IEC 62046：机械安全——用于探测人员存在的保护设备应用

IEC 62046于2018年发布第一版，规定了用于探测工业机械环境中人员存在的保护设备的要求。这项由IEC第44技术委员会制定的国际标准解决了工业安全中的一个关键问题：如何可靠地检测到人员处于危险区域内并启动适当的保护动作。该标准适用于用于保护在工业机械附近工作的人员的电子敏感防护设备、压力感应防护设备和其他人员感知技术。

IEC 62046的范围涵盖主动和被动的人员检测系统，包括安全光幕、激光安全扫描仪、安全摄像系统、压力感应垫和边缘、电容式传感器和超声波存在检测器。随着工业自动化向协作机器人和柔性制造发展，在人与机器人重叠的工作空间中可靠地检测人员存在变得越来越重要。该标准为设计、选择和集成这些保护系统提供了框架，以实现所需的安全完整性等级，同时保持高效的生产运行。

安全距离计算与探测区域设计

任何人员检测保护系统中最关键的参数是最小安全距离——探测区域与危险运动之间的距离，确保在人员到达危险点之前机器完全停止。IEC 62046引用了ISO 13855中定义的计算方法，该公式考虑了多个因素：系统总停止时间（包括机器制动响应、控制系统处理和输出切换）、人员的接近速度（手/身体检测通常为1.6 m/s，手指/手检测为2.0 m/s）以及保护设备的检测能力。基本公式为S = (K × T) + C，其中S是以毫米为单位的最小安全距离，K是接近速度参数，T是总停止时间，C是基于设备分辨率或检测能力的附加距离。

探测区域设计必须考虑危险区域的具体几何形状和预期的人员运动类型。对于安全光幕，标准规定了最小物体灵敏度（分辨率）的要求，即可靠检测到的最小物体尺寸。14 mm分辨率的光幕可以检测手指，30 mm分辨率检测手部，50-90 mm分辨率检测身体存在。探测区域的高度和定位必须确保不存在未被检测到的进入路径——对于垂直安装，区域必须从地板延伸到至少1400 mm的高度；对于水平（全息）安装，必须覆盖整个进入宽度。

响应时间要求与控制系统集成

IEC 62046对响应时间——从检测到人员到输出信号停止机器的最长时间——作出了明确规定。总响应时间包括传感元件响应、内部信号处理和输出切换时间。对于安全光幕，典型响应时间范围为5到30毫秒，取决于分辨率、扫描方法和系统架构。激光扫描仪使用旋转镜扫描探测区域，响应时间较长，范围为40到120毫秒，取决于所选的角度分辨率和扫描频率。

控制系统集成要求保护设备输出以符合所需安全完整性等级的方式连接到机器控制系统。标准定义了输出信号切换设备的要求，这些设备必须能够切换安全相关信号，并且必须设计为可检测包括短路、交叉故障和电源故障在内的故障。OSSD通常是固态输出，定期测试（每个机器周期或上电时）以验证正确操作。标准规定，对于一般应用，OSSD必须至少达到SIL 2（根据IEC 61508）或PL d（根据ISO 13849），对于高风险应用需要SIL 3 / PL e。

机械安全系统工程设计要点

从实际工程角度来看，按照IEC 62046实施人员检测保护设备时需考虑几个关键因素。首先，环境因素显著影响检测可靠性。光学设备（光幕和扫描仪）对来自灰尘、油雾、焊接飞溅和冷却液喷溅的污染敏感。标准要求设备经过电磁干扰抗扰度测试和环境影响因素（包括振动、冲击、温度和湿度）测试。在恶劣环境中，可能需要带有空气净化系统或加热窗口的保护外壳来维持可靠的检测性能。工业环境通常需要IP65或更高的防护等级。

其次，检测设备的安装和对准必须同时考虑安全性和可用性。光幕需要精确的发射器-接收器对准，角度公差通常在±2.5至±5度范围内。激光扫描仪必须安装在稳定的表面上，避免可能引起误触发的振动。标准规定了对准辅助设备和诊断指示器的要求，以便于正确设置和维护。对于需要从多个方向进入的应用，需要多个设备或更复杂的检测几何配置。

第三，人员检测设备与机器控制的集成需要仔细考虑防止重启功能。IEC 62046要求在保护设备被触发后，当探测区域清空时机器的保护状态必须保持，直到操作员从危险区域外的安全位置发出手动复位命令。这样可以防止触发保护的人员仍在机器附近时机器重新启动的危险情况。手动复位设备的位置必须使操作员在执行复位时能够清楚看到整个危险区域。

第四，定期验证和确认对于在设备整个寿命周期内保持安全至关重要。标准要求保护系统按照风险评估确定的时间间隔进行定期检查和测试，但至少每年一次。这包括检查安全距离、使用校准测试对象验证检测能力、测量响应时间以及确认OSSD正确操作。所有验证活动的全面文档必须在设备整个寿命周期内保存。