Bezpieczeństwo i zasilanie w układach sterowania maszyn i urządzeń
Safety in control systems of machines and devices
Poprawny montaż kurtyny, rys. EFESTO4 Kurtyny i bariery świetlne bezpieczeństwa – Instrukcja obsługi.
Bezpieczeństwo w układach sterowania maszyn i urządzeń odgrywa bardzo ważną rolę w całym procesie bezpieczeństwa i higieny pracy. Regulują to normy i dyrektywy, co stanowi podstawę w procesie projektowania bądź modernizowania maszyn. Bezpieczne maszyny stanowią podstawę bezpieczeństwa prawnego [3] dla producenta i użytkownika.
Zobacz także
AUTOMATION TECHNOLOGY Sp. z o.o. Automation Technology – nowy gracz na rynku
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
mgr inż. Dominik Trojnicz, dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Justyna Herlender Wymagania stawiane automatyce zabezpieczeniowej i regulacyjnej inwerterów typu A
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii...
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii słonecznej oraz brak emisji szkodliwych gazów, co przyczynia się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i zmniejszenia negatywnego wpływu na środowisko. Przyłączenie dużej liczby odnawialnych źródeł energii (OZE) nie pozostaje jednak bez wpływu na sieci elektroenergetyczne.
dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Karol Świerczyński, dr inż. Bartosz Brusiłowicz Wymagania techniczne stawiane generacji rozproszonej w aspekcie elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (część 2.)
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE)...
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) „Wymogów ogólnego stosowania wynikających z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/631 z dnia 14 kwietnia 2016 r., ustanawiającego Kodeks Sieci dotyczący wymogów w zakresie przyłączenia jednostek wytwórczych do sieci (NC RfG)” [4], opublikowanych w roku 2018.
W artykule:• Dyrektywy• Zasilanie • Modernizacja • Przykład obliczania odległości bezpieczeństwa |
StreszczenieW artykule omówiono wybrane kwestie dotyczące bezpieczeństwa i zasilania maszyn i urządzeń.AbstractThe article discusses selected issues concerning the safety and power supply of machines and devices. |
Dyrektywy
Podstawą prawną są dyrektywy europejskie dotyczące bezpieczeństwa maszyn i urządzeń przemysłowych – dwie mające najbardziej bezpośredni związek z tym zagadnieniem to:
1. Dyrektywa maszynowa 2006/42/WE [1] ze zmianami wprowadzonymi przez: Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 596/2009 z dnia 18 czerwca 2009 r., Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/127/WE z dnia 21 października 2009 r., Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 167/2013 z dnia 5 lutego 2013 r., Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/33/UE z dnia 26 lutego 2014 r. oraz Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1243 z dnia 20 czerwca 2019 r.
2. Dyrektywa dotycząca stosowania sprzętu roboczego dyrektywa 89/654/EWG [2] – wymagania w miejscu pracy z dnia 30 listopada 1989 r. dotycząca minimalnych wymagań w dziedzinie bezpieczeństwa i ochrony zdrowia w miejscu pracy (pierwsza szczegółowa dyrektywa w rozumieniu art. 16 ust. 1 dyrektywy 89/391/EWG) ze zmianami wprowadzonymi Dyrektywą 2007/30/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 20 czerwca 2007 r. oraz Rozporządzeniem Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2019/1243 z dnia 20 czerwca 2019 r.
Te dwie dyrektywy są ze sobą bezpośrednio związane, ponieważ zasadnicze wymagania bezpieczeństwa i ochrony zdrowia z dyrektywy maszynowej, mogą być zastosowane do weryfikacji bezpieczeństwa wyposażenia roboczego z dyrektywy narzędziowej. Dyrektywa maszynowa dotyczy dostarczania nowych maszyn oraz innego sprzętu, takiego jak elementy systemów bezpieczeństwa. Dostarczanie maszyn niezgodnych z postanowieniami i wymogami dyrektywy na terenie UE jest przestępstwem. [4]
Według dyrektywy maszynowej definicję „maszyny określamy jako: zespół, wyposażony lub przeznaczony do wyposażenia w mechanizm napędowy inny niż bezpośrednio wykorzystujący siłę mięśni ludzkich lub zwierzęcych, składający się ze sprzężonych części lub elementów, z których przynajmniej jedna wykonuje ruch, połączonych w całość mającą konkretne zastosowanie” [1].
Postanowienia obecnej dyrektywy (2006/42/WE) zaczęły obowiązywać 29 grudnia 2009 r. Producent lub jego autoryzowany przedstawiciel odpowiadają za to, aby dostarczany sprzęt spełniał wymagania dyrektywy i obejmuje to:
zapewnienie zastosowania odpowiednich środków ochrony zdrowia i bezpieczeństwa wyszczególnionych w załączniku I dyrektywy,
- przygotowanie dokumentacji technicznej,
- przeprowadzenie odpowiedniej oceny zgodności,
- udostępnienie „Deklaracji zgodności EC”,
- dołączenie oznaczenia CE, tam, gdzie jest ono wymagane,
- zapewnienie instrukcji umożliwiających bezpieczne użytkowanie.
Dla wielu projektantów i producentów maszyn bezpieczeństwo stało się dużym wyzwaniem zwłaszcza dla maszyn przy dynamicznych procesach produkcyjnych, gdzie występują duże siły mechaniczne. Takie maszyny muszą być odpowiednio zaprojektowane, aby zapewnić bezpieczeństwo obsługi i współpracować z systemem sterowania.
Producent/projektant musi przy ich budowie rozpoznać i ocenić – w procesie oceny ryzyka (określanym dawniej także mianem analizy zagrożeń) – wszystkie możliwe zagrożenia i niebezpieczne miejsca. Odpowiednio do uzyskanej oceny ryzyka musi zlikwidować lub zmniejszyć ryzyko za pomocą odpowiednich środków. Jeśli ryzyka nie da się zlikwidować za pomocą odpowiednich środków konstrukcyjnych lub pozostałe ryzyko nie mieści się w granicach tolerancji, producent/projektant maszyny musi wybrać i zastosować odpowiednie osłony z punktami dostępu wyposażonymi w blokady, osłony niematerialne takie jak kurtyny świetlne, maty czułe na nacisk, urządzenia ochronne, przekaźniki bezpieczeństwa lub inne urządzenia zapewniające bezpieczeństwo eksploatacji i konserwacji.
Nieodzownym elementem zapewniającym bezpieczeństwo jest również odpowiednie wdrożenie procedur związanych z wykonywaniem prac eksploatacyjnych przez osoby utrzymania ruchu jak również konserwacji i serwisu. Dlatego ważnym elementem są szkolenia pracowników w szczególności odpowiedzialnych za konserwacje i serwis, gdyż to oni w czasie swoich prac są najbardziej narażeni na prace przy tzw. zdjętych zabezpieczeniach.
Wszelkie ryzyka resztkowe, wobec których nie można stosować powyższych metod, należy ograniczać, stosując sprzęt ochrony osobistej i szkolenia, a odpowiednie środki powinny zostać określone przez dostawcę maszyny.
Eksploatacja i konserwacja
Elementy i systemy sterowania powinny być bezpieczne i niezawodne. Maszyny nie mogą uruchamiać się nieoczekiwanie i powinny być wyposażone w co najmniej jedno urządzenie zatrzymywania awaryjnego. Należy również brać pod uwagę złożone instalacje, w których na bezpieczeństwo mogą wpływać procesy znajdujące się przed i za maszyną.
Dla uniknięcia zagrożeń ze strony części ruchomych należy stosować osłony lub urządzenia ochronne. Muszą one mieć trwałą konstrukcję oraz być odporne na próby obejścia. Osłony stałe powinny być montowane w sposób pozwalający na demontaż wyłącznie przy użyciu narzędzi, a mocowania osłon muszą być blokowane. Osłony ruchome powinny blokować sterowanie. Osłony nastawne powinny być łatwo regulowane bez stosowania narzędzi.
Ryzyko obrażeń spowodowanych temperaturą, wybuchem, hałasem, drganiami, zapyleniem, gazami lub radiacją powinno być minimalne. Powinny istnieć zalecenia dotyczące konserwacji i obsługi technicznej. Należy stosować wystarczające urządzenia sygnalizacyjne i ostrzegawcze. Maszyny powinny być dostarczane z instrukcjami bezpiecznej instalacji, użytkowania i regulacji [4].
Modernizacja
Dokonując automatyzacji procesów produkcyjnych, łączy się maszyny w zespoły, dodaje nowe funkcje. Czasami dążenie do skrócenia czasu cyklu wymusza wprowadzenie pewnych zmian właśnie w systemie sterowania. Wszystkie tego typu czynności nie są już tylko konserwacją maszyny czy jej serwisowaniem, są zmianami, które muszą być odpowiednio analizowane, oceniane i rejestrowane. Każda z przeprowadzonych modyfikacji musi być oceniona pod względem powstawania nowych zagrożeń [5]. Przy modernizacjach, które wprowadzają nowe zagrożenia, należy dobrać odpowiednie środki ochronne, czyli przejść fazę specyfikacji, projektowania i instalacji wraz z uruchomieniem.
Dzięki rozwojowi technologii i elektroniki przemysłowej stało się możliwe zastępowanie ruchomych osłon zabezpieczających obsługę i osoby postronne kurtynami świetlnymi. Nie jest to jednak możliwe w każdym przypadku, ponieważ przy projektowaniu lub modernizowaniu należy bezwzględnie dążyć do minimalizacji ryzyka, a w wielu przypadkach osłony fizyczne spełniają nie tylko rolę czujnika w procesie bezpiecznego zatrzymania maszyn w przypadku jego otwarcia, ale również osłaniają osoby przebywające w otoczeniu pracującej maszyny przed uderzeniem np. części wirujących materiału. Dlatego należy zawsze dokonywać analizy ryzyka. [8]
Kolejnym kryterium skłaniającym użytkowników do modyfikacji maszyn wyprodukowanych przed obowiązującą dyrektywą maszynową jest bezpieczeństwo pracowników. Użytkownicy we własnym zakresie dokonują analizy ryzyka i podejmują się doprowadzenia maszyny do stanu możliwie najbardziej bezpiecznego poprzez wprowadzanie zmian w układzie sterowania poprzez zastosowanie dodatkowych elementów zabezpieczających w postaci: osłon, barier (przekaźniki bezpieczeństwa, kurtyny świetlne, maty dociskowe, osłony, inne).
Takim przykładem może być pokazanie na rysunku 1. zastosowania dla maszyny starego typu kurtyny świetlnej i sposobu jej montażu.
Dla porównania zaprezentowano błędy montażowe kurtyn optoelektronicznych (rys. 2.).
Rys. 1. Poprawny montaż kurtyny [6]
Rys. 2. Niepoprawny montaż kurtyny [6]
Przykład obliczania odległości bezpieczeństwa
W celu poprawnego zamontowania kurtyny lub bariery należy obliczyć odległość bezpieczeństwa od strefy zagrożenia (rys. 3. i 4.), tak aby możliwe było zatrzymanie maszyny, zanim operator osiągnie miejsce niebezpieczne, które opisuje norma PN-EN 999 zastąpiona przez PN-EN ISO 13855:2010 w polskiej wersji językowej [7]:
S – odległość bezpieczeństwa w mm,
T1 – czas zatrzymania maszyny w milisekundach,
T2 – czas relacji kurtyny w milisekundach (zgodnie z danymi producenta),
d – rozdzielczość kurtyny w mm.
Rys. 3. Obliczanie odległości bezpieczeństwa [6]
Rys. 4. Obliczanie odległości bezpieczeństwa od ramienia robota [6]
Montaż pionowy
Model o rozdzielczości do 40 mm [6]
Poniższy wzór obowiązuje dla odległości S zawierającej się pomiędzy 100 a 500 mm.
Dla odległości S większej niż 500 mm zastosowanie znajduje wzór:
Model o rozdzielczości większej od 40 mm, ale mniejszej niż 90 mm [6]
Najwyższy strumień musi znajdować się na wysokości nie mniejszej niż 900 mm od powierzchni, na której jest zainstalowana maszyna, a najwyższy strumień powinien przebiegać na wysokości mniejszej niż 300 mm.
Model o rozdzielczości większej niż 90 mm [6]
Podsumowanie
Tak naprawdę, wiedza i doświadczenie oraz wyobraźnia inżynierów odpowiedzialnych za projektowanie i wdrażanie systemów bezpieczeństwa i procedury pozwalające zweryfikować postępy prac na każdym etapie są kluczowe w osiągnięciu celu, jakim jest niezawodny układ sterowania. Odpowiednio przeszkolone osoby odpowiedzialne za eksploatację, konserwację i serwis, pracujące zgodnie z wypracowanymi procedurami dotyczącymi procesów obsługi maszyn, minimalizują ryzyko popełnienia błędu i zapewniają bezpieczeństwo.
Literatura
- Dyrektywa 2006/42/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn, zmieniająca dyrektywę 95/16/WE z późniejszymi zmianami.
- Dyrektywa Rady 89/654/EWG z dnia 30 listopada 1989 r. dotycząca minimalnych wymagań w dziedzinie bezpieczeństwa i ochrony zdrowia w miejscu pracy (pierwsza szczegółowa dyrektywa w rozumieniu art. 16 ust. 1 dyrektywy 89/391/EWG).
- Przewodnik Bezpieczne Maszyny „Bezpieczna maszyna w sześciu krokach” 8017956/2015-07-07 ∙ 2M/MK ∙ Pre USmod pl44.
- Systemy sterowania związane z bezpieczeństwem maszyn Zasady, normy i wdrożenie (Podręcznik bezpieczeństwa – wersja 5) 2016 Rockwell Automation, Inc.
- T. Otrębski, Bezpieczeństwo w układach sterowania maszyn „Inżynieria i Utrzymanie Ruchu” nr 3/2016.
- EFESTO4 Kurtyny i bariery świetlne bezpieczeństwa – Instrukcja obsługi.
- PN-EN ISO 13855:2010 Bezpieczeństwo maszyn. Umiejscowienie technicznych środków ochronnych ze względu na prędkości zbliżania części ciała człowieka.
- „Kurtyny świetlne i ich praca w układzie bezpiecznym zatrzymaniem maszyny z przekaźnikami bezpieczeństwa”, Technika łączeniowa nn. Marek Trajdos, Wiesław Monkiewicz; Siemens Automation and Drives.
