工厂智能安全防护系统构建之安全预警方案.docx

工厂智能安全防护系统构建之安全预警方案安全预警方案是与物理隔离、联锁保护、权限管理系统搭配使用的智能预警系统，是对其他三个系统的补充，用于减小安全防护对于人的安全意识的依赖。本篇通过介绍安全预警方案的构成、设计要求与实施要点及发展方向，给工厂、设备商、集成商等相关人员提供预警系统构建的参考。前言物理隔离、联锁保护、权限管理方案的使用，实现了减小人员非预期进入危险区的风险，或有权限的人员在危险区内执行特定操作时，设备意外启动或人危险运动造成人员伤害的风险。在隔离、联锁、权限等防护措施都做到位的情况下，还需要结合管理手段把风险控制在可接受的程度。人员不遵守企业的管理要求而造成伤亡的事故时有发生。著名安全工程师海因里希提出了事故因果连锁论，用以阐明导致伤亡事故的各种原因及与事故间的关系，即：人员伤亡的发生是事故的结果，事故的发生是由人的不安全行为和物的不安全状态造成的，人的不安全行为或物的不安全状态是由人的缺点造成的，而人的缺点是由不良环境诱发的，或者是由先天的遗传因素造成的。企业事故预防工作的中心就是消除人的不安全行为和物的不安全状态，其中，人的不安全行为是更难以管理的要素。用物联网、云计算、人工智能、视觉识别、数字李生等技术手段建立的安全风险预警系统，是对隔离、联锁、权限三个方案的补充，是安全防护系统智能化的核心，可以减小安全防护对人的安全意识的依赖。一、什么是安全预警方案安全预警方案依靠安全风险预警系统实现。该系统由软件与硬件组成，通过对人、机器、环境及其复合效应等要素的边缘端或云端检测与评估，对风险发展的趋势作出预测，对可能发生的不安全状态按级别发出警报，并及时采取防范措施，最大限度规避危险状态发生。风险预警是在安全状态和可能发生事故的危险状态之间，给出了一个预警状态的中间状态，通过风险预警及对应的措施来进行风险减小，最大限度避免事故的发生，如图1所示。环境图1风险要素及其复合效应安全风险预警系统一般由预警检测系统、预警分级系统和预警措施系统组成，系统的安装形式一般有固定式安装和便携移动式两种。图2和图3分别展示了固定式安装和便携移动式的安全风险预警系统。S!atSHB出京金门人,旧出量出区域内在JT 出号 NKtfVim LOTO XnftMSltAABAAIt.横心功能/亮点O高戒织别高准度识别梦人并行.多人尾特殊情形.便*部只Il安全门通遁”，支衿短余置控区域.无统计自动姚计,不0加管理控M流程.©敢握交互ModbusTCRfriSl,支高IWS出,支持曼控区域多通通组网判断.图2一种防止人员陷入危险区的固定式安装预警系统智能监控设备由防爆智能监控终端、防爆智能标签和具有数据远传功差的便携式四合一气图3一种便携移动式智能防爆监测终端预警监测系统用于实现风险要素的监测，预警分级系统主要根据预警监测系统输入的值确定风险等级，预警措施系统再根据风险等级采取对应级别的措施。如图2中的防止人员陷入危险区的预警系统，可以实现危险区域内人员数量状态的监测，将危险区域内有人和没人定义为不同的预警等级，给出有人时声光报警、机器不运行等措施，避免危险区外的人员误以为危险区内没人而关闭安全门，机器意外启动而造成人员伤亡的事故。二、安全预警方案的设计要求与实施要点安全预警方案的设计，首先要进行风险评估，再进行安全防线预警系统的设计。应按照GB/T157062012机械安全设计通则风险评估与风险减小的规定，展开风险评估，针对风险评估的重大危险，首先通过本质安全设计措施减小风险，如果不能达到充分的风险减小，可以考虑进行风险预警系统的引入。是否能引入风险预警系统，一是考虑技术可行性，主要是机器能否通过数字化监测的方式获取信息；二是考虑经济可行性，要进行成本效益分析。风险预警的流程，以预警检测环节提供的信息为输入，进行相应的风险值计算后，确定风险预警级别，发布预警信息，根据预警级别给出对应预警措施，将风险降低到可接受的水平，最后解除预警措施。风险预警的流程如图4所示。成本效益 分析（来源于GB/T41344.1-2022机械安全风险预警第1部分:通则）图4风险预警流程图预警监测主要包括监测要素确定、数据采集、数据操作、数据分析、数据输出等。监测是通过感知和传输技术，主要是各类传感器来获取目标对象的实时数据，并按约定的方式对数据进行处理和分析后输出结果的过程。监测前需要确定测量的目标对象或参数，确定目标的空间或范围。常见的监测要素如表1所示。类型监测装人的状态信息人的安全着装安全帽视频识别装置、机器识别装置护目钱防嚎耳塞防毒面具防尘口罩安全服装（防静电、防疆射）安全带（高空作业）安全手套安全鞋（防滑、防压）人的健康状态体智能可穿戴装置呼吸心跳人的空间位置与危险源间距离室内定位装苣人的行为轨迹人体异常行为视频跟踪装置机器的状态信息振动振动测量装置裂纹超声波监测装置温度温度监测装置声音声音监测装置速度速度测量装置火花火花探测装置环境的状态信息温度温度监测装置湿度湿度监测装置ns气压监测装置可燃气体气体监测装置粉尘粉尘浓度监测装置噪声声音监测装置色彩识别装置照度照度监测装置（来源于GB/T41344.2-2022机械安全风险预警第2部分:监测）表1常见监测要素表更多预警监测系统的设计要求，参见GB/T41344.2-2022机械安全风险预警第2部分：监测。预警分级主要包括风险值计算模型确定、权重确定、预警级别界线确定、风险值计算、预警值输出等。要根据实际应用环境设计包含人、机器、环境等的预警监测要素在内的风险值量化计算模型，确定其权重，并界定预警级别，根据监测值，实时计算风险值，确定风险预警等级并输出。预警级别界线用于确定各级预警的初始条件，根据风险值的计算结果，从小到达将预警级别进行划分，以及经验或大数据分析等方法设置不同预警级别的风险值界限值，如表2所示。风险值瞥级别特征O<RvmRvfwrIV采取最低级别预警措施减小风险的低风险Ill需要在合适的时机采取警示措施及小风险的一般风障Il要求立即采取相应警示措施减小风哙的较大风险RVg<M1I需要立即采取消除危险或海小风险措施的重大风除（来源于GB/T4134432022机械安全风险预警第3部分:分级）表2预警级别划分表预警措施类型主要有信息措施、人工措施、机器措施。可根据需要选择一种或多种类型的措施，以达到消除危险或降低风险的目的。信息措施主要有视觉信号、听觉信号、文本文件等。视觉信号如红黄绿三色报警灯，听觉信号如蜂鸣器，文本信号如屏幕显示警示图文、警示标志突出显示。人工措施分为即时措施和非即时措施。及时措施包括但不限于人工发出警告、人工强制控制机器设备急停、断电等，适用于下列情况：风险较低但必须由人工进行操作时；在预警未响应而现场的风险升级时；在自动措施不足以防范危险时。非即时措施包括但不限于行为管理措施，如安全教育、技能培训、管理制度等；设备管理措施，如在有剩余风险的设备商设置警示标志、给出有关设备的使用信息、设备定期检查和维护等。机器措施主要是指机器设备自身可以做的措施，如机器人的减速、停机动作，AGV在遇到人后的自动避障等。预警措施应符合时效性、安全性、稳定性和可靠性要求。其中，时效性是指对于需要采取即时措施的机器或者系统，可保证预警措施系统的及时响应（如人员入侵危险区的危险行为）；安全性指风险预警措施不应带来二次伤害。更多预警措施系统的设计要求，参见GB/T41344.4-2022机械安全风险预警第4部分：措施。三、安全预警方案的发展方向安全风险预警系统的设计从成本效益分析开始，要考虑因风险事故造成的人员、机器的损失、生产的损失等成本与风险预警系统全生命周期的总费用，只有风险预警系统从设计、实施、使用到更新的全生命周期都能做到相对低成本时，才能更大范围地应用。这就要求，监测系统硬件一一主要是各类传感器一一具备稳定性与经济性，数据采集与呈现具备准确性与便捷性，监测与预警具备覆盖人机料法环的全面性等等。已有一些高校、研究院和企业正积极向这些方向作出尝试和探索，形成了一些研究成果与可应用的平台，如图5、图6、图7、图8、图9所示。图5可快速部署的物联网传感器平台图6工厂安全数字李生系统架构图图7安全防护数字李生系统图8机器视觉识别示例打堀忡处理及Y$也19埔福台技术台美舜分析方N右让白闾Z蹲最应记IflMs评估勃0 'V '.*Vfl.州代信息聚集人员信息初p¾ '.HEttr人为生产- 仓储-格流-讦境IHB S ¥ 于 API 二 次开澳f t w ItWatlF 9»t（父于南中。工大学、宁波港双大字.券渡 HfI公Br手工曦互。河的登全安产n字窣 生率统美被米健克"中液E大号JR*H? RMJWIEkJBraK KN* 灯 耀城8楼 理论1安4生产可检化墓雉j¾tt引行为奴笠全疆 校检第线黑Ed WUfW» *第«IE构Jrnw>>r-知融合11 Bj¾u分嗝：I图识别¾ I目所西“人员-通鱼-生产-仓储-物盘-开境”深度学习技术图9安全生产数字李生技术路线框架图安全风险预警系统的发展会越来越趋向于平台化。该平台可以结合风险监测的指标体系，基于小样本数据库，通过深度学习构建多元数据感知融合，形成多种监测预警模型，实现对风险隐患的监测、预警和研判处置，帮助用户动态掌握人员、设备、生产、仓储、物流、环境等多个场景的全局情况，分类分级管控安全生产风险，有效遏制重大事故发生。通过前端和中心智能分析，可以将智能识别预警推送至平台；基于风险要素和综合监测数据，构建监测系统运行状态分析模型，实时计算危险源风险等级等；通过预警分级推送，企业可以采取不同的措施。平台通过Al开放训练的算法下发,还可以满足用户针对一些个性化、碎片化的安全生产场景的监测需求。成本低、部署快、个性化、可迭代的安全生产数字李生平台的推出，让工厂真正实现了智能安全防护系统的构建。