机械压机安全防护应用案例：为什么仅靠双手控制不够，Type 4 安全光幕如何补上缺口

在机械动力压机上，Type IIIC 双手控制（ISO 13851）能在滑块下行的瞬间把操作工的双手锁在模具之外——但 ISO 13851 明确指出，双手控制装置只保护使用它的那个人。对于另一名能够伸手进入危险区的工人，它毫无作用。因此一旦周围还有其他人，就必须再加一道 Type 4 安全光幕（IEC 61496），按 ISO 13855 安全距离公式 S = K·T + C（其中 C = 8·(d − 14) mm）布置，覆盖开放的进料/检验平面。双手控制回路与光幕的 OSSD 信号最终在一台带 EDM 的安全继电器（如戴迪斯科 DAIDISIKE DA31）上汇合，共同切断压机停车回路，整体按 ISO 13849-1 Category 3/4、PL d/PL e 实现。双手控制与光幕是互补关系——两者缺一不可。

本案例为代表性工程场景，不涉及任何具名客户、工厂、国家或具体计算出的 S 值；所有标准均仅以编号引用。

这是一个代表性的动力压机工作站——不是某个具名客户或工厂，而是我们反复见到的典型布局。操作工站在固定工位上，用一套 Type IIIC 双手控制操作压机：两个带护圈的按钮必须同时、同步按下，滑块才会下行。对操作工本人而言，这套装置确实有效：当双手都被按钮“占用”时，在危险的下行行程中，他的任何一只手都不可能停留在模具作用区内。

问题出在另一侧。模具作用区同时还面向一个开放的装料和检验平面，第二名工人——装料工、辅助工或质检员——可以从那里靠近并伸手探向模具。操作工合法地按下按钮启动行程时，工位上的双手控制装置完全无法阻止这次行程，哪怕此刻第二个人的手正伸在模具区里。这个开放的进入平面，正是垂直 Type 4 安全光幕的用武之地：光束被遮断，压机立即停车，赶在危险被触及之前。

这是整个案例的承重点，而且它直接来自标准本身。ISO 13851 明确规定，双手控制装置只为使用它的人提供保护。 双手控制强制操作工把两只手都放在远离危险区的执行器上，因此在行程中，他自己的手都不可能伸进模具作用区。这就是它保护范围的全部边界。它根本无法感知是否有别人正靠近模具。

所以那个经典而危险的错误，就是把“我们装了双手控制”等同于“压机已经做了安全防护”。它只保护按按钮的那个人，别人一概不管。一旦风险评估识别出装料工、辅助工或质检员能够伸手进入模具作用区，增设一道感应式存在检测装置就是强制要求，而非可选项。安全光幕正是把保护范围延伸到双手控制在结构上“看不见”的那个人身上。（OSHA 的机械防护指南也从反方向印证了同一点：当一台机器需要多名操作工时，每人都必须配备独立的双手控制，且全部必须同时操作——双手控制按设计就是“一人一套”的。）

现场笔记 —— 蔡工： 我在每一台压机上都先问一个问题：“操作工按按钮时，还有谁能够够到模具？”如果诚实的答案是“装料工”或“质检员”，那么双手控制虽然在尽职工作，却依然让一个人处于无保护状态。在这种工作站上，光幕绝不是“锦上添花”——它正是那道用来保护按钮永远保护不到的那群人的装置。

把“车道”分清楚很有帮助，因为每一项标准回答的是不同的问题：

• ISO 13851（双手控制装置） —— 定义双手控制装置（THCD）的各种类型。Type IIIC 是最高级别：双手（同时）、在 ≤ 0.5 s 同步容差内同步操作、自监测、按 Category 4 / PL e 实现。而驱动本案例的关键条款就是：它只保护使用者本人。
• IEC 61496（ESPE 电敏防护设备） —— 安全光幕的产品标准。Type 4 采用冗余结构配合连续自监测，可达 SIL 3 / PL e；Type 2 上限约为 PL c，不适用于压机点动作区的危险场合。
• ISO 13855（布置 / 安全距离） —— 决定光幕装在哪里：S = K·T + C，并含越顶（reach-over）/越底（reach-under）高度表。
• ISO 13849-1（SRP/CS 安全相关控制部件） —— 控制系统的完整性：性能等级 PL a–e 与各 Category。压机停车通常要求 PL d 或 PL e，用 Category 3 或 4（双通道、单故障容错、在下一次需求前检出故障）实现。
• IEC 62046（存在检测设备的应用） —— 选型、布置、配置、调试，以及遮断（muting）与消隐（blanking）规则（2018 版对其作了更新）。
• ISO 3691-4（无人驾驶工业车辆 / AGV） —— 仅当工作站由 AGV 供料/服务时才相关，此时水平式安全激光扫描仪成为适用装置（扫描仪本身适用 IEC 61496-3）。

有一点关乎你的符合性声明，必须诚实说明：IEC 61496 并不被视为能给出自动的符合性推定，因此还需由独立机构出具型式试验——不要以为单凭这项标准就能“带你过关”。

ISO 13855 给出检测场与危险之间的最小安全距离为：S = K · T + C

• K = 接近速度。手/臂检测取 2000 mm/s；只有在 S ≥ 500 mm 的特定全身接近场合才允许取 1600 mm/s。对于伸手探向模具的场合，应取 2000 mm/s——在这里用 1600 是典型的“算小了”的错误。
• T = 总停止时间。这是压机停止时间 + 光幕响应时间 + 继电器响应时间三者相加——不只是光幕。装得离危险太近，往往恰恰是因为有人在 T 里漏算了压机自身的惯性走停时间。
• C = 由检测能力 d 决定的侵入距离。对于法向接近的垂直光幕，C = 8·(d − 14) mm（永不小于 0）。

d 背后的人体生物特征检测数据（依据 EN ISO 13855）：手指 = 14 mm，手 = 30 mm，腿最大 70 mm，身体大于 70 mm。因此 14 mm 手指级光幕给出 C = 0 mm，而 30 mm 手级光幕则增加 C = 128 mm。要根据身体部位实际如何伸入来选分辨率，再把它真实的 C 代入 S。

我们刻意不为这台虚构压机公布一个算好的 S 值——因为 T 取决于真实机器的实测停止时间。请用公式配合你自己实测的数据。

分辨率选错了——选了粗分辨率、又把 C 算小了——装置就会装得比允许的更近。这是压机安全审核中最常见的发现之一。

一道垂直光幕只防护它所覆盖的那个平面。ISO 13855 的高度表加上良好安装实践，负责堵住其余的路径：

• 越顶（Reach-over） —— 如果顶部光束太低，人会从光场上方伸过去。按 ISO 13855 高度表把顶部光束设得足够高。
• 越底（Reach-under） —— 如果底部光束离地太高，人会从下方弯腰或伸手钻过。除非该间隙已用硬护栏封堵，否则底部光束离地不得超过约 300 mm（12 in）。
• 绕侧（Reach-around） —— 侧面缝隙让人绕过光场。用硬护栏封住其余侧面。

这每一条都能在光幕仍报告“已防护”的情况下使其失效。它们是安装失误，而非装置失效——并且完全是集成商的责任。

两条保护回路——Type IIIC 双手控制的输出，以及光幕的一对 OSSD——都必须命令同一个压机停车动作，并通过控制可靠（Category 3/4）的结构实现。它们汇合到一台安全继电器上，其两副常开安全触点接入压机的停车/离合器-制动器控制回路。据戴迪斯科 DAIDISIKE 介绍，DA31 接收光幕 OSSD，通过一对安全触点切换动力/停车回路，并执行 EDM 反馈检查。

为什么 EDM 不可妥协： 外部设备监控（EDM）回读末级开关元件（接触器）的状态，一旦发现某个触点熔焊或卡死，就拒绝放行下一次行程。如果把光幕或双手控制输出接到一台没有 EDM 的继电器上，熔焊的接触器就无人察觉——下一次安全需求将以危险方式失效，你实际达到的性能等级 PL 也会跌破要求值。DA31 是操作工回路与旁观者光幕回路唯一的合并点，也是单故障检测所在之处。

以厂商中立、按角色划分的方式来说明——不杜撰任何参数：

• DQC 系列 —— 用于点动作区进入平面的手指/手部防护 Type 4 产品线。选用手指级或手部级分辨率型号，使 C 项与接近假设匹配“伸手探入”的场景。
• DQS / DQSA / DQV —— 周界防护 / 高防护高度产品线。用于周围区域的全身进入防护，而非精细的点动作区伸入。
• DA31 安全继电器 —— 安全控制核心，接收光幕 OSSD，通过一对安全触点切换停车回路，并执行 EDM 反馈检查。两条保护回路的汇合点。
• DLD 系列激光扫描仪 —— 仅当工作站由 AGV/AMR 供料、或需要水平地面区域的存在检测（靠近压机占地范围）时使用。它是避障/导航/周界传感器，不能替代垂直点动作区安全光幕——那个垂直伸入平面始终是光幕的职责。

功能上，这套系统的行为如下：

1. 操作工同时且同步（≤ 0.5 s 容差）按下两个按钮 → 双手控制回路允许一次行程。
2. 开放进入平面上的光幕光场必须畅通无遮挡 → OSSD 高电平。光场被遮断时，无论按钮如何都阻止行程。
3. 两个条件都到达 DA31；其双安全触点放行压机循环。
4. 任何人遮断光幕 → OSSD 跌落 → 继电器在已计入的总停止时间 S 内触发压机停车。
5. 再次运行前需满足 EDM 检查并执行一次有意的手动复位——仅仅清空光场并不会让压机重启。

设计必须能容忍或检出：输出接触器熔焊（由 EDM 在下一次行程前捕获）；任一回路上的单通道故障（Cat 3/4 冗余在下一次需求前检出）；光幕光学故障或失准；OSSD 线间短路（Type 4 交叉监测接线）；消隐/遮断滥用；以及“操作工已启动行程时第二个人进入”这一人因失效模式——后者正是光幕要封堵的那个缺口。

1. 把“双手控制 = 完整安全防护”。 它只保护按按钮的人；一旦别人能伸入，感应式存在检测装置就是强制要求。
2. 光幕装得太近 —— 忘了 S = K·T + C 中的 T 包含压机自身的停止时间，而不只是光幕响应时间。
3. K 取错、C 取错或分辨率选错 —— 手部伸入时却用了 1600 mm/s（应取 2000），或用了粗分辨率光幕却把 C 算小了。
4. 越顶 / 越底 / 绕侧导致失效 —— 顶部光束太低、底部光束离地 > 300 mm，或侧面敞开。
5. 没有 EDM / 末级元件未被监控 —— 熔焊的接触器无人察觉，拉低实际达到的 PL。
6. 遮断/消隐滥用 —— 为送料而遮断光幕，而不是按 IEC 62046 设计，会重新打开旁观者危险。
7. 在需要垂直光幕的地方用 Type 2 光幕，或用激光扫描仪 —— Type 2 上限约 PL c；水平 LiDAR 区域无法防护垂直伸入平面。
8. 两个互不相关的停车、没有共同的安全状态 —— 两条回路必须命令同一个 Cat 3/4 压机停车；只要光幕光场被遮断，行程就必须不可能发生。

这里的设备类别在整个行业是通用的：像 SICK 或 Banner 的 deTec / EZ-Screen 系列那样的 Type 4 光幕，来自 Banner 或 IDEC 的双手控制模块，以及诸如 Pilz（皮尔磁）PNOZ 或 Allen-Bradley（罗克韦尔，Guardmaster）440R/MSR 系列的安全继电器，都依据同样的 IEC 61496 / ISO 13851 / ISO 13849-1 设备类别完成同样的工作。戴迪斯科 DAIDISIKE 的 DQC（Type 4 光幕）与 DA31（带 EDM 的 PL e / SIL 3 安全继电器）按同样的标准制造，工厂直供，起订量 1 套。更换任何品牌前，请先对照你自己的风险评估核实保持/利用率额定值、响应时间与 PL——起决定作用的是标准，而不是品牌标志。

在一台由操作工用 Type IIIC 双手控制启动行程、而第二名工人又能够到模具的压机上，双手控制虽在尽职工作，却依然让一个人处于无保护状态——因为 ISO 13851 只保护它的使用者。请在开放进入平面上加装一道 Type 4 安全光幕，用机器的实测停止时间和正确的分辨率，按真实的 S = K·T + C 布置；封堵越顶 / 越底 / 绕侧；并让两条保护回路汇合到一台带 EDM 与手动复位的 DA31 安全继电器上，触发一个 Cat 3/4 的压机停车。两台互补的装置、一个共同的安全状态——这才是诚实做到的点动作区安全防护。

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问：为什么仅靠双手控制不足以为机械压机做安全防护？

答：因为双手控制装置只保护操作它的那个人。ISO 13851 把话说得很明白：强制把操作工的双手都按在远离危险区的控制按钮上，能让操作工的双手离开点动作区，但它对第二个人——装料工、辅助工或质检员——毫无作用，这个人完全可以在操作工启动行程时把手伸进模具。一旦另一名工人能够靠近点动作区，风险评估就要求在双手控制之外再加一道感应式存在检测装置（一道 Type 4 安全光幕），而不是用它取代双手控制。

问：ISO 13851 下的 Type IIIC 双手控制装置是什么？

答：Type IIIC 是 ISO 13851 中功能等级最高的双手控制装置。它要求双手使用（同时操作）、两个按钮之间同步操作且同步容差不超过 0.5 s（松开任一按钮即重置该要求）、自监测，并按 ISO 13849-1 实现到 Category 4 / PL e。同步操作规则正是用来挫败“把一个按钮用胶带按住”这种经典作弊：如果第二个按钮在 0.5 s 之后才被按下，行程就不会启动。

问：如何计算压机上光幕的安装位置（ISO 13855）？

答：ISO 13855 给出最小安全距离 S = K·T + C。K 是接近速度：手/臂检测取 2000 mm/s，或在 S 至少 500 mm 的特定全身场合取 1600 mm/s。T 是总停止时间——压机停止时间加光幕响应时间再加安全继电器响应时间，三者相加。C 是由光幕检测能力 d 决定的侵入距离：对于法向接近的垂直光幕，C = 8·(d − 14) mm，且永不小于 0。一道 14 mm 手指分辨率光幕给出 C = 0 mm；一道 30 mm 手部分辨率光幕则增加 C = 128 mm。请使用你机器的真实实测压机停止时间——绝不要编造数字。

问：我需要多少分辨率的光幕，它又如何改变安全距离？

答：对于在点动作区伸手探入的人，应使用手指级或手部级分辨率的 Type 4 光幕，使接近速度和 C 项与危险相匹配。EN ISO 13855 中的生物特征检测数据为：手指 = 14 mm，手 = 30 mm，腿最大 70 mm，身体大于 70 mm。由于 C = 8·(d − 14)，14 mm 手指光幕增加 0 mm 侵入距离，而 30 mm 手部光幕增加 128 mm——所以粗分辨率光幕必须装得更靠后。选了粗分辨率、又把 C 算小，是光幕最终被违规地装得离模具太近的最常见原因之一。

问：压机为什么用 Type 4 光幕，而不是 Type 2？

答：IEC 61496 按类型对电敏防护设备（ESPE）分类。Type 4 装置采用冗余结构、连续自监测和高诊断覆盖率，可达 SIL 3 / PL e。Type 2 装置上限约为 PL c，低于压机点动作区通常要求的 PL d/PL e。因此对于动力压机的伸入危险，Type 4 光幕是正确的类别，Type 2 不可接受。（注意：IEC 61496 并不被视为能给出自动的符合性推定，因此符合性声明仍需独立机构的型式试验。）

问：安全继电器起什么作用，为什么 EDM 必不可少？

答：安全继电器是汇合点：它接收双手控制的输出和光幕的一对 OSSD，并通过两副常开安全触点切换压机的停车/离合器-制动器回路。外部设备监控（EDM）回读末级开关元件（接触器）的状态，使得熔焊或卡死的输出触点能在放行下一次行程之前被检出。没有 EDM，熔焊的接触器无人察觉，下一次安全需求就会以危险方式失效，使实际达到的性能等级跌破 ISO 13849-1 的要求。戴迪斯科 DA31 接收光幕 OSSD，通过一对安全触点切换停车回路，并完成该 EDM 反馈检查。

问：安全激光扫描仪（LiDAR）能否替代压机上的垂直安全光幕？

答：不能——至少对于垂直的点动作区伸入平面不行。水平式激光扫描仪的地面区域防护的是一块地面（靠近机器占地范围的接近路径），当压机工作站由 AGV/AMR 供料或服务时它才是正确装置，此类场合受 ISO 3691-4 约束、扫描仪本身适用 IEC 61496-3。它无法防护从模具处的垂直进入平面伸手探入的人；那是垂直 Type 4 光幕的职责。请把扫描仪视为互补的水平区域防护，绝不要当作垂直光幕的替代品。

问：为送料而遮断或消隐压机光幕安全吗？

答：只有当它严格按 IEC 62046:2018 设计、采用正确的遮断传感器几何布置与时序，或仅在风险评估证明合理时使用固定/浮动消隐，才是安全的。为了把料推过去而随意遮断点动作区光幕，会重新打开光幕本来就是为封堵而加装的那个旁观者危险——它会在光幕仍报告“已防护”的同时放一个身体部位通过。IEC 62046 规范了存在检测设备的选型、布置、配置与调试，并包含遮断与消隐要求，其 2018 版对这些规则作了更新。如果你无法满足 IEC 62046，就不要遮断。

配图：上图为戴迪斯科 DAIDISIKE 在本案例中工厂直供的 DQC Type 4 安全光幕与 DA31 安全继电器（佛山生产）。本文为代表性工程应用场景，不涉及任何具名客户、工厂或项目。SICK、Banner、Pilz、Allen-Bradley、Guardmaster、IDEC 等品牌名称为各自所有者的商标，此处仅作指名性比较之用。本文为通用工程指导，不能替代由有资质人员完成的机械安全风险评估。安装前请针对你的具体压机确认 ESPE 类型、分辨率、接近速度、实测停止时间以及 ISO 13855 安全距离。

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