GB/T 29483-2013《机械电气安全检测人体存在的保护设备应用》标准解析*

黄祖广 王文浩 薛瑞娟 蒋 峥

(国家机床质量检验监督中心，北京100102)

随着我国社会经济的快速发展，工业自动化、智能化水平不断提高，越来越多的工业机器人、全自动机械手等自动化设备逐步应用到制造业、运输业等各个领域。自动化设备的广泛应用在提高企业生产效率、降低用人成本的同时，对相关从业人员的人身安全造成了较大的安全隐患，机械设备伤人事故频发，安全事故造成的经济效益损失巨大。因此，机械制造设备的防护装置与人体检测保护设备的使用也越来越受到行业的重视。检测人体存在的保护设备(人体检测保护设备)是通过传感器等感应装置检测进入或者趋近危险区的工作人员，根据工作人员与危险源的距离、趋近速度等参数对工作人员的安全性进行分析判断，依据判别结果向机械设备输出信号使其保持在非危险状态。

检测人体存在的保护设备通常安装在机械设备的危险区或危险区边缘，用于检测工作人员的身体或部位是否进入或趋近危险区，并发出相应信号使机械设备停止运行或发出相应警告。现阶段，检测人体存在的保护设备主要包括电敏保护设备(ESPE)、压敏保护装置等安全防护设备。电敏保护设备是指采用视觉传感器、有源光传感器等作为敏感器件来识别人体位置的保护装置，多用于锻压冲压机床、自动生产车间装配作业区、升降式电梯轿厢门等机械设备的人身安全保护场合。电敏保护设备根据其敏感元件类型不同，主要分为有源光电保护装置(AOPDs)、响应漫反射有源光电保护装置(AOPDDR)、基于视觉的保护装置(VBPD)[1-2]。压敏保护装置主要指由压敏传感器作为敏感元件来感应和检测站立或踩踏在压敏区域的人员，主要用于极限负荷、电气、物理和化学环境等相关条件下的安全防护场合，其通过接口和机械设备的控制器相连接，保证压敏传感器触发时机械设备回复到安全状态[3]。压敏保护装置根据结构和使用场合的不同可分为压敏垫、压敏地板、压敏棒、压敏边及压敏缓冲器等。

1 标准制定的背景和意义

近年来，随着我国装备制造业不断转型升级，智能化水平不断提高，机械制造行业的安全隐患和潜在风险也越来越多，为了提高我国装备制造业安全生产水平，促进行业转型升级，2013年2月7日，国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会发布2013年第2号公告，正式发布了GB/T 29483-2013《机械电气安全检测人体存在的保护设备应用》，并于2013年7月1日起实施。GB/T 29483-2013等同采用IEC/TS 62046:2008国际标准，是一项重要的机械电气安全通用标准，它规定了检测人体存在的保护设备的选择依据、保护设备的一般要求以及特殊保护设备的特殊应用要求。它的发布对保证从业人员人身安全，确保机械设备稳定运行，促进机械行业安全健康发展有着重要意义。

2 标准的主要架构

GB/T 29483-2013《机械电气安全检测人体存在的保护设备应用》标准的主要架构如图1所示，包括8个章节与7个附录。

3 标准主要内容的解读[4]

3.1 适用范围

GB/T 29483-2013标准规定了对于出现在其检测区的人员进行检测的保护设备的选择、安装定位、配置和试运行，适用于GB/T 19436规定的各种电敏保护设备(主要包括有源光电保护装置、响应漫反射有源光电保护装置、基于视觉的电敏保护装置)和GB/T 17454.1规定的压敏垫和压敏地板。涵盖了机械行业主要的人体检测装置，满足了机械行业从业人员与机械设备交互配合场合的保护需求。

3.2 保护措施的选择

在一些机械设备工作期间需要操作人员频繁交互配合的场合，需要选择合适的检测人体存在的保护措施，来保证从业人员的人身安全。选择合适的保护设备时，需要充分考虑机械设备特性、环境特性、工作人员特性以及保护设备的特性。

3.2.1 机械设备特性

在一些机械设备工作期间需要操作人员频繁接近和交互的场合，或部分难以配备防护栅栏等固定保护措施的场合，应配备检测人体存在的保护设备使机械设备在人体可能接触危险部件前停止运行。对于存在控制电路反应不良、停止性能不充分及需经过循环周期后才能停止的机械设备，如机械剪板机、液压储能器等，需配备其他机械式防护装置。

3.2.2 环境特性

不同领域的机械设备工况环境有着较大差别，其配备的人体检测保护设备也容易受到所处工况的环境因素的影响。因此，在选择保护设备的过程中，应对预期的工作环境和所选保护设备的感应技术进行详细的评估，一般工业用人体检测保护设备需依据GB/T 19436、GB/T 17454.1相关标准对工况环境下电磁干扰、振动与冲击、光干扰、污染情况、温度与湿度、辐射等环境因素进行评估检测。

3.2.3 工作人员特性

机械设备配备的人体检测保护设备时，需要综合考虑工作人员相对机械的趋近速度和方向、待检测的身体部位、与机械设备的相互作用等因素。同时，为了防止特殊机械设备的工作人员避开检测设备进入危险区，还需选择和安装与人体检测保护设备相配合的附加保护措施，使工作人员面临危险的可能性降到最小。

由于工作人员活动具有不确定性和随机性，选择人体检测保护设备时要充分考虑工作人员不同身体部位的运动速度和与运动方向，根据ISO 13855:2002中规定，正常步行趋近速度为1 600 mm/s，人体上肢的正常伸展趋近速度为2 000 mm/s。对于目标检测部位不同的保护设备，在计算最小安全距离等参数时，需要考虑未被检测出的人体部位侵入检测区的附加距离(不同检测设备的附加距离与该设备的最小目标检测部位有关)。为了确保设备的稳定运行和人员的安全水平，可选择安装与人体检测设备相配合的附加保护措施，如图2所示，防止工作人员避开人体检测设备进入危险区。

3.2.4 保护设备的特性

针对机械设备所需检测区域的不同，可根据人体检测保护设备的特性进行选择。有源光电保护装置是通过感应发射器和接收器之间的光线是否被遮挡的原理进行检测，其通常用于平面保护区域的保护，或利用反光镜形成多面保护区域。响应漫反射有源光电保护装置是通过接收器感应被待检测物体漫反射的光线，进而确定被检测物体位置，该保护装置的检测区可根据不同需求设置成不同的形状。被动红外保护装置是通过检测工作人员身体部位的热辐射与背景热辐射的差异来进行工作，其检测区可被设置成三维检测区。压敏垫与压敏地板是用过传感器感应设备上方压力变化来产生信号进行工作，常用于规整地面的人体检测。

3.2.5 保护设备的应用

机械设备选择配备的检测人体存在的保护设备，一般作为机械设备的制动装置、存在感应装置、或制动装置和存在感应装置的组合使用。

(1)当保护设备作为制动装置使用时，需安放在距离机械危险源最小间隔距离(安全距离)以外的地方，以确保工作人员身体接触危险区前机械设备进入安全状态。计算最小间隔距离时需要充分考虑机械设备和工作人员的特性，以及整个机械系统的停止性能(包括保护设备的响应时间、最差工况下进入安全状态的时间、导致机械性能恶化的因素等)，根据ISO 13855:2002的规定，最小间隔距离S的计算公式如下：

S=(K×T)+C

式中：S为从机械设备危险源到检测点、线、面或区域的最小距离，mm；K为人或人体部位趋近危险源的速度，mm/s；T为整个系统的停止性能，s；C为附加距离，mm。

当部分特殊设备计算的最小间隔距离无法满足实际防护需求时，可以通过减少总停止时间、减少整个系统响应时间、以及选择检测能力更高或响应时间更快的设备来满足机械设备人员检测防护的要求。

(2)当保护设备用于提供存在感应装置时，其作用是通过检测工作人员身体或部位在检测区时，其输出信号开关器进入并保持在断开，使机械设备保持在非危险状态，直到工作人员身体或部位退出检测区。如果人体检测设备仅作为存在感应装置使用的场合，为确机械设备的安全性，应当与联锁保护装置等安全措施结合使用。

3.3 一般应用要求

在设计机械设备和控制系统时，应当参照ISO 13849和IEC 62061确立对其保护设备的性能要求，并选择能够达到降低风险要求的合适保护设备。根据GB/T 19436和GB/T 17454.1相关标准分类，2型的电敏保护设备可能因为单一故障而导致危险失效，不适用对降低风险要求高的场合；3型和4型的电敏保护设备在设计上不会因单一故障导致危险失效，能够在对降低风险要求中高等的场合使用。2类压敏垫在实施性能检测的间隔期间可能会发生单一故障的危险失效，适用于对降低风险要求中低等的场合；3类压敏垫适合对降低风险要求中高等的场合；4类压敏垫适用于对降低风险要求高的场合。

对于可能因机械设备的摩擦、气动阀或液压阀的磨损造成停止性能恶化的情况，应在机械设备每次停车时对其停止性能进行监控，并设置停止性能监控器，以便在整个系统的停止性能超出计算最小间隔距离的时间值时，使系统进入锁定状态。对于机械设备停止系统使用频率较低、停止系统具有适当的设计和性能等级且处于有效维护状态或停止性能经长期运行不产生恶化等情况，可以不保持对停止性能进行持续监控。

对于需要送料、人员进入的机械设备，其人体检测保护设备需提供抑制功能，在抑制功能使用的过程中，要确保没有工作人员停留在危险区而不被检测到是可行的，并且可能需要使用指示器来显示抑制功能所处状态。保护设备的抑制功能的开启和终止都应当是自动进行，要求仅在使用钥匙、关键字或工具时才能对抑制功能进行调整。保护设备中执行抑制功能的电路要求符合IEC 62061或ISO 13849标准的要求，且抑制电路存在任何故障时都不允许抑制状态存在。在机械设备使用抑制功能的过程中，只有在循环周期处于非危险时段、按操作顺序进行工作(如上下料等)或有其他方式保证安全时，才能允许人员或物料进入危险区，当物料或产品离开监控区时，安全保护功能应立即恢复。对于需要进行人工操作的机械设备，应配备具有抑制优先功能的保护设备，即在确保安全的情况下，工作人员进入危险区，不触发制动并允许危险部件继续运行。一般情况下，电敏保护设备的输出信号开关器处于断开状态，至少有一个抑制传感器被触发时，才能开启抑制优先功能，应该采取措施防止因故障或误操作开启抑制优先功能。

在一些特殊的机械设备中，人体检测保护设备除了用于检测人体位置外，还可用于重新启动机械设备的工作循环，但仅限于配备4型有源光电保护装置作为制动装置和存在感应装置的组合，且用于单人操作、手工上料、并具有短周期重复作业的机械设备。使用该项功能时，还应提供常规启动机械设备的控制措施，并提供启动联锁和重启动联锁，确保工作人员通过检测区进入危险区时，有源光电保护装置被触发并且不造成机械设备重新启动。

人体检测保护设备启动联锁是在电源接通或中断后恢复时，阻止机械设备自动危险运行的功能；重启动联锁是机械设备工作模式变化、启动控制方法变化或者安全保护功能被触发时，阻止其自动危险运行的功能。当配备人体检测保护设备时，除非经过风险评估表明启动联锁和重启动联锁无法减少伤害风险，否则均应由人体检测保护设备提供启动联锁和重启动联锁功能。

3.4 特殊保护设备的特殊应用要求

3.4.1 有源光电保护装置

有源光电保护装置是基于感应装置间光束是否被遮挡阻断来检测是否有人体或物体侵入，通常作为机械设备的制动装置对整个身体进行检测的边界保护。因其感应装置是光束装置或光幕装置，易受到附近反光面、相邻光束或相邻装置间的干扰，应该采用不同编码、交替改变相邻光束的方向等措施降低交叉干扰和周围反光材料的影响。在计算光束装置的最小间隔距离时，每一光束的响应时间应考虑人体部位在通过对应高度光束处的大小和速度；在计算光幕装置最小间隔距离时，其趋近方向与光幕平面的夹角大于30°时视为垂直趋近，小于30°时视为平行趋近。在必须对机械设备进行操作的特殊情况下，有源光电保护装置在其他措施保证安全的情况下，可提供屏蔽功能允许工件或机械设备的某些部分出现在检测区，如图3所示，安装具有屏蔽功能的保护设备时，应该降低屏蔽区附近因反光面影响检测能力的可能性。

3.4.2 响应漫反射有源光电保护装置

响应漫反射有源光电保护装置属于3型电敏保护设备，可被应用于静止和运动两种场合的人体检测。在自动引导车(AGV)等运动场合的应用中，保护装置的检测区边界不能存在刮擦拖拽或挤压的危险，并且需考虑由运动引起的物理环境变化、人员和物体趋近方向改变、危险区和机械设备一起运动等因素来保持适当的间隔距离。在设置响应漫反射有源光电保护装置的检测区时，应确保：

(1)使检测区完全覆盖危险区。

(2)应不会在检测区内某些物体后面产生比最小间隔距离的计算值更接近危险区的阴影区。

(3)保护装置的说明书需对涉及临近反光面和背景的干扰有适当说明。

(4)说明书对包括容差区在内的检测区的设置应该做出说明。

(5)说明书对有关检测区边界与不需要检测的物体间所需的最小距离应做出说明。

(6)在某些特殊应用中，应保证检测能力受限的区域存在不会导致危险发生。

3.4.3 被动红外保护装置

被动红外保护装置是通过检测人体和背景的热辐射差异，判别工作人员位置，因此当机械设备的工况环境中存在热处理材料、加热器等热辐射物体，被动红外保护装置可能会发出假定的错误停止信号。在计算该装置的最小间隔距离时，需要增加与该保护装置固有特性相关的附加距离，对于只能检测处于运动状态的人体的被动红外保护装置，不能作为存在感应装置使用。因现阶段缺少被动红外保护装置的产品标准，该装置不能作为机械设备的唯一保护措施，并在其使用期间应密切关注设备的使用情况。

3.4.4 压敏垫和压敏地板

压敏垫主要应用在平整地面或坡度较小的倾斜地面的人体检测防护装置，若采用斜坡安装，其倾斜角不能超过20°，相邻水平面高度差超过4 mm时需采用平整地面安装或小斜坡安装。在压敏垫安装时需防止工作人员跨过或跳过压敏垫的感应区域，作为机械设备的制动装置使用时，需要在最差工况的情况下计算压敏垫边缘距危险源的最小间隔距离。当检测区域过大使用多个压敏垫组合时，应避免检测区的死区出现。

压敏地板的结构与压敏垫类似，其传感器上方是可移动的刚性触板，如果在触板出现变形或下方垫有物体使检测能力下降的情况下，不能使用压敏地板作为保护设备。

4 结语

随着现代工业的发展，生产安全事故频发，从业人员的安全也越来越受到行业和企业的重视。为了维护从业人员的人身安全和保障生产经营活动的顺利进行，检测人体存在的保护设备正在逐步应用到各类工业生产的安全防护场合。现阶段，因安全防护装置种类繁多，使企业难以选择和配备合适的人体检测保护设备，GB/T 29483-2013标准对不同类型的保护设备特性、从业人员特性及保护设备的相关要求有详细的阐述和规定，切实满足了我国现阶段使用检测人体存在的保护设备来降低生产风险的需求。

本文分析了GB/T 29483-2013标准的主要内容，主要对检测人体存在的保护设备的选择、保护设备的一般要求以及特殊保护设备的特殊要求进行解读，为机械设备的设计人员、人体检测保护设备的生产厂家提供了参考和建议，有助于提高我国机械行业的安全水平，促进装备制造业转型升级。