員造
 Key words: Plastic injection machine: GB: ISO: Intrinsic design; Safeguards:
成沖擊和擠壓的危險,
 Performance level
合
中,模板
裝
3
員造成擠壓和剪切的危險,如果模具區(qū)域的防護裝置被打
機械開,人體將可以進(jìn)人開模時模板后方區(qū)域可能造成擠壓的
機
噴嘴區(qū)域在注入熔料時會向前移動,如果沒有防護裝置,
機器在模具區(qū)域外加設(shè)的移動式防護裝置與模具區(qū)域之間
的距離如果過大,操作人員可能進(jìn)入防護裝置與模具區(qū)域
之間,造成擠壓和剪切的危險
液壓系統(tǒng)的橡膠軟管內(nèi)部壓力較大,如接頭未緊固發(fā)生松
1概述
動,軟管突然掙脫產(chǎn)生的剛烈動可能擊傷操作人員
模具,熱板、加熱區(qū)域和機筒與噴嘴區(qū)域接合處可能噴濺
隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展,塑料機械這一與人民日常生活息息相
出的熔料都帶有高溫,可能對操作人員造成燙傷和灼傷的
關(guān)的行業(yè)也得以迅猛發(fā)展。目前,我國注塑機的年產(chǎn)量幾乎占全球注塑
危險
機產(chǎn)量的三分之二,位居世界第一,與此同時,國內(nèi)塑機制造商通過技8
熱危險噴嘴區(qū)域在注塑機正常運行時帶有高溫,同時溢出的熔料
均有可能對操作人員造成燙傷或灼傷的危險,
術(shù)創(chuàng)新,逐步減小了與發(fā)達(dá)國家塑機制造的差距。在此大背景下,“塑
注射區(qū)域的化裝置和注射裝置以及加熱圈均帶有高溫
機國標(biāo)”《《GB25301Z08《橡膠塑料注射成型機安全要求》(以下
操作人員觸及這些區(qū)域可能被傷成造成傷的危險
簡稱GB2530)于2008年底正式發(fā)布,并于2009年底正式實施
10電危險
注塑機的電控系統(tǒng)使用三相380V電源進(jìn)線,裸露在外或空
過大的帶電部件和不合理的接地可能造成技術(shù)人員觸電
GB22530主要參考了歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN201:1997《橡膠塑料機
原料在塑化過程中,注模腔以及清理殘料時和開模后產(chǎn)
有毒氣體生的有害氣體和粉可能造成操作人員的呼吸道疾病
械一注射成型機一安全要求》,并且其中的第5至第7章為強制12摔倒漏的液壓油殘留在地面可能使操作人員滑倒,未合理設(shè)
計的工作平臺和扶梯可能令維護人員摔傷。
性,具有法律效應(yīng),這也體現(xiàn)了我國塑機行業(yè)嚴(yán)格自身要求,在
 56 AUTOMATION PANORAMA 2014.11
3風(fēng)險估計
在識別了機器的危險之后,需要評判各個危險源的風(fēng)險高
低,從而決定應(yīng)使用何種程度的措施降低風(fēng)險。機械的某一項危
避免的幾率(PA)
描述
險點的風(fēng)險高低既取決于一旦發(fā)生事故時對人員造成的傷害程
0.75
有可能
度,也和發(fā)生該事故的概率有直接關(guān)聯(lián)。因此,我們在評判機械
25
在特定條件下可能
s
不可能
的多個危險點的風(fēng)險時,主要需要考慮的因素如下:
受傷或健康威脅的嚴(yán)重程度(輕微,嚴(yán)重,致命):
傷害涉及的范圍(一人或多人)
暴露頻率(FE
描述
0.5
每年
人員暴露在危險之下的程度
每月
危險事件發(fā)生的概率
每周
從技術(shù)和人員的角度來看,避免或限制傷害的可能性。
每天
每小時
除此之外,人為的因素、暴露在危險之下的人員、防護措施
一直
的合理程度、防護措施失敗或被規(guī)避的可能性,以及使用信息的
合理性和完善性都是需要考慮的條件
各種危險可指定因數(shù)的最大及最小數(shù)值均包含在表3中
GB/T15706-2012中,并未直接給出風(fēng)險估計的方法,為了
表3PHR數(shù)值與風(fēng)險等級對應(yīng)關(guān)系
通過量化和客觀的手段實現(xiàn)風(fēng)險估計,Pilz開發(fā)了危險分級技術(shù)
(PHR)進(jìn)行預(yù)先危險分析。預(yù)先危險分析會生成一個重大系統(tǒng)
危險的明細(xì)表,并在實施相應(yīng)的對策后對殘余的風(fēng)險進(jìn)行分析。
0.00-10可忽略的風(fēng)位不存在危及健康和安全的風(fēng)險,無需采取控制措施
該評估方法基于Pilz的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗,針對各種危險的
制措施,可能需要采用個人防護設(shè)備和或接受培訓(xùn)。
評估因數(shù),如可能的危害程度(DPH)、危險事件的發(fā)生概率
21-45低風(fēng)險存在危及健康和安全的風(fēng)險,風(fēng)險系數(shù)低必須采取
控制措施
(PO)、避免的可能性(PA)以及暴露的頻率和/或時長(FE)
46160顯著風(fēng)險危險相關(guān)的風(fēng)險數(shù)足夠高,以至需要取控制排
進(jìn)行分析。Pilz危險級別可根據(jù)下述算式計算出:
施。此類措施應(yīng)在隨后的一個合適的時機實施
161-500高風(fēng)險潛在的危險,需要立即采取控制施
 PHR=DPH x PO x PA x FE
501+極高風(fēng)險應(yīng)立即采取控制措施,同時應(yīng)告知公司管理層
其中,上述參數(shù)可采取表2的數(shù)值:
根據(jù)適用的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完整的機器檢查后,即可確定各個因數(shù)的
表2pilz的危險級別參照表數(shù)值,從而進(jìn)行風(fēng)險評估和Pil危險評級運算隨后,又可將計算
所得數(shù)值與確定允許的數(shù)值進(jìn)行比照,進(jìn)而評估危險相關(guān)的風(fēng)險。
可能的傷害程度(DPH)
描述
刮傷/擦傷
計算所得的數(shù)值介于0-9750之間,其中0為最小數(shù)值,表示
割破/劃破/輕度三級健康受損/輕度燒傷
無風(fēng)險,而9750則表示最高風(fēng)險。
次要骨骼骨折:手指、趾
主要骨骼骨折:手、上、下肢
4風(fēng)險評價
缺失1到2個手指腳趾,或嚴(yán)重?zé)齻?
手截,視力或聽力部分損傷
前一節(jié)的PHR方法,我們可以大致得出臥式注塑機的風(fēng)險等
雙手截,雙眼雙耳視力或聽力完全喪失
級,如表4所示,確切的等級根據(jù)不同設(shè)計和工作情況可能有所出
重度傷害或永久性疾病健康狀態(tài)傷害
個體死亡
人,請讀者根據(jù)具體情況自行計算
重大災(zāi)難
表4風(fēng)險評價
編號危險類型危險描述風(fēng)險等級
危險事件發(fā)生的概率(PO)
注塑機的液壓系通常通過可移動式防護門進(jìn)行低風(fēng)險
描述
保護,防護門的非預(yù)期滑動可能夾傷操作人員
0.05
幾乎不可能
模具區(qū)域的合模動作和驅(qū)動機構(gòu)的動作可能對操
高風(fēng)險
不大可能
2
機械危險作人員造成沖擊和擠壓的危險
可能
合模機構(gòu)區(qū)域中,模板驅(qū)動裝置的運動可能對操
很可能
3
必定
作和維護人員造成擠壓和剪切的危險,如果模具風(fēng)
區(qū)域的防護裝置被打開。人體將可以進(jìn)入開模時高風(fēng)
模板后方區(qū)域,可能造成擠壓的危險,抽芯和頂
出機構(gòu)的運動也可能造成相同的危險
工
 Column
現(xiàn)代制造
噴嘴區(qū)域在注入熔料時會向前移動,如果沒有防著風(fēng)險
護裝置,可能對操作人員造成擠壓的危險
液壓系統(tǒng)的橡膠軟管內(nèi)部壓力較
機器在模具區(qū)域外加設(shè)的移動式防護裝置與模具區(qū)
大,如接頭未緊固發(fā)生松動,軟
使用軟管附件
域之間的距離如果過大,操作人員可能進(jìn)入防護裝顯著風(fēng)險
管突然掙脫產(chǎn)生的烈扭動可能
顯著風(fēng)險固定軟管
置與模具區(qū)域之間,造成擠壓和剪切的危險
擊傷操作人員
液壓系統(tǒng)的橡軟管內(nèi)部壓力較大,如接頭未緊
模具、熱板、加熱區(qū)域和機簡與
固發(fā)生松動,軟管突然掙脫產(chǎn)生的烈扭動可能顯著風(fēng)險
噴嘴區(qū)域接合處可能噴濺出的熔高風(fēng)險使用可移動式
擊傷操作人員,區(qū)和機與噴嘴區(qū)域
模具熱板、加熱區(qū)域和機與噴嘴區(qū)域接合處
造成使傷和灼傷的危險
和灼傷
可能噴出的熔料都帶有高溫,可能對操作人員高風(fēng)險
噴嘴區(qū)域在注塑機正常運行時帶
造成燙傷和灼傷的危險
8熱危隱有高溫,同時溢出的熔料均有可增設(shè)隔熱護
能對操作人員造成傷或灼傷的
高風(fēng)險罩,增加高
8熱危險噴嘴區(qū)域在注塑機正常運行時帶有高溫,同時溢出的高風(fēng)險
溫警告標(biāo)識
熔料均有可能對操作人員造成燙傷或約傷的危險
危險
注射區(qū)域的塑化裝置和注射裝置
注射區(qū)域的塑化裝置和注射裝置以及加熱圈均帶
以及加熱圈均帶有高溫,操作人高增設(shè)隔熱護
高風(fēng)險罩,并增加高
成灼傷的危險。用
溫警告標(biāo)識
塑機的電控系統(tǒng)使用三相380V電源線,裸
成傷的危險
10電危險露在外或空過大的帶電部件和不合理的接地可高風(fēng)險
注塑機的電控系統(tǒng)使用三相380V電
使用符合E
能造成技術(shù)人員觸電
10電危險源進(jìn)線,露在外或空過大的帶高風(fēng)險60529P2X求
電部件和不合理的接地可能造成技
原料在塑化過程中、注入模腔以及清理殘料時和
有毒氣體開模后產(chǎn)生的有害氣體和粉塵可能造成操作人員高風(fēng)險
術(shù)人員觸電。以及
的元器件
原料在塑化過程中注入模腔以及
的呼吸道疾病,
12倒池漏的液壓油殘留在地面可能使操作人員倒,未低風(fēng)險
有毒氣清理殘料時和開模后產(chǎn)生的有害氣高風(fēng)險并保持車間通
風(fēng)狀況良好
道疾病
泄的液壓油殘留在地面可能使操
定期清理車間
摔倒作人員滑,未合理設(shè)計的工作平低風(fēng)險地面
5風(fēng)險減小
臺和扶梯可能令維護人員摔傷。
5.1本質(zhì)安全設(shè)計
本質(zhì)安全設(shè)計即通過更改機器的原始設(shè)計而避免危險在上5.2安全防護
例中,危險編號1和6均可通過改變設(shè)計從而徹底避免這些類型危
安全防護是通過固定式、封閉式防護和/或聯(lián)鎖裝置等設(shè)施
險的發(fā)生,如選擇合理的移門安裝方式和軟管接頭類型,加設(shè)軟將機械的危險源與操作人員隔離的方法,主要參照的標(biāo)準(zhǔn)包括
管固定裝置等方式。推薦的風(fēng)險減小措施如表5所示:
《GB/T1706-2012機械安全設(shè)計通則風(fēng)險評估與風(fēng)險減小》
表5風(fēng)險減小措施《GB/T8196-2003機械安全防護裝置固定式和活動時防護裝置
的設(shè)計和制造的一般原則》和《GB12265-2000機械安全防止
編號危險類型危險描述風(fēng)險等級風(fēng)險減小
上下肢觸及危險區(qū)的安全距離》,對于臥式注塑機,GB22530
塑機的液壓系統(tǒng)通常通過可移
動式防護門進(jìn)行保護,防護門的低風(fēng)險使用合理的移2008《橡膠塑料注射成型機安全要求》中的5.1.3注射成型機保
非預(yù)期滑動可能夾傷操作人員
門安裝方式
護裝置中定義了1、Ⅱ、m型保護裝置的控制要求。防護措施如
2
區(qū)域的合模動作和里動機構(gòu)的高風(fēng)險使用帶聯(lián)裝置
圖1所示:
合模機構(gòu)區(qū)域中,模板驅(qū)動裝置
的運動可能對操作和維護人員造
定
安全開關(guān)
成擠壓和剪切的危險,如果模具
3
區(qū)域的防護裝置被打開,人體將高風(fēng)險的可移動防護
使用帶聯(lián)裝置
感應(yīng)式安全開關(guān)
可以進(jìn)入開模時模板后方區(qū)域,
一
機械危險
可能造成擠壓的危險,抽芯和頂
出機構(gòu)的運動也可能造成相同的
危險
噴嘴區(qū)域在注人熔料時會向前移
動,如果沒有防護裝置,可能對顯著風(fēng)險使用固定式防護
操作人員造成擠壓的危險
急停按
機器在模具區(qū)域外加設(shè)的移動式
護裝置與模具區(qū)域之間的距離使安全距離符
如果過大,操作人員可能進(jìn)入防顯著風(fēng)險合GB12265的
護裝置與模具區(qū)域之間,造成擠
要求
圖1臥式注塑機安全防護示意圖
壓和剪切的危險
(下轉(zhuǎn)63頁
 58 AUTOMATION PANORAMA 2014.
當(dāng)集群負(fù)載下降,監(jiān)控事件觸發(fā)停止虛擬機時,自動退出集1(上接58頁)
群并釋放IP地址,每天晚上集群管理模塊定點自動進(jìn)行虛擬機清1(1)急停按鈕
理,每個集群保留指定數(shù)量的備用虛擬機,相應(yīng)生成或刪除備用1
1緊急停止按鈕用于切斷設(shè)備和使機器停止,以減少或轉(zhuǎn)移人
虛擬機,在釋放硬盤空間的同時,保證負(fù)載超標(biāo)時可以通過備用員面臨的危險狀況以及機器或材料的損耗需注意的是急停裝
虛擬機實現(xiàn)資源快速調(diào)度。
置只能作為其他安全防護的補充,而不能取代其他防護措施。急
停按鈕的操動頭應(yīng)為紅色,背景色為黃色
5應(yīng)用效果
(2)安全開關(guān)
常用的安全開關(guān)分為兩種,機械式安全開關(guān)(鎖定功能可
2014年7月進(jìn)行了不同規(guī)模應(yīng)用系統(tǒng)的自動調(diào)度測試,1選)和感應(yīng)式安全開關(guān),在選擇安全開關(guān)時,須考慮正常操作時
 Tomcat集群后臺應(yīng)用服務(wù)器數(shù)量分別為4、8、16,有備用虛擬機i
時平均調(diào)度時間為30秒,沒有備用虛擬機時平均調(diào)度時間為300門的開合頻率對于開合頻率較高的防護門,如合模區(qū)域前門
1推薦使用非接觸式的安全開關(guān),如感應(yīng)式安全開關(guān),以方便門的
秒。通過分析不同規(guī)模集群在不同場景下的響應(yīng)時間趨勢圖,可(開啟,且無須考慮機械式開關(guān)存在的機械壽命問題(通常為100萬
以看出自動調(diào)度過程中集群服務(wù)響應(yīng)穩(wěn)定,調(diào)度結(jié)束集群響應(yīng)時次):對打開頻率較低,且正常操作時嚴(yán)禁打開的防護門,如
間明顯減少。
綜合分析系統(tǒng)試運行一個月的監(jiān)控信息,在各類壓力情況頂蓋門,推薦使用帶定功能的機械式安全開關(guān),需要打開時可
下共發(fā)生自動調(diào)度15次,壓力過后均順利釋放計算資源,應(yīng)用1
1通過解鎖按鈕解除門的鎖定狀態(tài),無需打開時,防護門通過開關(guān)
集群響應(yīng)時間始終在1秒以內(nèi),完全滿足生產(chǎn)運行的自動調(diào)度內(nèi)的彈簧力保持鎖定狀態(tài),防止意外開啟
需求。
(3)安全控制器
臥式注塑機使用的安全元器件包括合模區(qū)域前后門的安全開
參考文獻(xiàn):
關(guān)、急停按鈕和可能存在的噴嘴區(qū)域安全開關(guān)頂蓋安全開關(guān)
李鋒華基于蟻群算法的云計算資源負(fù)載均衡調(diào)度算法研究[D]云南模式選擇開關(guān)和安全地毯等。對于安全功能較少的普通臥式注塑
云南大學(xué),2013
機,安全功能往往限于前后防護門和急停按鈕,推薦使用三個
【2]張凱基于運行模式的云計算資源調(diào)度方法研究D]黑龍江:哈爾濱理安全繼電器分別對前后門和急停按鈕進(jìn)行監(jiān)控。為使每個控制
工大學(xué),2013
3]林偉偉齊德顯,云計算資源調(diào)度研究綜述計算機科學(xué),2012,39(10
系統(tǒng)有關(guān)安全部件(SRP/CS)符合PLd以上的性能等級,應(yīng)選
1-6
用雙輸入通道結(jié)構(gòu)的安全繼電器,并確認(rèn)其性能等級滿足PLd
4]劉曉云計算數(shù)據(jù)中心結(jié)構(gòu)及其調(diào)度機制研究[D]安徽:中國科學(xué)技以上
術(shù)大學(xué)2011
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對于大型注塑機而言,安全功能較多時,使用普通安全繼電
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器組成的安全回路存在接線工作量大,故障診斷困和較多安全
 [6] Qunying Huang. Chaowei Yang.. Evaluating open-source cloud computing
繼電器造成電柜空間緊張等問題,我們推薦使用可編程安全控制
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器對整臺注塑機的安全回路進(jìn)行邏輯處理和輸出
 for Parallel Processing Using On-Demand and Spot Instances. Cloud Computing
 (CLOUD) [R]. 2013 IEEE Sixth International Conference on June 28 2013
 July 3 2013.
8]李輝基于 OpenStack的私有云計算平臺的研究和實現(xiàn)[D]江西:江西師
GB530-2008膠塑料注射成型機安全要求S]
范大學(xué)2013
作者簡介
作者簡介
何勇(1977-),男,湖南常德人,電氣工程師,大專,現(xiàn)
就職于海天集團,主要研究方向為注塑機的高效節(jié)能以及環(huán)
方文(1978-),男,江蘇南京人,高級工程師,現(xiàn)就職于武漢
保安全。
鋼信軟件有限公司,主要從事鋼鐵企業(yè)大型計算機系統(tǒng)設(shè)計和管
孫產(chǎn)剛(1979-),男,浙江富陽人,電氣工程師,本科,現(xiàn)
理方面的工作
就職于海天集團,主要研究方向為注塑機的高效節(jié)能以及環(huán)
保
劉勝超(1988-),男,湖北黃岡人,工程師,現(xiàn)就職于武漢鋼
及網(wǎng)絡(luò)
安全。
信軟件有限公司,主要從事服務(wù)器、存儲及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)項目實施和
運行維護方面的工作。
陸翔(1988-),男,上海人,電氣工程師,本科,現(xiàn)就職于
皮爾磁中國公司,主要研究方向為機械安全。
 201411 AUTOMATION PANORAMA 63

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