ドライブと機械の安全確保：エンジニアリング制御と保護策

一般的に参照される制御階層によれば、職場での人の安全はさまざまなタイプの保護策に依存しています。最も効果的なのは危険源の除去です。スケールのもう一方の端は、個人用保護具の着用です。この二つの中間にエンジニアリング制御があります。作業員をリスクから隔離するための機械の設計または適応です。

このカテゴリには多様なエンジニアリング・アイデアが含まれます。リフトとプラットフォームは人の転落（または落下物からの被害）を防ぎます。ヒューズや破裂板のような犠牲部品は、ストレス下で故障することで機械を保護します。換気システムは大気を清潔かつ安全に保ちます。

製造現場の機械安全システム

フライホイール、ドライブ・ベルト、ファン・ブレードのような高速可動部を持つ機械は特定の危険をはらみ、身体部位との接触を防ぐガードは法的要件では実現可能な場合に必須です。これらのガードは、適切に製作されたフードとシールドから、ロボットやその他の大型機械の場合はワイヤー・ペリメーター・ケージまで多岐にわたります。

検査や修理のために人的介入が必要な場合、危険な機械が非活性化され、安全にオフ状態で保たれることが不可欠です。この手順を実行するために伝統的に多数のデバイスが使用されます。最も一般的なのは、アクセス・ゲートに取り付けられた電気インターロックで、ゲートが開くと自動的に機械を無効化します。

ライト・バーとライト・カーテンは、より小さな機械やメッシュ・ケージが不適切な場合に同じ機能を果たします。（人が二点間に投射された光のフィールドを遮ると電気回路が遮断されます。）プレッシャー・マットも頻繁に使用される存在検出デバイスです。

このような安全システムは従来、スイッチ、リレー、コンタクタ、エンコーダーなどの一連のハードワイヤード電気機械コンポーネントによって動作します。しかし、これらの外部デバイスによって実行される安全制御が、可変速ドライブのプログラミングに統合されつつあります。

ドライブ・ベースの安全システムは、非デジタルな前身よりも設置が簡単で時間がかかりません。従来のフェイルセーフ機構に必要な追加の電子構造を避け、部品故障に対してより脆弱ではありません。よりシンプルで高速なリセット手順により、高コストなダウンタイムを最小限に抑えられます。

製造機械におけるドライブ・ベース安全システム

機械エンジニアリングのすべての側面と同様、ドライブ・ベース安全機能は一定の信頼性レベルで動作しなければなりません。国際電気標準会議（IEC）などの団体が策定した規格は、欧州連合や世界中の当局が作成する法令に反映されています。EU機械指令2006/42/ECが要求する安全基準を満たすには、可変速ドライブの機能安全が製品規格EN/IEC 61800-5-2に準拠している必要があります。

ドライブ・ベース・システムが運用にもたらす安全策は、さまざまな危険対応をカバーします。最も基本的で最も一般的に使用される機能は、Safe Torque Off（STO：安全トルク・オフ）信号です。これは単純にモーターへのトルク発生エネルギー供給を遮断します。機械がどれだけ速く停止するかは負荷や摩擦に依存しますが、予期せぬ再起動は保証されません。

機械的動作を制御された方法で停止させる必要がある場合、Safe Stop 1（SS1）機能は、ドライブに速度を急速にゼロまでランプ・ダウンさせ、自動的にSTOをアクティブ化するよう指示します。これは、鋸、研削盤、圧延機などの重い回転装置の非常停止要件に適しています。

Safe Stop 2（SS2）は同様に動作しますが、ブレーキ後、モーターを安全動作状態で保持します。この機能を使ってモーターからフル・トルクを利用可能に保ち、そうでなければ位置から外れてしまう装置部品を保持する必要がある場合があります。

クレーンやホイストのような非常に重い荷物を扱う機械の場合、Safe Brake Control（SBC：安全ブレーキ制御）を使用し、STO信号でメイン・ドライブが非活性化されるのと同時に、機械式保持ブレーキを作動させます。

Safely-Limited Speed（SLS：安全制限速度）機能により、機械を指定限度以下で運転させられます。ドライブによって監視され、速度がその限度を超えると、STOまたはSS1信号を通じて自動的に非常停止がトリガーされます。

SLS機能は、ケーブルを回転ホイールやドラムに手動で送り込む必要があるなど、機器のセットアップとメンテナンスで特に有用です。また、作業者が装置の近くにいるときに機械を完全に停止させるのではなく、作業者が特定の危険ゾーンに入るまで（その時点で電力遮断）、減速した安全な速度で生産を継続させることで、作業損失を最小限に抑える一般的な方法でもあります。

急激な電力低下もサージも一部の機械を危険に陥れるため、Safe Speed Range（SSR：安全速度範囲）機能で下限速度も上限速度と組み合わせてプログラムできます。

プラグイン・モジュールとフィールドバス・モジュールを通じて、個別にまたは組み合わせてこの範囲の安全制御を利用できることは、オートメーション設計者にこれまで以上の柔軟性と自由を与えます。ドライブ・インターフェースでステータス情報が利用可能であるため、オペレーターはタイムリーで正確な診断まで及ぶ信頼できるシステム概観を得られます。

そのインテリジェントで適応的な性質は、ドライブ・ベース安全システムが、機械的危険への対応に効果的であるのと同じくらい、それらを予防する能力もあることを意味します。職場への帰結は、安全性の観点だけでなく、設計の合理化と全体的効率の向上という観点からも、自動化産業の自然な構成要素となっています。