JP3660190B2

JP3660190B2 - 広大領域用の安全確認システム

Info

Publication number: JP3660190B2
Application number: JP2000060217A
Authority: JP
Inventors: 重夫梅崎; 律雄三平
Original assignee: 独立行政法人産業安全研究所; ピルツジャパン株式会社
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2005-06-15
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: JP2001248789A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の作業者が進入又は退出する広大領域内の安全確認を自動的に行い、機械に運転命令を与える広大領域用の安全確認システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業現場では、作業者が誤つて機械の危険な可動部と接触すると、重大な災害を引き起こす場合が多い。このため、実際の現場では、あらかじめ機械の危険な可動部が動作する領域を定めておき、この領域の周囲に固定ガードを設けて作業者と機械の接触を防止する。しかし、大規模生産システムのように機械が広大な領域を占有するシステムでは、段取り、トラプル処理、保守・点検、補修、清掃等のように、作業者が固定ガードの内部領域に入って行わなければならない作業も多い。
【０００３】
上記のような作業では、作業者が固定ガードの中の広大領域に進入するときの安全対策として、キーボックスを設ける揚合が多い。このスイッチを用いた対策には、例えば、次のようなものがある。
１）領域内への作業者の進入又は退出を可能とするために固定ガードの一部分に開口部４を設ける。
２）開口部に隣接して外部キーポックスを設ける。
３）機械に直接または隣接して内部キーボックスを設ける。
４）外部キーボックスにキーが差し込まれているときは、作業者が領域内に進入していないと判断され、機械の自動（高速）運転が可能となる。
５）作業者が段取り、トラブル処理、保守・点検、補修等の作業を領域の内部で行うときは、外部キーボックスに差し込まれたキーを抜いた上で領域内に進入する。
６）作業者が領域内に進入して内部キーボックスにキーを差し込むと、機械の手動（低速）運転が可能となる。
７）外部キーボックスと内部キーボックスの何れにもキーが差し込まれていないときは、機械は自動運転と手動運転のいづれも行わない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような対策では、作業者がキーを抜かないで領域内に進入すると、当該領域内に作業者が存在しているにもかかわらず、誤って「存在していない」と判断されて、機械が運転を開始してしまうという問題があった。
また、この対策では、キーの数は一つであり、複数の作業者が進入又は退出する広大領域に対しては適用できないという問題があった。
【０００５】
さらに、この対策では、仮に複数の作業者による進入又は退出に対応できるようにキーの数を作業者の人数分設けたとしても、二人以上の作業者がキーを一個だけ抜いて一緒に領域内に進入したり、一人の作業者がキーを二個以上抜いて領域内から退出したりしたときは、当該領域内に作業者が存在しているにもかかわらず、誤って「存在していない」と判断されて、機械が運転を開始してしまうという問題があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の広大領域用の安全確認システムは前記した問題点を達成せんとするもので、その請求項１の手段は、複数の作業者が進入又は退出する広大領域（以下「安全確保領域」と呼ぶ）と、安全確保領域内に設置された一台又は二台以上の機械と、安全確保領域の周辺に設けた固定ガードと、安全確保領域内への作業者の進入又は退出を可能とするために固定ガードの一部分に設けた開口部と、作業者の安全確認領域内への進入又は退出を監視するために開口部に設置した監視装置と、全てのキーが差し込まれているときは作業者が領域内に進入していないと判断して機械の自動（高速）運転を可能とする作業者の人数分の外部キーボックスと、何れかのキーが差し込まれているときは機械の手動（低速）運転を可能とする作業者の人数分の内部キーボックスと、該キーボックスに差し込むことができる作業者の人数分のキーと、安全確保領域の外部に設けられたリセット装置と、監視装置およびキーボックスからの情報を入力として機械に運転命令を与える制御装置と、前記監視装置からの情報に基づいて前記制御装置が確認した安全確保領域内の作業者数と、前記外部、内部キーボックスからの情報に基づいて前記制御装置が確認した安全確保領域内のキーの数との比較を行い、この結果に基づいてシステムが正常、危険側誤り及び安全側誤りの何れの状態にあるかを判定するとともに、システムが正常の場合は機械に運転命令を与え、危険側誤りの場合は如何なる場合でも機械に対して運転命令を与えず、安全側誤りの場合は前記リセット装置の操作に続けて再起動操作を行ったときに限って機械に対して運転命令を与える制御装置とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
また、請求項２の手段は、請求項１記載のシステムにおいて、安全確保領域の外側に設定した警報領域と、固定ガードに代えて安全確保領域と警報領域の境界に設置した第一の人体検出装置と、警報領域の外周又は内部に設置した第二の人体検出装置又は垂れ幕と、第二の人体検出装置からの情報に基づいて作業者に警告を与える警報装置と、第一の人体検出装置が作業者を検出したときは機械に運転命令を与えず、第二の人体検出装置が作業者を検出したときは警報装置に発報命令を与える制御装置を具備していることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項３の手段は、請求項１記載のシステムにおいて、制御装置が確認した安全確保領域内のキーの数がゼロであるときは機械に自動運転命令を与え、安全確保領域内のキーの数がゼロでないときは内部キーボックスにキーが差し込まれている機械だけに手動運転命令を与える制御装置を具備していることを特徴とし、さらに、請求項４の手段は、請求項１乃至２記載のシステムにおいて、異種冗長化されたプログラマブル・コントローラと、フェールセーフな論理積演算素子及び自己診断装置を含む制御装置とを具備していることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る広大領域用の安全確認システムの実施の形態を図面と共に説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態を示している。
このシステムは、複数の作業者が進入又は退出する広大領域（以下、安全確保領域という）１と、安全確保領域１内に設置された一台又は二台以上の機械２と、安全確保領域１の周辺に設けた固定ガード３と、安全確保領域１内への作業者の進入又は退出を可能とするために固定ガードの一部分に設けた開口部４と、作業者の安全確保領域１内への進入又は退出を監視するために開口部４に設置した監視装置５と、安全確保領域１の外部に設けた作業者の人数分のキーボックス６と、安全確保領域１の内部に設けた作業者の人数分のキーボックス７と、キーボックスに差し込むことができる作業者の人数分のキー８と、安全確保領域１の外部に設けたリセット装置９と、監視装置５及びキーボックス７からの情報を入力として機械に運転命令を与える制御装置１０を備えている。
【００１１】
ただし、図では作業者数は４人としているが、当然他の人数でも良い。また、図では監視装置５にマットスイッチを使用しているが、当然、光線式安全装置や超音波センサのような他の装置でも良い。さらに、図ではリセット装置９を２カ所に設置しているが、この装置の数や設置場所は広大安全確保領域の全域を確実に確認できように安全確保領域の広さや死角等を考慮して定める。
【００１２】
次に、前記した構成に基づいて動作を説明するに、監視装置５からの情報に.
基づいて制御装置１０が碓認した安全確保領域１内の作業者数Ｎ_Hと、キーボックス６，７からの情報に基づいて制御装置１０が確認した安全確保領域１内のキーの数Ｎ_Kの比較を行い、この結果に基づいてシステムが正常、危険側誤り及ぴ安全側誤りのいづれの状態にあるかを判定するとともに、システムが正常の場合は機械２に対して運転命令を与え、危険側誤りの場合は如何なる場合でも機械２に対して運耘命令を与えず、安全側誤りの場合はリセット装置９の操作に続けて再起動操作を行ったときに限って機械に対して運転命令を与える制御装置１０を備えている。
【００１３】
このときの判定は次のようになる。
１）正常状態 (Ｎ_H＝Ｎ_Kの場合）
これは、作業者とキーが一対一の対応関係を保ちながら、安全確保領域１への進入または安全確保領域１からの退出を行っている状態である。
２）危険側誤り (Ｎ_H＞Ｎ_Kの場合）
これは、作業者がキーを抜かないで安全確保領域１内に進入したり、二人以上の作業者がキーを一個だけ抜いて一緒に安全確保領域１内に進入したり、一人の作業者がキーを二個以上抜いて安全確保領域１内から退出する場合などに発生する。この場合、安全確保領域１内には作業者が存在しているにもかかわらず、誤って「存在していない」と判断されてしまうことから、止めるべき機械が停止できなくなる。これを危険側誤りと呼んでいる。
３）安全側誤り (Ｎ_H＜Ｎ_Kの場合）
これは、作業者がキーを抜かないで安全確保領域１内から退出したり、二人以上の作業者がキーを一個だけ抜いて一緒に安全確保領域１内から退出したり、一人の作業者がキーを二個以上抜いて安全確保領域内に進入する場合などに発生する。この場合、安全確保領域内には作業者が存在していないにもかかわらず、誤って「存在している」と判断されて機械が停止したままとなる。これを安全側誤りと呼んでいる。
【００１４】
以上のうち、労働災害防止上問題となるのは危険側誤りである。そこで、本発明では、危険側誤りを防止するための安全確認システムを次のように構成した。
１）すべての作業者について「外部キーボックス６からキー８を抜く」 →「一定時間内に図１の監視装置５であるマットスィッチをα，β，γの順序で踏む」→「一定時間内に作業者が動かしたい機械２の内部キーボックス７にキー８を差し込む」という進入行動が正常に行われ、かつ、作業者が「内部キーボックス７からキー８を抜く」 →「一定時間内にマットスイッチをγ、β、αの順序で踏む」→「一定時間内に作業者が対応する外部キーボックス６にキー８を差し込む」という退出行動が正常に行われたときに限って、機械に運転命令を与える。
２）作業者が安全確保領域に出入りするのは、図１の監視装置５が設置してある開口部４だけとする。この開口部４の幅は、二人以上の作業者が同時に安全確保領域１に進入できない輻 (例えば、５０ｃｍ以内）にするとともに、一人しか乗れない（たとえば、４０ｃｍ正方の）マットスイッチβを設ける。
３）外部キーポックス６のキーを抜いても、一定時間 (たとえば、１０秒) 以内でなければ機械に運転命令を与えないようにする。
４）安全確認システムの電源が切られた状態で、作業者が安全確保領域１に進入すると、作業者が安全確保領域１内に存在しているにもかかわらず、存在していないと判断する危険側誤りを生じる。そこで、機械２の電源を遮所した後でも安全確認システムだけは監視を継続できるように通電を継続する。
【００１５】
次に、安全側誤りでは、機械２が停止したままの状態を解除するためにリセット装置の操作を必要とする。しかし、この操作を一般の作業者に委ねると、せっかくの安全確認シスデムの効果がなくなる。そこで、本発明では、特定のタグ（キー）を持った作業主任者が、このキーによってだけ開けられるリセット装置９を設け、この装置内のスイッチを操作しなければリセットを行えないように安全確認システムを構成した。このスイッチは、例えば、図１の前記開口部４と安全確保領域１の外側の２カ所に設置し、一定時間以内に外側のリセット装置９→開口部４のリセット装置９の順序でスイッチ操作を行わなければリセット操作と見なさない。
【００１６】
次に、安全確認領域１内のキーボックス７に対するキー８の数Ｎ_Hがゼロであるときは機械２に自動運転命令を与え、安全確保領域１内のキー８の数Ｎ_Hがゼロでないときは内部キーボックス６にキー８が差し込まれている機械２だけに手動運転命令を与える制御装置１０を備えている。このときの判定は次のようになる。
１）Ｎ_H＝０の場合
この場合は、安全確保領域１内に作業者が存在していないとみなして、機械２に自動運転命令を与える。これによりて機械２は高速運転を行うことができる。
２）Ｎ_H≠０の揚合
この場合は、安全確保領域１内に作業者が存在しているとみなして、内部キーボックス６にキー８が差し込まれている機械２だけに手動運転命令を与える。これによって、トラブル処理や保守・点検等の作業時には低速運転を行うことができる。
【００１７】
前記した実施の形態にあっては、安全の制御がきわめて複雑となるためにプログラマプル・コントローラ (以下「ＰＬＣ」と略記する) を使用するしか方法がなかった。しかし、従来のＰＬＣは記憶装置の制御がフェールセーフでなかったために、故障時には誤った運転命令を発生するという問題があった。また、記憶装置以外のハードウェアに故障が発生したり、制御プログラム（ソフトウェア）にバグが含まれていたりしたときでも、誤った運転命令を発生するという問題があった。
【００１８】
そこで、本発明では、異種のソワトウェア及ぴハードウェアを持つＰＬＣの多重化（異種冗長化）を行い、これらの多重化されたＰＬＣの演算結果がすべて一致する場合に、機械２に運転命令を与えるシステムを開発することによって、この問題の解決を図ることとした。
【００１９】
すなわち、この実施の形態における広大領域用の安全確認システムは、前記した実施の形態における制御装置１０に、異種冗長化されたプログテマプル・コントローラと、フェールセーフな論理積演算素子及ぴ自己診断装置を付加することにより解決した。
【００２０】
さらに、他の実施の形態を図２と共に説明する。
このシステムは、異種冗長化（異なった種類のＣＰＵによる冗長化をいう。以下「ダイバシティ構造」と呼ぶ）された３種類のＰＬＣ１１〜１３と、フェールセーフな論理積演算素子１４及び自己診断装置Ｉ５を備えており、ＰＬＣ１１〜１３の演算結果が全て同一であるときに限って論理積演算素子１４の信号出力である運転命令をオンとする制御装置１０を備えている。
【００２１】
この３種類のＰＬＣ１１〜１３はハードウェア構造が異なっているために、３種類のＰＬＣ１１〜１３が同時に同じ個所だけハードウェア故障を起こす可能性はきわめて少ない。また、各ＣＰＵ上で処理されるソフトウェアも異なっているために, ソフトウェアのバグによって誤って運転許可信号が出力される可能性もきわめて少ない。さらに、ＰＬＣ１１〜１３を使用したシステムでは、メモリの異常による誤動作が問題となるが、本システムでは個々のＣＰＵ１１〜１３毎に多重化してメモリを持つとともに、自己診断装置１５によって、システムの始動時及び運用時に、定期的に全メモリの同一性を確認している。また、このシステムで使用する論理積演算素子はフェールセーフなものであるから, 故障時に誤ってオン信号を出力することはない。
【００２２】
以上のように、本システムでは、ＰＬＣのハードウェア、ソフトウェア、メモリ等の異常や故障、及び論理積演算素子の故障に対しても、誤って運転許可信号を出力しないフェールセーフなシステムを実現できる。なお、従来のフェールセーフ化対策では, 種類の同じＣＰＵの多重化を図るという方式が一般的に採用されているが、この方式は多重化されたハードウェアやソフトウェアの処理方式が同一であることから、異種冗長化方式と比較して同時多重故障の発生確率がきわめて高くなるという欠点を持っている。したがって、本システムによる作業のように、故障の発生が直ちに重大な災害に結びつく恐れのあるシステムでは、ハードウェアやソフトウェアの多重化はダイバシティ構造によるものでなければならない。
【００２３】
前記した何れの実施の形態にあっても、安全確保領域１の周囲が固定ガード３で囲われているために、機械２の運転状況やトラブルの発生状況等を容易に視認できないという問題があった。また、地震・火災等の緊急時には固定ガード３の開口部４を通ってでなければ避難できないという問題があった。
【００２４】
そこで、本実施の形態は以上の問題を包括的に解決できる広大安全確保領域用の安全確認システムとした。
前記した第１の実施の形態において、安全確保領域１の外側に設定した警報領域１６と、固定ガード３に代えて安全確保領域１と警報領域１６の境界に設置した第一の人体検出装置１７と、警報領域１６の外周又は内部に設置した第二の人体検出装置１８又は文垂れ幕１９と、第二の人体検出装置１８からの情報に基づいて作業者に警告を与える警報装置２０と、第一の人体検出装置１７が作業者に運転命令を与えず、第二の人体検出装置１８が作業者を検出したときは警報装置２０に発報命令を与える制御装置１０を備えており、このようなシステムの構成をもって前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【００２５】
前記実施の形態にあっては、第一及び第二の人体検出装置１７，１８に光線式安全装置をを使用しているが、当然他の人体検出装置を使用しても良い。また、警報装置２０には音響ブザーを設置しているが、他に回転式パトライトなどを使用してもよい。なお、垂れ幕１９の目的は、作業者が警報領域１６に進入したときはこれと接触するようにして、作業者が安全確保領域１に進入するのを防止するためのものである。そのために、人体と確実に接触するような寸法と設置位置を定める。
【００２６】
このシステムにおける処理は次のようになる。
１）作業者が警報領域に進入した場合
この場合は、警報装置２０のブザーやパトライトが作動するか、又は垂れ幕１９が人体と接触して, 作業者が安全確保領域１に進入しないように警報を与える。
２）作業者が安全確保領域に進入した温合
上記の警告にも係わらず作業者が安全確保領域１に進入した場合は、直ちに機械２を停止させる。
【００２７】本発明は、安全確保領域１内に人体又はその一部が入る機械設備ならば、ほとんど全てに適用が可能である。
例えば、製造業の場合でいえば、自動倉庫に股けられているスタッカクレーンの走行範囲、無人搬送車の走行範囲、ＦＭＳやＣＩＭ等の広大領域を有する生産システムの内部領域、産業用ロボット、大型プレス機械、コンベア等の可動範囲に対しても適用が可能である。
【００２８】
また、建設業の場合でいえば、ビル自動施工システムの内部領域や、建設用機械又は建設用ロボットの可動範囲に対しても適用が可能である。
さらに、港湾荷役業の場合でいえば、ガントリークレーンやストラドルキャリヤなどの走行範囲内に対しての適用が可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は前記したように、安全確保領域の内部及び外部に作業者の人数分のキーボックスを設け、かつ、固定ガードの開口部に安全確保領域への作業者の進入又は退出を監視する監視装置を設けたので、複数の作業者が安全確保領域へ進入又は退出する場合でも、作業者の安全を確実に確保できるものである。
【００３０】
また、本発明では、監視装置及びキーボックスからの情報に基づいてシステムが正常、危険側誤り及び安全側誤りのいづれの状態にあるかを判定できるので、各々の状態に応じた最適な機械の安全制御を実現できるものである。
【００３１】
さらに、本発明では、異種冗長化されたプログラマブル・コントローラと、フェールセーフな論理積演算素子及び自己診断装置を含む制御装置を備えているので、ハードウェア (記憶装置を含む）の故障や断線、制御プログラム（ソフトウェア）のバグ等が発生したときでも、誤って運転命令を出力しない等の効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における広大領域用の安全確認システムの構成図である。
【図２】本発明における異種冗長化された制御装置の構成図である。
【図３】図１のシステムで固定ガードを人体検出装置に置き換えたシステムの構成図である。
【符号の説明】
１安全確保領域
２機械
３固定ガード
４開口部
５監視装置
６外郁キーボックス
７内部キーボックス
8 キー
9 リセット装置
1０制御装置
１１ＰＬＣ
１２ＰＬＣ
１３ＰＬＣ
１４論理積演算素子
１５自已診断装置
１６警報領域
１７第一の人体検出装置
１８第二の人体検出装置
１９垂れ幕
２０警報装置

Claims

複数の作業者が進入又は退出する広大領域（以下「安全確保領域」と呼ぶ）と、安全確保領域内に設置された一台又は二台以上の機械と、安全確保領域の周辺に設けた固定ガードと、安全確保領域内への作業者の進入又は退出を可能とするために固定ガードの一部分に設けた開口部と、作業者の安全確認領域内への進入又は退出を監視するために開口部に設置した監視装置と、全てのキーが差し込まれているときは作業者が領域内に進入していないと判断して機械の自動（高速）運転を可能とする作業者の人数分の外部キーボックスと、何れかのキーが差し込まれているときは機械の手動（低速）運転を可能とする作業者の人数分の内部キーボックスと、該キーボックスに差し込むことができる作業者の人数分のキーと、安全確保領域の外部に設けられたリセット装置と、監視装置およびキーボックスからの情報を入力として機械に運転命令を与える制御装置と、前記監視装置からの情報に基づいて前記制御装置が確認した安全確保領域内の作業者数と、前記外部、内部キーボックスからの情報に基づいて前記制御装置が確認した安全確保領域内のキーの数との比較を行い、この結果に基づいてシステムが正常、危険側誤り及び安全側誤りの何れの状態にあるかを判定するとともに、システムが正常の場合は機械に運転命令を与え、危険側誤りの場合は如何なる場合でも機械に対して運転命令を与えず、安全側誤りの場合は前記リセット装置の操作に続けて再起動操作を行ったときに限って機械に対して運転命令を与える制御装置とを具備したことを特徴とする広大領域用の安全確認システム。
請求項１記載のシステムにおいて、安全確保領域の外側に設定した警報領域と、固定ガードに代えて安全確保領域と警報領域の境界に設置した第一の人体検出装置と、警報領域の外周又は内部に設置した第二の人体検出装置又は垂れ幕と、第二の人体検出装置からの情報に基づいて作業者に警告を与える警報装置と、第一の人体検出装置が作業者を検出したときは機械に運転命令を与えず、第二の人体検出装置が作業者を検出したときは警報装置に発報命令を与える制御装置を具備していることを特徴とする広大領域用の安全確認システム。
請求項１記載のシステムにおいて、制御装置が確認した安全確保領域内のキーの数がゼロであるときは機械に自動運転命令を与え、安全確保領域内のキーの数がゼロでないときは内部キーボックスにキーが差し込まれている機械だけに手動運転命令を与える制御装置を具備していることを特徴とする広大領域用の安全確認システム。
請求項１乃至２記載のシステムにおいて、異種冗長化されたプログラマブル・コントローラと、フェールセーフな論理積演算素子及び自己診断装置を含む制御装置とを具備していることを特徴とする広大領域用の安全確認システム。