GB/T 41997.1-2022 机械电气安全 基于视觉的电敏保护设备 第1部分：通用技术要求

　　ICS 29 . 020 CCS K 09

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　机械电气安全 基于视觉的电敏保护设备

　　第 1 部分 : 通用技术要求

　　Electrical safety of machinery—vision based electro-sensitive protective

　　equipment—part 1 : General requirements

　　2022-10-12 发布 2023-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　引言 Ⅳ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 、缩略语 2

　　4 功能 、设计和环境要求 6

　　4 . 1 功能要求 6

　　4 . 2 设计要求 8

　　4 . 3 环境要求 15

　　5 试验 20

　　5 . 1 总体要求 20

　　5 . 2 功能试验 22

　　5 . 3 故障条件下的性能试验 26

　　5 . 4 环境试验 27

　　5 . 5 可编程或复杂集成电路的验证 34

　　6 识别标志和安全使用标志 35

　　6 . 1 总体要求 35

　　6 . 2 专用电源供电的 ESPE 35

　　6 . 3 内部电源供电的 ESPE 35

　　6 . 4 调整 35

　　6 . 5 外壳 35

　　6 . 6 控制装置 36

　　6 . 7 端子标记 36

　　6 . 8 标志耐久性 36

　　7 随附文件 36

　　附录 A (规范性) ESPE 的选择性功能 38

　　A. 1 总体要求 38

　　A. 2 外部装置监控(EDM) 38

　　A. 3 停止性能监控器(SPM) 39

　　A. 4 副开关电器(SSD) 40

　　A. 5 起动联锁 40

　　A. 6 重新起动联锁 41

　　A. 7 抑制 41

　　I

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　A. 8 用于重新起动机械的 ESPE 42

　　附录 B (规范性) 影响 ESPE 的电气设备的单一故障一览表 44

　　B. 1 总体要求 44

　　B. 2 导线和连接器 44

　　B. 3 开关 44

　　B. 4 分立电气元件 44

　　B. 5 固态电气元件 44

　　B. 6 电动机 44

　　参考文献 45

　　图 1 使用被动图案的 VBPD侧视图 7

　　图 2 依据 4 . 2 . 13 . 3 的圆盘试件的示例 7

　　图 3 使用安全相关通信接口的 ESPE 的示例 12

　　图 4 使用安全相关通信接口的 ESPE 的 EMC测试设置 21

　　图 5 间接光照试验下照度测量的设置 33

　　表 1 固态 OSSDs 接通和断开状态的输出 11

　　表 2 电源电压中断(暂降)试验要求 16

　　表 3 脉冲试验要求 16

　　表 4 3 型和 4 型 ESPE脉冲试验附加要求 16

　　表 5 浪涌试验要求 17

　　表 6 3 型和 4 型 ESPE浪涌试验附加要求 17

　　表 7 射频场感应的传导骚扰试验要求 17

　　表 8 3 型和 4 型 ESPE射频场感应的传导骚扰试验要求 18

　　表 9 检测能力要求的验证 22

　　表 B. 1 电动机故障一览表 44

　　Ⅱ

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1 . 1—2020《标准化工作导则 第 1 部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　本文件是 GB/T 41997《机械电气安全 基于视觉的电敏保护设备》的第 1 部分 。 GB/T 41997 已经发布了以下部分:

　　— 第 1 部分:通用技术要求 ;

　　— 第 2 部分:采用参考模式的视觉保护器件特殊要求 ;

　　— 第 3 部分:采用立体视觉保护器件特殊要求 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国机械工业联合会提出 。

　　本文件由全国工业机械电气系统标准化技术委员会(SAC/TC231)归口 。

　　本文件起草单位:国家机床质量监督检验中心 、北京联华科技有限公司 、安徽省无为县华润电缆有限公司 、深圳市博远科技创新发展有限公司 、厦门业盛电气有限公司 、山东莱恩光电科技公司 、中国石油大学(北京) 、琦星智能科技股份有限公司 、广东奥天美数字科技有限公司 、漳州宏展新材料科技股份有限公司 、安徽省一一通信息科技有限公司 、广东南方职业学院 、西安凯益金电子科技有限公司 、义乌市宝能模具科技有限公司 、西安新林达数字科技有限公司 、青岛诚信联合锻造机械有限公司 。

　　本文件主要起草人: 黄祖广 、薛瑞娟 、王金江 、王 文 浩 、张 凤 丽 、吴 文 俊 、胡 进 方 、吴 盛 、刘 剑 飞 、刘张飞 、刘绪方 、姜云荣 、刘葆林 、龚自康 、向梅 、张德银 、吴财政 、张诚 。

　　Ⅲ

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　引 言

　　电敏保护设备(ESPE)适用于存在人身伤害风险的机械 , 在人员处于危险情况之前 , 它使机械恢复到安全状态以提供保护 。作为机械设备的安全防护装置 , 基于视觉的电敏保护设备关乎工作人员的人身安全和机械设备的稳定运行 。本文件提供基于视觉保护装置(VBPD)的电敏保护设备的设计 、制造和试验有关信息 , 对指导我国电敏保护设备产品的设计 、生产具有重要意义 。 GB/T 41997 由三部分构成 。

　　— 第 1 部分:通用技术要求 。 目的是确立基于视觉的电敏保护设备的通用技术要求 。

　　— 第 2 部分:采用参考模式的视觉保护器件特殊要求 。 目 的是确立以被动的参考模式作为背景的电敏保护设备的特殊要求 。

　　— 第 3 部分:采用立体视觉保护器件特殊要求 。 目的是确立基于立体视觉技术的电敏保护设备的特殊要求 。

　　GB/T 41997 的三个部分配套 , 共同作为基于视觉的电敏保护设备的技术要求和试验方法的重要依据 , 促进我国电敏保护设备产品性能和行业水平的提高 。

　　Ⅳ

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　机械电气安全 基于视觉的电敏保护设备

　　第 1 部分:通用技术要求

　　1 范围

　　本文件规定了采用基于视觉的保护装置(VBPD)作为敏感功能的电敏保护设备(ESPE)的设计 、制造和试验要求 , 也规定了作为安全相关系统的组成部分专门用于检测人体的非接触型 ESPE 的设计 、制造和试验的一般要求 。ESPE包括可选择的安全相关功能(附录 A 中给出) 。它仅限于 ESPE 的功能及其与机械连接的方式 。

　　本文件适用于以下用途的 ESPEs:

　　— 不要求人为介入检测 ;

　　— 检测进入或存在于检测区内的物体 。

　　本文件不适用于:

　　— 使用辐射波长超出 400 nm~1 500 nm 的 VBPDs 。

　　本文件未涉及:

　　— 检测区的尺寸或配置及其与任何特定应用的危险部件相关的配置 ;

　　— 任何机械的危险状态 ;

　　— 对受检测物体的复杂分类或区分的要求 ;

　　— 电磁兼容(EMC)发射要求 。

　　本文件可能与保护人员以外的应用有关 , 例如保护机械或产品免受机械性损坏 。在这些应用中 , 可能需要附加要求 , 例如当由敏感功能识别的材料具有不同于人的属性时 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 , 仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件 , 其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 2423 . 5—2019 环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Ea 和导则:冲击

　　GB/T 2423 . 10—2019 环境试验 第 2 部分:试验方法 试验 Fc:振动(正弦)

　　GB/T 4208—2017 外壳防护等级(IP代码)

　　GB/T 5226 . 1—2019 机械电气安全 机械电气设备 第 1 部分:通用技术条件

　　GB/T 14048 . 1—2012 低压开关设备和控制设备 第 1 部分:总则

　　GB/T 15706—2012 机械安全 设计通则 风险评估与风险减小

　　GB/T

　　15969 . 2—2008

　　可编程序控制器 第 2 部分:设备要求和测试

　　GB/T

　　16855 . 1—2018

　　机械安全 控制系统安全相关部件 第 1 部分:设计通则

　　GB/T

　　16855 . 2—2015

　　机械安全 控制系统安全相关部件 第 2 部分:确认

　　GB/T

　　17626 . 2—2018

　　电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验

　　GB/T

　　17626 . 3—2016

　　电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验

　　GB/T

　　17626 . 4—2018

　　电磁兼容 试验和测量技术 电快速瞬变脉冲群抗扰度试验

　　GB/T

　　17626 . 5—2019

　　电磁兼容 试验和测量技术 浪涌(冲击)抗扰度试验

　　1

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　GB/T 17626 . 6—2017 电磁兼容 试验和测量技术 射频场感应的传导骚扰抗扰度

　　GB/T 19436(所有部分) 机械电气安全 电敏保护设备

　　GB/T 19876—2012 机械安全 与人体部位接近速度相关的安全防护装置的定位

　　GB/T 20438(所有部分) 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全

　　GB28526—2012 机械电气安全 安全相关电气 、电子和可编程电子控制系统的功能安全

　　IEC 60445 人机界面 、标志和识别的基本和安全原则 设备终端 、导体终端和导体的标识(Basic

　　and safety principles for man-machine interface , marKing and identification—Identification of equip - ment terminals , conductor terminations and conductors)

　　3 术语和定义 、缩略语

　　3 . 1 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3 . 1 . 1

　　电敏保护设备 electro-sensitive protective equipment;ESPE

　　作为整体工作的装置和/或部件的组合 , 为了达到制动保护或物体出现在检测区时引发感应的 目的 , 至少包括:

　　— 敏感装置 ;

　　— 控制/监控装置 ;

　　— 输出信号开关电器(OSSD)和/或安全相关数据接口 。

　　注 1 : 与电敏保护设备(ESPE)相联系的安全相关控制系统 , 或电敏保护设备(ESPE)本身 , 可以进一步包括副开关电器(SSD) 、抑制功能 、停止性能监控器等 。

　　注 2 : 安全相关通信接口可以被集成在电敏保护设备(ESPE)的整体内 。

　　3.1.2

　　敏感装置 sensing device

　　电敏保护设备(ESPE)中 , 使用电敏方法确定电敏保护设备(ESPE)预期检测的事件或状态的部件 。示例 : 光电敏感装置将检测进入检测区的不透明物体 。

　　3.1.3

　　输出信号开关电器 output signal switching device;OSSD

　　当电敏保护设备(ESPE)正常工作期间敏感装置被触发时 , 做出的响应进入断开状态 。

　　注 : 与机械控制系统连接的电敏保护设备(ESPE)的元件 。

　　3.1.4

　　安全相关数据接口 safety-related data interface

　　电敏保护设备(ESPE)输出与用于表示输出信号开关电器(OSSDs)状态的安全相关通信接口之间的直接连接(点对点)接口 。

　　注 1 : 数据接口无寻址能力 。

　　注 2 : 安全相关的数据接口可以是双向的 。

　　3.1.5

　　安全相关通信接口 safety-related communication interface

　　与安全相关的连接至预期用于安全相关控制功能的标准化通信网络 。

　　3.1.6

　　屏蔽 blanking

　　当超出电敏保护设备(ESPE)检测能力的物体位于检测区内 , 不能导致输出信号开关电器(OSSD)

　　2

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　进入断开状态的功能 。

　　注 : 此功能为可选功能 。

　　3.1.7

　　控制装置 controlling device

　　电敏保护设备(ESPE)的组成部分,执行下列功能 :

　　— 接收和处理来自敏感装置的信息,并为输出信号开关电器(OSSD)提供信号 ;

　　— 监控敏感装置和输出信号开关电器(OSSD) 。

　　3.1.8

　　基于视觉保护装置 vision based protective device;VBPD

　　使用成像传感器来探测规定监视区内物体的电敏保护设备(ESPE),其成像传感器采用可见光和近红外光谱工作 。

　　注 : 对于本文件,基于视觉保护装置(VBPD)由一个图像传感装置和由其所监视的对面的作为被动图案背景的二维图像构成 。

　　3.1.9

　　试件 test piece

　　用于验证基于视觉保护装置(VBPD)检测能力的物体 。

　　3 . 1 . 10

　　检测区 detection zone

　　电敏保护设备(ESPE)对位于其中的规定试件进行检测的区域 。

　　3 . 1 . 1 1

　　检测能力 detection capability

　　在特定的检测区内检测试件的能力 。

　　3 . 1 . 12

　　图像 image

　　像素的阵列 。

　　3 . 1 . 13

　　成像传感器 imaging sensor

　　生成表示图像特征的电信号的光电装置 。

　　3 . 1 . 14

　　被动图案 passive pattern

　　在平面背景上的静态(即固定位置且不改变)规则图案,至少覆盖检测区和容差区— 对该图案的局部遮挡会引起检测 。

　　注 : 规则图案仅指物理图案,而不是指由成像传感器所看到图案的图像 。

　　3 . 1 . 15

　　图案元素 pattern element

　　基于实际图案定义的被动图案的唯一部分 。

　　示例 : 本文件使用的例子:黑白棋盘格(一个黑色正方形或一个白色正方形) 。

　　3 . 1 . 16

　　像素 pixel

　　图片中可以与其相邻元素区分的最小元素的区域 。

　　3 . 1 . 17

　　敏感区 sensing zone

　　由成像传感器的视场限定的三维空间(例如,角锥体或圆锥体的形状)且在传感器装置的光学窗 口

　　3

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　处具有顶点 。

　　3 . 1 . 18

　　公差带 tolerance zone

　　容差区

　　检测区之外的区域 , 该区域是达到在检测区内检测出指定试件概率所必需的 。

　　3 . 1 . 19

　　检测能力受限区 zone with limited detection capability

　　位于敏感区内低于供方规定检测能力的区域(或称有限检测区) 。

　　注 1 : 尺寸和适当的使用信息由供方提供 。

　　注 2 : 限制因素可以是尺寸 、颜色等 。

　　注 3 : 检测能力受限区位于传感器装置的光学窗口和检测区之间 。

　　3 . 1 . 20

　　外部装置监控 external device monitoring;EDM

　　电敏保护设备(ESPE)监控其外部控制装置状态的手段 。

　　3 . 1 . 21

　　失效 failure

　　终止项目执行要求功能的能力 。

　　3 . 1 . 22

　　危险失效 failure to danger

　　在正常操作中会阻碍所有输出信号开关电器(OSSD)进入和/或保持断开状态可能导致危险的情况 。

　　3 . 1 . 23

　　故障 fault

　　不能执行某要求功能的一种特征状态 。它不包括预防性维护和其他有计划行动期间 , 以及因缺乏外部资源条件下不能执行要求的功能 。

　　[来源: IEC 60050-192:2015 , 192-04-01 , 有修改]

　　3 . 1 . 24

　　机械主控制元件 machine primary control element;MPCE

　　直接控制机械正常工作的电力元件 。

　　注 1 : 当起动或停止机械运行时 , 它是最后(按时间顺序)的功能元件 。

　　注 2 : 该元件可以是主接触器 、电磁离合器或电液阀等 。

　　3 . 1 . 25

　　最终开关电器 final switching device;FSD

　　当输出信号开关电器(OSSD)进入断开状态时 , 切断机械主控制元件(MPCE)电路的机械中安全相关控制系统 。

　　3 . 1 . 26

　　集成电路(复杂或可编程) integrated circuit(complex or programmable)

　　单片 、混合或模块电路 , 其满足下列一个或多个准则:

　　— 使用多于 1 000 个门的数字模块 ;

　　— 多于 24 个不同功能的外部电气连接可供使用 ;

　　— 可以对功能进行编程 。

　　注 1 : 例子包括 ASICs 、ROMs 、PROMs 、EPROMs 、PALs 、CPUs 、PLAs 、PLDs 。

　　注 2 : 集成电路可以在模拟模块 、数字模块或两种模块的组合中起作用 。

　　4

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　3 . 1 . 27

　　锁定状态 lock-out condition

　　由某个故障引起的阻止电敏保护设备(ESPE)正常工作的状态 。

　　注 : 此时其所有的输出信号开关电器(OSSDs) , 以及在当配备副开关电器(SSD)的情况下 , 都同时进入断开状态 。

　　3 . 1 . 28

　　抑制 muting

　　由控制系统的安全相关部件对安全功能的自动暂停 。

　　3 . 1 . 29

　　断开状态 OFF-state

　　致使受控的机械停止运行并无法启动的电敏保护设备(ESPE)的输出状态 。

　　示例 : 输出电路被断开且不允许有电流通过的状态 。

　　3 . 1 . 30

　　接通状态 ON-state

　　允许受控机械运行的电敏保护设备(ESPE)的输出状态 。

　　示例 : 输出电路闭合并能使电流通过 。

　　3 . 1 . 31

　　全系统停止性能 overall system stopping performance

　　由电敏保护设备(ESPE)响应时间和停止危险机械运行时间构成的时间间隔 。

　　3 . 1 . 32

　　响应时间 response time

　　从引起敏感装置触发事件的出现到输出信号开关电器(OSSDs)进入断开状态之间的最长时间 。

　　注 1 : 当电敏保护设备(ESPE)包含安全相关数据接口时 , 响应时间所涉及的输出信号则是指安全相关数据接口的输出。

　　注 2 : 当安全相关通信接口被包含在电敏保护设备(ESPE)的整体内时 , 响应时间所涉及的输出信号则是指安全相关通信接口的输出 。此种情况下 , 响应时间还取决于通信网络的协议和结构 。

　　注 3 : 如果电敏保护设备(ESPE)同时含有安全相关数据接口和输出信号开关电器(OSSDs)时 , 那么电敏保护设备(ESPE)对于安全相关数据接口和输出信号开关电器(OSSDs)可能具有不同的响应时间 。

　　3 . 1 . 33

　　重新起动联锁 restart interlock

　　在机械危险部分工作循环期间 , 在机械的工作模式改变后 , 以及在机械的起动控制装置改变后 , 防止敏感装置激励之后机械地自动重新起动联锁的装置 。

　　注 : 工作模式包括英制 、单行程 、自动 。启动控制的装置包括脚踏开关 、双手控制以及电敏保护设备(ESPE)敏感装置的单起动或双起动 。

　　3 . 1 . 34

　　控制系统的安全相关部件 safety-related part of a control system

　　响应输入信号并产生安全相关输出信号的控制系统的部件或子部件 。

　　注 1 : 这也包括监测系统 。

　　注 2 : 控制系统安全相关部分的组合从安全相关信号被引发的点开始 , 止于功率控制元件的输出端(见 GB/T 15706—2012 , 附录 A) 。

　　3 . 1 . 35

　　副开关电器 secondary switching device;SSD

　　从锁定状态进入断开状态的装置 。

　　注 : 它用于引发适当的机械控制作用 , 例如断开机械副控制元件(MSCE) 。

　　3 . 1 . 36

　　起动联锁 start interlock

　　当电敏保护设备(ESPE)的电源接通或中断和恢复时 , 防止机械自动起动的手段 。

　　5

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　3 . 1 . 37

　　停止性能监控器 stopping performance monitor;SPM

　　用于确定整个系统停止性能是否在预设限制内的监视装置 。

　　3 . 1 . 38

　　供方 supplier

　　提供与机械相关的设备或服务的实体 。

　　示例 : 制造商 、承包商 、安装者 、集成商 。

　　3 . 2 缩略语

　　下列缩略语适用于本文件 。

　　ESPE:电敏保护设备(Electro-sensitive Protective Equipment)

　　OSSD:输出信号开关电器(Output Signal Switching Device)

　　VBPD:基于视觉保护装置(Vision Based Protective Device)

　　EDM:外部装置监控(External Device Monitoring)

　　FSD:最终开关电器(Final Switching Device)

　　MPCE:机械主控制元件(Machine Primary Control Element)

　　SSD:副开关电器(Secondary Switching Device)

　　SPM:停止性能监控器(Stopping Performance Monitor)

　　4 功能 、设计和环境要求

　　4 . 1 功能要求

　　4 . 1 . 1 正常工作

　　正常工作情况下 , ESPE在不小于检测能力的人体部位进入或位于检测区时 , 应发出适当的输出信号予以响应 。

　　ESPE的响应时间不应超过供方的规定 。ESPE在不使用钥匙 、关键字或工具的情况下应无法调整响应时间 。

　　4 . 1 . 2 敏感功能

　　4 . 1 . 2 . 1 总则

　　敏感功能宜在规定的整个检测区有效 。检测能力在不使用安全措施(钥匙 、关键字或工具)的情况下宜不能调整 。

　　当试件置于检测区内任何位置时 , 不论是静止还是以 0 m/s ~ 1 . 6 m/s 之间的任意速度运动 , VBPD 的敏感装置宜发出适当的输出信号予以响应 。

　　当供方声明 VBPD可用于检测大于上述规定的物体运动速度时 , 物体在以不超过最大速度的任何速度运动时 , VBPD宜满足上述要求 。

　　模仿被动图案的或外观上类似被动图案的物体存在于检测区时应受到检测 , 并且 VBPD宜通过发出适当的输出信号予以响应 。

　　检测区宜始于检测能力受限区的边界 , 终止于被动图案(见图 1) 。

　　注 : 仅用被动图案部分规定检测区是可行的 。

　　检测能力受限区内的物体不宜导致危险失效 。

　　6

　　GB/T 41997 . 1—2022

　　7

　　标引序号说明 :

　　A— 工作距离 ;

　　B— 光学窗口 ; C— 容差区 ;

　　D— 图像传感装置 ;