NAJNOWSZE

Rynek

 

SZKOLENIA I EVENTY

 

STUDIA PRZYPADKÓW

 

PUBLIKACJE

 

TAGI

5Why   5xS  ERP   bezpieczeństwo   deklaracja zgodności   dyrektywa maszynowa   dystrybucja mediów
energia elektryczna   International Forklift Truck of the Year Award   IFOY   TPM   zużycie mediów
Just in Time   Kaizen   Lean   MES   monitorowanie   ocena zgodności   oznakowanie CE   Poka Yoke
projektowanie maszyn   Six Sigma   efektywność energetyczna   Przemysł 4.0   klimatyzacja
raport   rynek pracy   aluminium   automatyka   wypadek przy pracy   awaria   strefa niebezpieczna   
ocena ryzyka   TÜV Rheinland   CO2   falowniki   napędy   panele HMI   energia odnawialna   fotowoltaika 
BIPV   oleje przemysłowe   smary przemysłowe   automatyzacja   robotyzacja   sterowniki PLC   wizualizacja procesow   
SCADA   sterowanie   diagnostyka   własności dynamiczne maszyn   akumulatory   baterie   kody kreskowe   RFID 
IoT – Internet Rzeczy   żywotność majątku technicznego   tworzywa naprawcze   silniki   
przemienniki częstotliwości   łożyska   innowacje   FOS   bhp   zasilacze   przetwornice napięcia PAC
programowanie   konserwacje   prewencja   prędkość obrotowa   pomiary   monitoring zdalny   komunikacja   serwonapędy
rozwiązania mobilne  audyt  rekrutacja  inżynier  rzeczywistość rozszerzona  termowizja  analiza drgań  analiza chemiczna siłowniki urządzenia wykonawcze pneumatyka odzież robocza ciecze obróbcze pompy procesy regulacja systemy sterowniki

 

Osiągnięcie założonego celu, jakim jest realizacja projektu, wymaga precyzyjnego zaplanowania każdego, nawet najmniejszego kroku. Bardzo podobnie jest w przypadku budowy układów sterowania. Każdy z kroków całego procesu – od koncepcji, przez ocenę ryzyka, po uruchomienie – jest ważny. Często kroki rozbija się na mniejsze elementy, aby w sposób jeszcze bardziej optymalny i wydajny podejść do wykonania zadania.

 

W osiągnięciu celu znaczenie ma kilka aspektów, główne to: zespół realizujący zadanie, liczba kroków w procesie i sposób, w jaki zaplanowana jest ich realizacja, ilość informacji, jakie mamy o obiekcie, w naszym przypadku maszynie lub procesie, oraz możliwości techniczne realizacji, czyli ograniczenia wynikające np. z możliwości ekonomicznych czy też zastanego stanu maszyny lub potrzebnej funkcjonalności. Każdy element układanki, jakim jest budowa układu sterowania, musi być rzetelnie opracowany, aby osiągnięty cel był należytej jakości, funkcjonalny i przede wszystkim zapewniał bezpieczeństwo.

 

Ocena ryzyka – baza podstawowych informacji dla projektanta

Projektując systemy sterowania związane z bezpieczeństwem, musimy zacząć od oceny ryzyka. W wielu obszarach zarządzania bezpieczeństwem w zakładach przemysłowych ocena ryzyka jest głównym filarem, na którym opiera się poziom bezpieczeństwa, jest tak również w procesie projektowania systemów sterowania odpowiedzialnych za bezpieczeństwo. Prawo nie nakazuje stosowania konkretnej metody oceny ryzyka – o wyborze decyduje projektant. Wybór ten jednak ma kluczowe znaczenie już na etapie projektowania funkcji bezpieczeństwa naszego systemu. Wytyczne z oceny ryzyka wskazują na konkretne cechy urządzeń ochronnych i jeśli nie są poprawne, przeniosą ten błąd na funkcje. Za tym najczęściej stoi obniżona niezawodność danej funkcji bezpieczeństwa, co bezpośrednio przenosi się na za dużą wartość ryzyka, która pozostaje po procesie redukcji. Nie osiągamy wymaganej redukcji ryzyka do poziomu resztkowego (akceptowalnego). Podstawowymi zadaniami na początku procesu są: określenie ograniczeń dotyczących maszyny, identyfikacja zagrożeń oraz szacowanie i ewaluacja ryzyka.

 

Fazy życia systemów sterowania

Tak jak każda z maszyn, również system sterowania ma swoje fazy życia. Możemy je opisać w następujący sposób: specyfikacja (koncepcje), projektowanie, uruchomienie, eksploatacja i serwisowanie, modyfikacje i zmiany w trakcie eksploatacji.

 

 

Rys. 1. Fazy życia systemu sterowania

 

Tylko w przypadku, kiedy mamy usystematyzowany proces związany z nadzorowaniem życia systemów sterowania, możemy panować nad bezpieczeństwem wynikającym z ryzyka, jakie jest redukowane poprzez funkcje bezpieczeństwa zaimplementowane np. w maszynie.

 

Specyfikacja

W pierwszej fazie należy precyzyjnie opisać koncepcję systemu bezpieczeństwa, opisując wymagania funkcjonalne oraz wymagane poziomy zapewnienia bezpieczeństwa. Należy pamiętać, że w tej fazie nie osiągniemy pełnej identyfikacji wszystkich funkcji związanych z bezpieczeństwem, co będzie możliwe dopiero w fazie projektowania. Kluczowym zadaniem w tej fazie jest ocena ryzyka wraz z identyfikacją wszystkich zagrożeń. Celem, do jakiego powinniśmy dążyć na tym etapie, jest opisanie potrzebnych funkcji bezpieczeństwa oraz ich poziomów niezawodności wynikających z oceny ryzyka. Funkcje bezpieczeństwa decydują o zezwoleniu na pracę elementów niebezpiecznych i odstawiają maszynę w stan bezpieczny w sytuacjach zagrożenia. Specyfikując, musimy brać pod uwagę – poza normalną eksploatacją – wszystkie możliwe sposoby użytkowania maszyny, takie jak nastawianie, czyszczenie, konserwacje, serwisowanie. Wymagany poziom niezawodność danej funkcji bezpieczeństwa będzie zależał od poziomu występującego ryzyka, które musimy zredukować. Do wyznaczenia tych poziomów możemy posłużyć się grafem z normy PN EN ISO 13849-1 (rys. 2). W fazie, w której specyfikujemy, czyli myślimy koncepcyjnie i szkicujemy, oceniamy również i jeśli trzeba, to dobieramy, sprzęt programowalny. Jeśli tak zdecydujemy, czyli zbudujemy nasz układ sterowania w oparciu o jednostkę programowalną, wprowadzamy w dalszych krokach procesu zadanie związane z projektowaniem oprogramowania, a potem jego walidację.

 

 

 

 

S – ciężkość urazów

S1 – lekkie (zwykle odwracalne) urazy

S2 – ciężkie (zwykle nieodwracalne) urazy z uwzględnieniem śmiertelnych

 

F – częstość narażenia i/lub czas jego trwania

F1 – rzadkie, do dość częstych i/lub krótki czas narażenia

F2 – częste, do ciągłych i/lub długi czas narażenia

 

P – możliwość przeciwdziałaniu zagrożeniu

P1 – możliwe w określonych warunkach

P2 – możliwe z trudnością

 

Rys. 2. Graf ryzyka wg PN EN ISO 13849-1

 

 

 

 

Rys. 3. Aspekty skojarzone przy wyznaczaniu poziomu PL dla funkcji bezpieczeństwa

 

 

 

Projektowanie

Kolejną fazą po specyfikowaniu jest projektowanie. Ten proces uszczegóławia wszystko to, co zostało zebrane na etapie koncepcyjnym i co wynika z przeprowadzonej oceny ryzyka oraz identyfikacji zagrożeń. Na tym etapie również możemy popełnić błędy i dlatego czasami stosuje się specjalne procedury weryfikacji i walidacji projektu, aby zminimalizować możliwość popełnienia błędu, szczególnie dla złożonych układów sterowania. Mając jasno postawiony w procesie specyfikacji cel, jakim jest poziom PL dla danej funkcji bezpieczeństwa, w procesie projektowania musimy odpowiednio dobrać wszystkie komponenty należące do łańcucha funkcji bezpieczeństwa. Ogólnie łańcuch funkcji bezpieczeństwa definiuje się jako złożenie trzech elementów: bloku wejściowego, bloku logiki i bloku wyjściowego. Każdy z tych bloków może składać się z wielu fizycznych komponentów, jak czujniki bezpieczeństwa, kurtyny bezpieczeństwa, styczniki, elektromechaniczne przekaźniki bezpieczeństwa, programowalne przekaźniki bezpieczeństwa czy też sterowniki bezpieczeństwa oraz w obszarze wyjściowym elektrozawory, falowniki czy jednostki mocy napędów. W języku opisowym identyfikujemy każdy z komponentów jako ogniwo naszego łańcucha i tak dobieramy, aby spełnić wymagania związane z kategorią, jakością (MTTFd) i pokryciem diagnostycznym (DC). Rzetelność procesu projektowania i późniejszej implementacji również musi spełnić pewne założenia opisane parametrem CCF, czyli odpornością na błędy o wspólnej przyczynie. Aby zapoznać się z procesem doboru i wyznaczania poziomu PL, odsyłam do normy zharmonizowanej z dyrektywą maszynową PN EN ISO 13849-1 (Bezpieczeństwo Maszyn. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem. Część 1. Ogólne zasady projektowania). W bardziej złożonych układach sterowania związanych z bezpieczeństwem stosowane są programowalne przekaźniki bezpieczeństwa lub sterowniki bezpieczeństwa. Dla takich układów niezbędna będzie odpowiednia walidacja oprogramowania również opisana w normie PN EN ISO 13849-1.

 

Uruchomienie

Po etapie projektowania następuje faza instalacji i uruchomienia. Jest to bardzo istotna część realizacji całego projektu. Na tym etapie można popełnić wiele błędów, które mogą skutkować groźnymi wypadkami. Niezbędne jest stosowanie odpowiednich procedur, które za pomocą np. list kontrolnych, weryfikują poprawność wykonania instalacji oraz zgodność z projektem. Nieodzowny jest odpowiedni nadzór nad wykonaniem instalacji. Jednym z kluczowych elementów już na etapie uruchomienia jest wykonanie testów funkcjonalnych, które powinny być precyzyjnie opracowane, tak aby umożliwiały wykrycie ewentualnych błędów popełnionych podczas procesu instalacji. Każda z czynności weryfikujących proces instalacji, jak również uruchomienia, włącznie z wykonaniem testów funkcjonalnych, powinna być oparta o stosowne dokumenty czy formularze zgodnie z zatwierdzonymi procedurami. Dokumenty takie powinny być podpisane przez osobę lub zespół, który wykonywał weryfikację i testy funkcjonalne, a następnie archiwizowane. Wszystkie zmiany w stosunku do projektu wykonawczego, jakie wprowadza się w fazie instalacji, również powinny być odpowiednio opisane, zatwierdzone i archiwizowane. Cały ten proces powinien być również weryfikowany pod względem poprawności przebiegu – w trakcie jego trwania – oraz oceniany w celu ciągłego doskonalenia.

 

Eksploatacja

Oddanie maszyny do użytkowania oznacza przejście w fazę normalnej eksploatacji składającej się poza normalną obsługą z czynności konserwacyjnych i serwisowych, należących najczęściej do służb utrzymania ruchu. W tej fazie rozpatrujemy aspekty związane tylko z utrzymaniem maszyn w ruchu, może to być prewencyjne utrzymanie ruchu lub usuwanie awarii. Aspekty związane z modyfikacjami lub innymi pracami związanymi z np. dostosowaniem maszyn do nowych standardów nie zawierają się w tym etapie życia systemu sterowania. Układy sterowania powinny być tak zaprojektowane, aby uwzględniały wszystkie możliwe czynności związane z konserwacją i serwisowaniem. Służby utrzymania ruchu są najbardziej narażone podczas tych prac, szczególnie kiedy działają pod presją czasu, usuwając awarie. Odpowiednie instrukcje, w których opisuje się czynności, jakie należy wykonać, usuwając daną awarię, stosowanie specjalnych procedur i sprzętu zapobiegającego nieoczekiwane uruchomienie maszyny podczas prac utrzymania ruchu (procedury Lock Out Tag Out) oraz stosowanie innych technik minimalizujących pomyłki, w szczególności czytelna dokumentacja techniczna, są podstawą bezpiecznej pracy. Sterowanie powinno być odporne na możliwe do przewidzenia błędy, np. zamianę wtyczek czujników, zaworów itp.

 

 

Rys. 4. Ogólny model struktury oprogramowania

 

Modyfikacje

Jak wiadomo, procesy produkcyjne mogą wymuszać dokonywanie pewnych zmian w maszynach i ich układach sterowania. Automatyzując procesy produkcyjne, łączymy maszyny w zespoły, dodajemy nowe funkcje. Czasami chęć 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, ewaluowane i rejestrowane. Każda z przeprowadzonych modyfikacji musi być oceniona pod względem powstawania nowych zagrożeń. Każda zmiana powinna mieć stosowną inżynierską ocenę ryzyka, której wynikiem musi być osiągnięcie ryzyka na poziomie dopuszczalnym. Często pomijany jest wpływ wprowadzonych zmian na system sterowania związany z bezpieczeństwem, w ostateczności może to prowadzić do wypadków. Tak naprawdę przy modyfikacjach, które wprowadzają nowe zagrożenia, jesteśmy zobowiązani do doboru nowych, odpowiednich środków ochronnych, czyli musimy przejść fazę specyfikacji, projektowania i instalacji wraz z uruchomieniem.

 

 

Dokumentacja techniczna oraz informacje dla użytkownika

Wszystkie kroki, które przeszli projektanci w trakcie projektowania systemu sterowania związanego z bezpieczeństwem, muszą zostać udokumentowane. Informacje, jakie należy zebrać w firmie dokumentacji technicznej, to:

 

– funkcje bezpieczeństwa realizowane przez system sterowania odpowiedzialny za bezpieczeństwo,

– charakterystyczne właściwości każdej funkcji bezpieczeństwa,

– dokładnie określone punkty, w których rozpoczyna się i kończy dany element związany z bezpieczeństwem,

– warunki środowiskowe,

– poziom zapewnienia bezpieczeństwa (PL),

– wybrana kategoria lub kategorie,

– parametry mające znaczenie dla niezawodności (MTTFD, DC, CCF, czas misji),

– środki zapobiegające uszkodzeniom systematycznym,

– zastosowana technika lub techniki,

– wszystkie rozpatrywane defekty istotne dla bezpieczeństwa,

– uzasadnienie wykluczeń defektów (patrz ISO 13849-2),

– uzasadnienie konstrukcji (np. defekty rozpatrywane, defekty wykluczone),

– dokumentacja oprogramowania,

– środki zapobiegawcze przed dającym się przewidzieć niewłaściwym użytkowaniem.

 

Należy wspomnieć, że dokumentacja techniczna opisana powyżej pozostaje do użytku wewnętrznego producenta i nie należy do dokumentacji przekazywanej użytkownikowi.

 

Użytkownik, który będzie eksploatował dany system sterowania, również musi otrzymać stosowną dokumentację. Informacje, jakie należy przekazać użytkownikowi to m.in.:

– ograniczenia dotyczące elementów związanych z bezpieczeństwem wynikające z wybranych kategorii i wykluczeń defektów,

– ograniczenia dotyczące systemu i jakichkolwiek wykluczeń defektów, dla których, jeśli jest to konieczne dla utrzymania wybranej lub wybranych kategorii i osiągów bezpieczeństwa, należy podać odpowiednie informacje (dotyczące np. modyfikacji, konserwacji i napraw) w celu zapewnienia, że podane wykluczenie defektu pozostaje aktualne,

– skutki odchyleń od określonych właściwości funkcji bezpieczeństwa,

– dokładny opis interfejsów systemu sterowania odpowiedzialnego za bezpieczeństwo i urządzeń ochronnych,

– czas zadziałania,

– ograniczenia w pracy (z uwzględnieniem warunków otoczenia),

– wskaźniki i alarmy,

– automatyczne zawieszanie funkcji i wstrzymywanie funkcji bezpieczeństwa,

– rodzaje sterowania,

– konserwacja,

– listy kontrolne dotyczące konserwacji,

– łatwość dostępu i wymiany elementów wewnętrznych,

– środki do łatwego i bezpiecznego usuwania problemów,

– informacje wyjaśniające zastosowania użytkowe właściwe dla kategorii odniesienia,

– przedziały czasowe sprawdzeń w przypadkach, w których ma to znaczenie.

Określone informacje o kategorii lub kategoriach i poziomie zapewnienia bezpieczeństwa systemu sterowania odpowiedzialnego za bezpieczeństwo powinny być podane w następujący sposób:

– datowane powołanie na normę ISO 13849 (tzn. ISO 13849-1:2006),

– kategoria B, 1, 2, 3 lub 4,

– poziom zapewnienia bezpieczeństwa a, b, c, d lub e.

 

Bezpieczeństwo w układach sterowania maszyn osiągniemy wtedy, kiedy w bardzo rzetelny sposób podejdziemy do każdej z faz życia systemu sterowania odpowiedzialnego za bezpieczeństwo. Wiedza i doświadczenie inżynierów odpowiedzialnych za projektowanie i wdrażanie systemów bezpieczeństwa oraz odpowiednie procedury pozwalające zweryfikować postępy prac na każdym etapie są kluczowe w osiągnięciu celu, jakim jest niezawodny układ sterowania. Przeprowadzenie poprawnej walidacji hardware’u i software’u pozwala wykryć błędy w fazie projektowania lub instalacji i uruchomienia.

Wyszkolone i doświadczone służby utrzymania ruchu, pracujące zgodnie z wypracowanymi procedurami dotyczącymi procesów oceny ryzyka, identyfikacji zagrożeń, dokumentowania zmian w dokumentacji, minimalizują popełnienie błędu.

W każdej fazie życia systemu sterowania potrzebujemy zespołu specjalistów, którzy mogą pracować w oparciu o przemyślane procedury i tylko w taki sposób jesteśmy w stanie osiągnąć cel – zapewnić bezpieczeństwo.

 

Literatura:

 

  1. Health and Safety Executive. Out of control. Why control systems go wrong and how to prevent failure. http://www.hse.gov.uk/pUbns/priced/hsg238.pdf (dostęp: 22.11.2016).

  2. PN EN ISO 13849-1 Bezpieczeństwo Maszyn. Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem. Część 1. Ogólne zasady projektowania.

 

 

Tomasz Otrębski

kierownik Regionu Południe

specjalista ds. inżynierii bezpieczeństwa maszyn i procesów

Elokon Polska

 

OPINIE

TECHNOLOGIE I USŁUGI

 

ARTYKUŁY

 

Oferta: automatyka magazynowa, case study, centrum logistyczne, dystrybucja, logistyka, magazyn, magazynier, operator logistyczny, palety, regały, studia przypadków, system wms, wózek widłowy, wózki widłowe

Background Image

Header Color

:

Content Color

:

Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług zgodnie z Polityką prywatności. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do cookie w Twojej przeglądarce lub w konfiguracji usługi. Polityka prywatności.