杜安坤++董強(qiáng)++亢勇++楊永魁

【摘 要】 根據(jù)舞臺(tái)機(jī)械的特點(diǎn)，分析其可能產(chǎn)生的安全狀況，并結(jié)合安全標(biāo)準(zhǔn)的貫徹落實(shí)情況，在機(jī)械防護(hù)、電氣控制 設(shè)備防護(hù)、電磁兼容防護(hù)、人類工效學(xué)、軟件編程等多方面提出增強(qiáng)系統(tǒng)安全性的具體可行措施，對(duì)舞臺(tái)機(jī)械 從業(yè)者具有參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 舞臺(tái)機(jī)械；電氣控制；危險(xiǎn)源；系統(tǒng)安全；安全標(biāo)準(zhǔn)；防范措施

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2017.03.006

Discussing the Safety of China Stage Machinery Electrical Control System

DU An-kun， DONG Qiang， KANG Yong， YANG Yong-kui

（General Equipment Engineering Design Research Institute， Beijing 100028， China）

【Abstract】According to the characteristics of the stage machinery， analysis of the possible security conditions， and connecting with the implementation of safety standards， in mechanical protection， electric control equipment protection， EMC protection， human ergonomics， software programming and other aspects to put forward some feasible measures to enhance the system security. This can provide some reference for practitioners.

【Key Words】stage machinery； electrical control； source of danger； system security； standard of security； preventive measures

1 引言

舞臺(tái)機(jī)械是典型的文化設(shè)施，目前它主要整合了起重運(yùn)輸機(jī)械、設(shè)備制造、電氣、液壓、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)及自動(dòng)化控制等技術(shù)，是門類龐雜、服務(wù)于藝術(shù)的系統(tǒng)。文化部頒發(fā)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（WH/T）系列舞臺(tái)機(jī)械部分的標(biāo)準(zhǔn)貫徹落實(shí)工作已逾十年，核心任務(wù)之一是保證舞臺(tái)機(jī)械的安全。

舞臺(tái)機(jī)械的安全性主要包括機(jī)電設(shè)備安全和人身安全兩方面的內(nèi)容，這兩個(gè)方面相互關(guān)聯(lián)、相互影響，有時(shí)是不可分割的。演藝行業(yè)電氣涉及活動(dòng)場所和生產(chǎn)場地的工業(yè)機(jī)電設(shè)備，須服務(wù)于以演員為中心的排練和演出活動(dòng)。所以，舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的電氣控制系統(tǒng)必須建立在絕對(duì)安全的水平之上。

2 舞臺(tái)機(jī)械的特點(diǎn)

（1）吊掛牽引的高勢能

臺(tái)上吊掛設(shè)備及其所被承載的布景、燈具等景物重量可觀、尺寸大、種類多、層次密度大，提升過程是重物在高空中的懸吊運(yùn)動(dòng)或斜拉運(yùn)動(dòng)。

（2）可運(yùn)動(dòng)的結(jié)合面多

有舞臺(tái)機(jī)械的劇場，單體設(shè)備邊界數(shù)量有限。但是單體設(shè)備和固定支撐、相鄰的單體設(shè)備之間產(chǎn)生出相互咬合的邊界，則呈現(xiàn)出眾多有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)合面。

（3）設(shè)備運(yùn)行是多種運(yùn)動(dòng)的組合

推、拉、轉(zhuǎn)、提組成的多維運(yùn)動(dòng)，形體龐大的金屬結(jié)構(gòu)件的整體運(yùn)動(dòng)，大量結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不一、運(yùn)動(dòng)各異、速度多變的可動(dòng)部件，形成舞臺(tái)機(jī)械的危險(xiǎn)點(diǎn)多且分散的特點(diǎn)，給安全防護(hù)增加難度。

（4）以人為中心的作業(yè)范圍

金屬結(jié)構(gòu)橫跨演出場地，設(shè)備、設(shè)施把人群包圍其中，構(gòu)成人在機(jī)械之中的活動(dòng)場所，使危險(xiǎn)的影響范圍加大。舞臺(tái)機(jī)械是服務(wù)于演職人員活動(dòng)的可組態(tài)物流作業(yè)。

（5）多人配合的群體作業(yè)

舞臺(tái)機(jī)械作業(yè)程序的編制體現(xiàn)導(dǎo)演的舞美意圖，配合排練或演出進(jìn)程或演員動(dòng)作，通過空間運(yùn)行，將設(shè)備在指定時(shí)間變換到指定位置。每一次作業(yè)循環(huán)，都必須是多人合作完成，無論哪個(gè)環(huán)節(jié)出問題，都可能發(fā)生意外。

（6）使用時(shí)環(huán)境在變化

在主舞臺(tái)區(qū)，臺(tái)上、臺(tái)下及四周不僅設(shè)備多、人員集中，還受燈光、音響、水特效條件和場地限制的影響，特別是排練階段，還涉及舞臺(tái)造型、上下場演職人員活動(dòng)和周圍環(huán)境等調(diào)整的多因素影響。

（7）民用化的工業(yè)設(shè)備

相比于一般的其他機(jī)械，舞臺(tái)機(jī)械是工業(yè)設(shè)備在公共場所的民用化，以演職人員即人活動(dòng)為核心，安全性高于功能性要求的表演載體。因此，舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)在規(guī)定的時(shí)間和空間對(duì)電能、機(jī)械能的變換和傳遞要有必要的限制。

3 舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)可能產(chǎn)生的危險(xiǎn)源

必須站在舞臺(tái)機(jī)械操作人員、舞美監(jiān)督、演職人員（和秀場類開放式舞臺(tái)的觀眾）的角度來看劇場舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)備的安全問題，與控制系統(tǒng)有關(guān)的危險(xiǎn)源有很多。

3.1 機(jī)械危險(xiǎn)

由于舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備及其附屬設(shè)施的構(gòu)件、零件、道具或失手滑落而來的固體和流體物質(zhì)等的機(jī)械能（動(dòng)能和勢能）作用，可能產(chǎn)生傷害的各種物理因素，以及與機(jī)械設(shè)備有關(guān)的滑絆、傾倒、剪切和跌落危險(xiǎn)等。

3.2 電氣危險(xiǎn)

電氣危險(xiǎn)的主要形式是電擊、燃燒和爆炸。其危險(xiǎn)源主要有以下幾種。

（1）電氣裝備中的失效或故障，及其可能引發(fā)的觸電、電短路或者電氣原因造成的火災(zāi)，及其短路或過載引起的熔化粒子噴射、熱輻射和化學(xué)效應(yīng)。

（2）控制電路（或其零件或設(shè)備）中的失靈或故障，及其引發(fā)的機(jī)器的錯(cuò)誤行為。

（3）能源供應(yīng)受到干擾或者中斷以及總電路的故障，及其引發(fā)的機(jī)器的錯(cuò)誤行為。

（4）與滑動(dòng)或者滾動(dòng)接觸相關(guān)的連接電路帶來的損耗，及其引發(fā)的安全功能失效。

（5）由電器外部或內(nèi)部原因造成的干擾（例如電磁干擾、靜電干擾或者無線電干擾）。

（6）存儲(chǔ)的能量（電能或者機(jī)械能）。

（7）會(huì)影響或者傷害人員健康的電氣噪聲影響。

（8）硬件以及軟件錯(cuò)誤。

（9）同一或鄰近空域的不同系統(tǒng)之間的無線設(shè)備的載波頻段存在沖突。

3.3 溫度危險(xiǎn)

（1）高溫對(duì)人體的影響。

（2）高溫?zé)齻?、燙傷，高溫生理反應(yīng)。

（3）高溫引起的燃燒或爆炸。

溫度危險(xiǎn)產(chǎn)生的條件有：環(huán)境溫度、熱源輻射或接觸高溫物（材料、火焰或爆炸物）等。

3.4 噪聲危險(xiǎn)

噪聲產(chǎn)生的原因主要有機(jī)械噪聲、電磁噪聲和空氣動(dòng)力噪聲。噪聲會(huì)帶來很多危害。

（1）對(duì)聽覺的影響。根據(jù)噪聲的強(qiáng)弱和作用時(shí)間不同，可造成耳鳴、聽力下降、永久性聽力損失，甚至暴振性耳聾等。

（2）對(duì)生理、心理的影響。通常90 dB（A）以上的噪聲對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)等都有明顯的影響；低頻噪聲，會(huì)使人產(chǎn)生厭煩、精神壓抑等不良心理反應(yīng)。

（3）干擾語言通信和聽覺信號(hào)而引發(fā)其他危險(xiǎn)。

（4）直接干擾調(diào)度指揮。

3.5 振動(dòng)危險(xiǎn)

振動(dòng)對(duì)人體可造成生理和心理的影響，造成損傷和病變。最嚴(yán)重的振動(dòng)（或長時(shí)間不太嚴(yán)重的振動(dòng)）可能產(chǎn)生生理嚴(yán)重失調(diào)。

3.6 輻射危險(xiǎn)

可以把產(chǎn)生輻射危險(xiǎn)的各種輻射源（離子化或非離子化）歸納為以下幾個(gè)方面。

（1）電波輻射：低頻輻射、無線電射頻輻射和微波輻射。

（2）光波輻射：主要有紅外線輻射、可見光輻射和紫外線輻射。

（3）射線輻射：X射線和Y射線輻射。

（4）粒子輻射：主要有α、β粒子射線輻射，電子束輻射，離子束輻射和中子輻射等。

（5）激光。

輻射的危險(xiǎn)是殺傷人體細(xì)胞和機(jī)體內(nèi)部的組織，輕者會(huì)引起各種病變，重者會(huì)導(dǎo)致死亡。

3.7 材料和物質(zhì)產(chǎn)生的危險(xiǎn)

（1）接觸或吸入有害物（如有毒、腐蝕性或刺激性的液、氣、霧、煙）所導(dǎo)致的危險(xiǎn)。

（2）粉塵、可燃?xì)怏w等引起火災(zāi)與爆炸的危險(xiǎn)。

（3）生物（鼠咬）和微生物（如霉菌、病毒或細(xì)菌）危險(xiǎn)。

使用機(jī)械加工過程的所有材料和物質(zhì)都應(yīng)考慮在內(nèi)。例如構(gòu)成機(jī)械設(shè)備、設(shè)施自身（包括裝飾裝修）的各種物料。

3.8 未履行人類工效學(xué)原則而產(chǎn)生的危險(xiǎn)

由于機(jī)械設(shè)計(jì)或環(huán)境條件不符合安全人類工效學(xué)的要求，存在與人的生理或心理特征、能力不協(xié)調(diào)之處，可能會(huì)產(chǎn)生以下危險(xiǎn)。

（1）對(duì)生理的影響。負(fù)荷（體力負(fù)荷、聽力負(fù)荷、視力負(fù)荷、其他負(fù)荷等）超過人的生理范圍，長期靜態(tài)或動(dòng)態(tài)型操作姿勢、勞動(dòng)強(qiáng)度過大或過分用力所導(dǎo)致的危險(xiǎn)。

（2）對(duì)心理的影響。對(duì)機(jī)械進(jìn)行操作、監(jiān)視或維護(hù)而造成精神負(fù)擔(dān)過重或準(zhǔn)備不足、緊張等而產(chǎn)生的危險(xiǎn)。

（3）對(duì)人操作的影響。表現(xiàn)為操作偏差或失誤而導(dǎo)致的危險(xiǎn)等。

3.9 演職人員對(duì)舞臺(tái)環(huán)境陌生而產(chǎn)生的危險(xiǎn)

（1）對(duì)設(shè)備運(yùn)行速度、加速度、位移的節(jié)拍配合不當(dāng)而產(chǎn)生的危險(xiǎn)。

（2）設(shè)備運(yùn)行與場次更迭時(shí)，演員上下場配合不當(dāng)而導(dǎo)致的危險(xiǎn)等。

（3）演員對(duì)設(shè)備運(yùn)行心理準(zhǔn)備不足而導(dǎo)致的危險(xiǎn)等。

（4）由燈光的明暗突變使演員對(duì)運(yùn)行設(shè)備配合不當(dāng)而導(dǎo)致的危險(xiǎn)等。

（5）演職人員新來一個(gè)劇場不熟悉環(huán)境。

3.10 演藝劇場中的雜耍設(shè)備

如飛行機(jī)構(gòu)、威亞牽引、馬術(shù)等雜耍設(shè)備，與劇場里的常規(guī)舞臺(tái)設(shè)備混雜編場。秀場臨時(shí)設(shè)備布置，與原有控制要求的干涉。

4 中國相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)

安全問題是一個(gè)全員全過程的大問題，而這一過程是指從項(xiàng)目立項(xiàng)直至舞臺(tái)機(jī)械生存周期的結(jié)束。顯然，安全標(biāo)準(zhǔn)的貫徹，既體現(xiàn)在技術(shù)層面，也體現(xiàn)在管理層面。

安全是指人或物在一定環(huán)境中不發(fā)生危險(xiǎn)與不受到損害的狀態(tài)，而安全性是表明人或物在一個(gè)環(huán)境中對(duì)危險(xiǎn)的損傷所能承受的最大能力。

安全性最終目標(biāo)是避免事故的發(fā)生，為達(dá)到此目的，中國對(duì)產(chǎn)品有“3C”市場準(zhǔn)入強(qiáng)制性認(rèn)證制度。對(duì)工業(yè)裝置的自動(dòng)化系統(tǒng)中設(shè)置了安全保護(hù)控制系統(tǒng)，并對(duì)其設(shè)置與整個(gè)生產(chǎn)裝置的安全要求等級(jí)進(jìn)行了規(guī)定。美國儀表學(xué)會(huì)（ISA）稱安全系統(tǒng)為安全儀表系統(tǒng)（Safety Instrument System， SIS），對(duì)應(yīng)ISA-S84.01標(biāo)準(zhǔn)。國際電工委員會(huì)（IEC）稱安全要求等級(jí)為“安全完整性等級(jí)”（Safety Integrity Levels， SIL），對(duì)應(yīng)IEC61508標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 中國現(xiàn)有安全標(biāo)準(zhǔn)

中國規(guī)范對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采取的是實(shí)現(xiàn)安全的迭代過程，即根據(jù)機(jī)械使用的工藝過程、使用和產(chǎn)出的物質(zhì)、操作條件等信息，與有關(guān)機(jī)械的設(shè)計(jì)、使用、傷害事故的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)匯集到一起，對(duì)機(jī)器壽命周期內(nèi)的各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程。電氣控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16856《機(jī)械安全 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)》系列標(biāo)準(zhǔn)、GB/T 22696《電氣設(shè)備的安全 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)降低》系列標(biāo)準(zhǔn)。

但是，目前國內(nèi)尚無系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)于IEC61511在國內(nèi)的協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 21109《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》系列標(biāo)準(zhǔn)，采用IEC的SIL概念，稱之為安全度。有量化標(biāo)準(zhǔn)，如二級(jí)安全度等級(jí)（SIL 2）定義為每年故障危險(xiǎn)的平均概率為0.01～0.001。

4.2 中國舞臺(tái)安全標(biāo)準(zhǔn)

在布景表現(xiàn)用的活動(dòng)場地和制造場所中的機(jī)械設(shè)備上使用電氣和電子裝備及系統(tǒng)，必須在設(shè)計(jì)和安裝機(jī)械以及安全機(jī)件時(shí)，遵守有關(guān)機(jī)械安全的要求，依次確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、安全度等級(jí)，從而提高系統(tǒng)可靠性。對(duì)特殊的裝備元件應(yīng)確定特殊要求。

通過配電、電氣控制以及選擇器材來保障，在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，能夠防止出現(xiàn)危險(xiǎn)的運(yùn)行狀態(tài)。與電氣控制產(chǎn)生的危險(xiǎn)密切相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，必須作為總要求的一部分，用于布景表現(xiàn)的活動(dòng)場地和生產(chǎn)場所的機(jī)械設(shè)備在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的框架內(nèi)進(jìn)行評(píng)估。

就所貫徹的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范而言，目前在中國舞臺(tái)機(jī)械工程中電氣控制主要依據(jù)非標(biāo)準(zhǔn)起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備、建筑電氣有關(guān)規(guī)范，而不是工業(yè)規(guī)范。2007年至2010年，在制定中國舞臺(tái)機(jī)械電氣控制安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，WH/T 28《舞臺(tái)機(jī)械 臺(tái)上設(shè)備安全》、WH/T 36《舞臺(tái)機(jī)械 臺(tái)下設(shè)備安全要求》中的標(biāo)準(zhǔn)引用重點(diǎn)參考了德國舞臺(tái)規(guī)范DIN 56950（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)），并基本對(duì)應(yīng)。電氣控制則主要依據(jù)GB 5226《機(jī)械安全 機(jī)械電氣設(shè)備》系列標(biāo)準(zhǔn)和GB/T 16855《機(jī)械安全 控制系統(tǒng)有關(guān)部件》。2010年后，中國不僅相繼修訂完善了引用標(biāo)準(zhǔn)，還推出了新的系列安全標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 18831-2010《機(jī)械安全 帶防護(hù)裝置的聯(lián)鎖裝置設(shè)計(jì)和選擇原則》、GB 28526-2012《機(jī)械電氣安全 安全相關(guān)電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)的功能安全》、GB 16655-2008《機(jī)械安全 集成制造系統(tǒng) 基本要求》等。而且，中國的標(biāo)準(zhǔn)編制基本上是按行業(yè)分類，唯有自動(dòng)化或控制方面的標(biāo)準(zhǔn)是按專業(yè)劃分的，而自動(dòng)化或控制作為專業(yè)面對(duì)的是各行各業(yè)的控制任務(wù)。筆者認(rèn)為現(xiàn)階段對(duì)舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)的評(píng)價(jià)可以參照和借助GB/T 21109標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

可見舞臺(tái)機(jī)械電氣控制安全標(biāo)準(zhǔn)是在規(guī)定的時(shí)間、空間對(duì)電能、機(jī)械能的變換和傳遞的限制，是對(duì)以演職人員活動(dòng)為核心的物流安全的全面要求，是工業(yè)電氣在公共場所民用化的安全保障，具有控制系統(tǒng)高于功能性要求的最重要性質(zhì)。

5 實(shí)現(xiàn)電氣控制系統(tǒng)安全的措施

為了預(yù)防錯(cuò)誤，對(duì)于所有安全相關(guān)的、帶有風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的危險(xiǎn)識(shí)別職能，應(yīng)根據(jù)機(jī)械安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)原則來確定舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)必要的安全度級(jí)別（SIL），再根據(jù)相關(guān)安全規(guī)范確定技術(shù)要求、選擇合適的安全措施來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)裝備。安全措施是一個(gè)措施綜合體，包括在設(shè)計(jì)階段必須考慮到的措施和操作者必須采取的措施。

舞臺(tái)機(jī)械電氣控制安全措施包括機(jī)械防護(hù)、電氣設(shè)備、電磁兼容、人類工效學(xué)、軟件編程、標(biāo)志、安裝施工、用戶管理等方面，最終落實(shí)在緊急停機(jī)與安全聯(lián)鎖上。

5.1 與機(jī)械防護(hù)相關(guān)的措施

機(jī)械安全防護(hù)，當(dāng)舞臺(tái)機(jī)械直接安全技術(shù)措施不能或不完全能實(shí)現(xiàn)安全時(shí)，必須在生產(chǎn)設(shè)備總體設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)出一種或多種專門用來保證人員安全的裝置，也稱為間接安全技術(shù)措施。

（1）運(yùn)動(dòng)行程：作業(yè)運(yùn)行限位，停車限位。

（2）運(yùn)動(dòng)速度：速度或失速、超速監(jiān)控。

（3）定位裝置：如插銷鎖定裝置、回轉(zhuǎn)定位制動(dòng)裝置。

（4）負(fù)荷限制裝置：對(duì)可能因超負(fù)荷發(fā)生部件損壞而造成傷害的，應(yīng)設(shè)置負(fù)荷限制裝置。

（5）防護(hù)裝置：防護(hù)門、欄桿。

（6）關(guān)聯(lián)運(yùn)動(dòng)時(shí)空關(guān)系：組合運(yùn)行、群控狀態(tài)下的相關(guān)運(yùn)動(dòng)條件。

（7）每臺(tái)機(jī)械都應(yīng)設(shè)置緊急停機(jī)裝置，使已有的或即將發(fā)生的危險(xiǎn)得以避開。

（8）演職人員進(jìn)出場安全監(jiān)控條件。

5.2 與電氣設(shè)備防護(hù)相關(guān)的措施

是電氣控制自身的防護(hù)，機(jī)械設(shè)備也要防止以下影響。

（1）接地故障/殘余電流保護(hù)。

（2）相序及缺相保護(hù)。

（3）短路引起的過流保護(hù)。

（4）過載電流保護(hù)。

（5）不正常溫度保護(hù)。

（6）供電中斷或電壓降落隨后復(fù)原的保護(hù)。

（7）電動(dòng)機(jī)失速、超速保護(hù)。

（8）閃電或開關(guān)浪涌引起的過電壓。

5.3 與電磁兼容（EMC）相關(guān)的措施

電磁兼容，是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中的任何事物構(gòu)成不能承受的電磁干擾。電磁兼容包括兩方面：一是設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)外部的輻射騷擾、傳導(dǎo)騷擾；二是對(duì)外部設(shè)備或系統(tǒng)的輻射抗擾度、傳導(dǎo)抗擾度。劇場調(diào)光、揚(yáng)聲器功放、電機(jī)調(diào)速裝置等可控硅設(shè)備工作中產(chǎn)生大量的高次諧波，如果在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和安裝時(shí)，沒有充分考慮電磁兼容的問題，小則造成設(shè)備不能穩(wěn)定運(yùn)行，大則造成設(shè)備的損壞。目前，EMC已經(jīng)成為系統(tǒng)故障的主要原因，其防護(hù)措施有以下幾種。

（1）接地與屏蔽保護(hù)。

（2）電磁解耦與濾波。

（3）消除靜電。

（4）軟啟動(dòng)。

（5）電機(jī)和電磁執(zhí)行部件電纜應(yīng)獨(dú)立于其他電纜走線。

（6）確保驅(qū)動(dòng)控制柜中的接觸器有滅弧功能。

（7）設(shè)計(jì)控制柜體時(shí)要注意EMC的區(qū)域原則，把不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中。

5.4 與人類工效學(xué)相關(guān)的措施

（1）與身體尺寸有關(guān)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到在工作過程中身體尺寸的因素。

（2）設(shè)計(jì)應(yīng)使身體動(dòng)作的幅度、強(qiáng)度、速度和節(jié)拍相互協(xié)調(diào)。

（3）有關(guān)指示器和操動(dòng)器設(shè)計(jì)應(yīng)以適合于人的感知特性的方式來加以選擇、設(shè)計(jì)和配置。

（4）工作環(huán)境設(shè)計(jì)應(yīng)保證工作環(huán)境中物理的、化學(xué)的和生物學(xué)的因素對(duì)人無害。

（5）工作過程設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)保證工作者的健康和安全。

5.5 與軟件程序相關(guān)的措施

（1）一般安裝和環(huán)境需考慮的問題。

（2）用戶控制目標(biāo)對(duì)象和被測量。

（3）要控制的過程。

（4）硬件配置和調(diào)整。

（5）系統(tǒng)總響應(yīng)時(shí)間。

（6）故障診斷：故障鑒別、報(bào)警記錄、報(bào)警處理。

（7）聯(lián)鎖：物理要求、系統(tǒng)類型、手動(dòng)優(yōu)先、存取控制認(rèn)可和口令。

（8）停機(jī)方式：系統(tǒng)斷電、系統(tǒng)后備、正常停機(jī)、應(yīng)急停機(jī)。

（9）啟動(dòng)方式：再啟動(dòng)、冷啟動(dòng)、熱啟動(dòng)或暖啟動(dòng)。

（10）遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)要求。

（11）外部設(shè)備：信號(hào)要求、數(shù)據(jù)傳送存取。

（12）操作員接口：電鍵鎖、軟件鎖需要的包括對(duì)操作者介入的存取控制和安全方案等。

（13）編程和調(diào)試工具。

5.6 安全電路與安全電器

在各種工業(yè)控制系統(tǒng)中，常常需要設(shè)置雙手操作裝置、安全門裝置、安全幕檢測裝置、急停按鈕裝置和限幅保護(hù)裝置來保證人身和設(shè)備的安全。盡管這些措施能對(duì)人身和設(shè)備的安全提供良好的保障，但是在設(shè)備方面缺乏安全性電器的使用，同樣會(huì)使這些措施形同虛設(shè)，并且可能出現(xiàn)各種不良后果。工業(yè)自動(dòng)化中的安全性電器顯得尤為重要。為了保護(hù)操作者和機(jī)器設(shè)備的安全，世界各國都頒布了相應(yīng)的安全標(biāo)準(zhǔn)。

隨著安全標(biāo)準(zhǔn)的推出以及對(duì)安全系統(tǒng)重視度的不斷提高，安全系統(tǒng)的認(rèn)證也變得越來越重要，安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都須嚴(yán)格遵守相應(yīng)國際標(biāo)準(zhǔn)并取得權(quán)威機(jī)構(gòu)的認(rèn)證。在設(shè)置安全系統(tǒng)時(shí)，既要滿足工業(yè)過程的可靠要求，又要保證安全度。

5.6.1 緊急斷電和緊急停機(jī)

按照GB 5226.1-2002第9.2.5.3條停機(jī)功能有以下三類。

（1）0類：立即關(guān)閉機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)部分的供電（不受控的停止）。采用此標(biāo)準(zhǔn)，裝置必須是機(jī)電電纜連接，功能不可依靠電子邏輯或網(wǎng)絡(luò)傳輸。

（2）1類：控制的停止，為了達(dá)到停止的目的，仍保留機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置的供電，直到停止后才切斷，即有序停機(jī)后切斷供電。

（3）2類：控制的停止，一直保持機(jī)械設(shè)備驅(qū)動(dòng)裝置的電源。

0類、1類和2類停止功能的使用，必須根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及機(jī)械設(shè)備的功能需求進(jìn)行設(shè)置。

0類、1類的停止功能必須獨(dú)立于運(yùn)行方式，其中0類停止具有優(yōu)先權(quán)。

緊急停機(jī)（緊急情況下停止工作），依據(jù)GB 5226.1-2002第9.2.5.4.2條，機(jī)械設(shè)備必須設(shè)置緊急停機(jī)功能，用于停止驅(qū)動(dòng)裝置。緊急狀態(tài)下的停止必須達(dá)到0類停機(jī)或者作為1類停機(jī)。在設(shè)備正常運(yùn)行的狀態(tài)下，對(duì)于具有碰撞、剪切等安全防護(hù)的獨(dú)立運(yùn)行設(shè)備，急停時(shí)可采取減速延時(shí)停機(jī)。

5.6.2 緊急停機(jī)裝置

每臺(tái)機(jī)器必須裝有一個(gè)或數(shù)個(gè)緊急停機(jī)裝置，以避免現(xiàn)有的或即將發(fā)生的危險(xiǎn)。但是以下情況例外。

（1）由于緊急停機(jī)裝置不能縮短停機(jī)時(shí)間或無法采取特別措施來解決危險(xiǎn)，因而不能減少危險(xiǎn)的機(jī)器。

（2）手提式機(jī)器和手動(dòng)控制式機(jī)器。

緊急停機(jī)控制裝置必須具有可明確識(shí)別、清晰可見且迅速可及的控制器；在不會(huì)造成額外危險(xiǎn)的情況下，盡快停止有危險(xiǎn)的過程；必要時(shí)，觸發(fā)或允許觸發(fā)某些安全保護(hù)機(jī)構(gòu)。

緊急停機(jī)控制裝置在發(fā)出停止命令后，一旦終止有效操作，則該命令必須通過接通緊急停機(jī)裝置予以維持，直到這一接通明確失效；在不觸發(fā)停機(jī)命令的情況下，該裝置必須是不能接通的；必須只能通過一個(gè)適當(dāng)?shù)牟僮髑袛嘣撗b置。切斷緊急停機(jī)裝置不得使機(jī)械設(shè)備重新啟動(dòng)，而只是允許其重新啟動(dòng)。

5.6.3 安全繼電器

安全繼電器具有的安全特性：電路冗余，并且?guī)в袃?nèi)置的自檢測；即使元件出現(xiàn)故障，安全功能依然能夠保持；在每一個(gè)啟動(dòng)和停止循環(huán)，自動(dòng)檢測安全繼電器的正確打開和閉合；可檢測供電故障、元器件故障、線圈故障、接地故障、輸入回路中的短路、開路。

5.6.4 可編程安全系統(tǒng)

可編程安全系統(tǒng)具有的安全特性是：輸入可以被配置為報(bào)警輸入；單極輸出可以配置為測試脈沖輸出；雙極輸出每一路具有短路、過載、超溫保護(hù)；系統(tǒng)被分為一個(gè)故障保護(hù)部分和一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)部分，僅故障保護(hù)部分可以處理安全相關(guān)功能，并且，故障保護(hù)部分和標(biāo)準(zhǔn)部分之間的通信互不產(chǎn)生影響；CPU中的故障保護(hù)部分被設(shè)計(jì)為多通道的和相異的結(jié)構(gòu)，以確保高的安全等級(jí)。所有的輸入和輸出，通過每一通道被單獨(dú)地處理，只是與其他通道比較結(jié)果來產(chǎn)生可用的輸出信號(hào)。單、雙極輸入有測試脈沖。

5.6.5 緊急停車與安全聯(lián)鎖

這是用于監(jiān)視急停按鈕、機(jī)械防護(hù)、電氣防護(hù)等裝置（或獨(dú)立單元）的操作，如果過程超出安全操作范圍，可以使過程進(jìn)入安全狀態(tài)，確保裝置具有一定安全度的系統(tǒng)。一個(gè)完整的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)包括現(xiàn)場檢測、控制及執(zhí)行單元等部分。整個(gè)安全系統(tǒng)的可用性及可靠性應(yīng)綜合考慮現(xiàn)場檢測單元、控制單元、執(zhí)行單元、信號(hào)連接用接線端子等。

使用已認(rèn)證的電路技術(shù)和部件，緊急停車及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)應(yīng)獨(dú)立于過程控制系統(tǒng)，以降低控制功能和安全功能同時(shí)失效的概率。設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則。

（1）緊急停車及安全聯(lián)鎖系統(tǒng)原則上獨(dú)立設(shè)置。

（2）檢測元及執(zhí)行機(jī)構(gòu)原則上獨(dú)立設(shè)置。

（3）中間環(huán)節(jié)最少。

（4）采用冗佘或容錯(cuò)結(jié)構(gòu)。

（5）系統(tǒng)應(yīng)是故障安全型。

5.6.6 對(duì)電氣控制系統(tǒng)自身的基本要求

包括硬件和軟件，當(dāng)代自動(dòng)化控制對(duì)電氣控制系統(tǒng)性能的基本要求可以歸結(jié)為兩個(gè)要素和五個(gè)性質(zhì)：兩個(gè)基本要素是能量（傳遞、變換）和信息交換；五個(gè)性質(zhì)是決定系統(tǒng)快速性的時(shí)間響應(yīng)特性、決定系統(tǒng)穩(wěn)定性的收斂性、決定系統(tǒng)精度特性的穩(wěn)態(tài)誤差、魯棒性（解決復(fù)雜的工業(yè)過程控制大系統(tǒng)乃至復(fù)雜巨系統(tǒng)的系統(tǒng)模型的不確定性的魯棒控制）、決定系統(tǒng)評(píng)價(jià)性的可觀測性。舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)的模型及其單臺(tái)設(shè)備的速度、位置、轉(zhuǎn)矩模型的創(chuàng)建或采用，模型中各參數(shù)的整定，標(biāo)志著設(shè)備功能的完備性和技術(shù)的先進(jìn)性。

這些基本要求構(gòu)成了保證系統(tǒng)可靠性的基礎(chǔ)。

5.6.7 可靠性設(shè)計(jì)

可靠性構(gòu)成了系統(tǒng)安全性的基礎(chǔ)。

可靠性，是指機(jī)器或其零部件在規(guī)定的使用條件下和規(guī)定期限內(nèi)執(zhí)行規(guī)定的功能而不出現(xiàn)故障的能力。提高機(jī)械的可靠性可以降低危險(xiǎn)故障率，減少需要查找故障和檢修的次數(shù)，不因?yàn)槭箼C(jī)器產(chǎn)生危險(xiǎn)的誤動(dòng)作，從而可以減少操作者面臨危險(xiǎn)的概率，這一原則適用于機(jī)器的零部件及機(jī)械各組成部分。

6 結(jié)語

舞臺(tái)機(jī)械是重物在空間的吊運(yùn)、起重平臺(tái)的多機(jī)構(gòu)組合運(yùn)動(dòng)、龐大金屬結(jié)構(gòu)的整機(jī)移動(dòng)，以及大范圍、多環(huán)節(jié)的群體運(yùn)作，這些特點(diǎn)使舞臺(tái)機(jī)械作業(yè)的安全問題尤其突出。舞臺(tái)機(jī)械的電氣安全問題仍然處于特別重要的位置，我國對(duì)這些文化設(shè)施的建設(shè)及使用過程中有關(guān)的規(guī)范規(guī)程有待發(fā)展完善，應(yīng)該給予重視。

舞臺(tái)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的安全性，應(yīng)建立在貫徹舞臺(tái)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程的基礎(chǔ)上，以規(guī)范指導(dǎo)舞臺(tái)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高舞臺(tái)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)安全水平，從而全面推進(jìn)我國舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)的制造水平。

（編輯 王 芳）