Zabezpieczenie stref niebezpiecznych i części ruchomych maszyn

 

Pracująca maszyna może stwarzać zagrożenie dla ludzi. Chodzi tutaj nie tylko o operatorów, ale również o osoby znajdujące się w pobliżu maszyny. Podstawę w zakresie bezpieczeństwa stanowią odpowiednie osłony.

 

Jeżeli zamontowanie osłon nie jest możliwe, musi być wyznaczona odpowiednia strefa zagrożenia wokół maszyny, a w niektórych przypadkach należy ją wygrodzić. Wygrodzenie jest również konieczne, jeśli pomimo zastosowania osłon zagrożenie nie zostało ograniczone.

Elementy sterownicze mające wpływ na bezpieczeństwo muszą być nie tylko widoczne, ale i łatwe do zidentyfikowania, przez co ważne jest odpowiednie oznakowanie. Usytuowanie elementów sterowniczych powinno uwzględniać lokalizacje poza strefami zagrożenia, a obsługa elementów nie może powodować zagrożeń również w aspekcie przypadkowego zadziałania.

Uruchomienie urządzenia powinno być możliwe wyłącznie w efekcie celowego zadziałania za pomocą odpowiedniego układu sterowania. Chodzi głównie o czynności związane z ponownym uruchomieniem maszyny po jej zatrzymaniu, bez względu na przyczynę zatrzymania oraz sterowanie w przypadku znaczących zmian w parametrach pracy urządzenia, zwłaszcza w odniesieniu do prędkości i ciśnienia, o ile ponowne uruchomienie instalacji lub zmiana jej parametrów nie stwarzają zagrożenia.

Układy sterowania powinny zapewnić bezpieczne zatrzymanie maszyn, natomiast na każdym stanowisku pracy powinien znajdować się element sterowniczy przeznaczony do zatrzymania całej maszyny lub odpowiednich jej podzespołów. Układy zatrzymania maszyn mają pierwszeństwo w stosunku do uruchamiających układów sterowania. Zasilanie energią odpowiednich napędów jest odłączane wraz z zatrzymaniem maszyny lub jej niebezpiecznych części.

Biorąc pod uwagę zagrożenia, jakie mogą powstać podczas pracy maszyny zależnie od czasu zatrzymania, ważne jest zastosowanie zatrzymania awaryjnego. Jeżeli występuje ryzyko upadku przedmiotów lub ich wyrzucenia, należy uwzględnić odpowiednie środki zależne od charakteru ryzyka. W przypadku, gdy maszyna może stwarzać zagrożenie emisją gazu, oparów, płynu lub pyłu, trzeba zastosować odpowiednie obudowy lub urządzenia zabezpieczające.

Na etapie montażu maszyn i ich podzespołów uwzględnia się specjalne zaczepy i inne rozwiązania, aby zapewnić stateczność konstrukcji. Oprócz tego powinno być zminimalizowane ryzyko rozpadnięcia lub oderwania części maszyn.

Jeżeli występuje ryzyko bezpośredniego kontaktu z ruchomymi częściami maszyn, konieczny jest montaż odpowiednich osłon, ewentualnie innych urządzeń ochronnych, zapobiegających dostępowi do strefy zagrożenia lub zatrzymanie ruchu części niebezpiecznych. Miejsca i stanowiska pracy lub konserwacji maszyn są odpowiednio oświetlane z uwzględnieniem rodzaju wykonywanych czynności.

Dla przykładu jedna z firm świadczy usługi dostosowania maszyn przemysłowych do minimalnych wymagań BHP. Procedura takiej oceny przebiega w kilku etapach. Na początku weryfikuje się stan techniczny urządzeń, po czym powstaje tzw. lista kontrolna. Stwierdza ona, w jakim stopniu maszyna nie spełnia określonych wymagań, przy czym określa się konieczne zmiany i sporządzany jest projekt obejmujący koszty techniczne i organizacyjne przedsięwzięcia. Na końcu są wdrażane odpowiednie rozwiązania techniczne, m.in. w postaci elementów sterowniczych, osłon bezpieczeństwa, instalacji odłączania maszyn od źródeł energii, znaków ostrzegawczych itp.

 

Ochrona przed zagrożeniami mechanicznymi w maszynach

Osłony stanowią materialną przegrodę pomiędzy człowiekiem a zagrożeniem mechanicznym. Funkcje osłony mogą spełniać również ogrodzenia, pokrywy, drzwi itp. Osłony muszą mieć mocną konstrukcję oraz utrudnione usunięcie. Nie mniej ważne jest przy tym umieszczenie osłon w odpowiedniej odległości od strefy zagrożenia, powodowanie możliwie najmniej utrudnień podczas pracy oraz niestwarzanie zagrożeń. Osłony muszą umożliwiać wykonywanie, jeżeli jest to możliwe bez ich usuwania, koniecznych prac obejmujących instalowanie lub wymianę narzędzi. Powinno być również możliwe realizowanie czynności konserwacyjnych przy ograniczonym dostępie tylko do obszaru, gdzie prace te mają być wykonywane. Przy doborze osłon bierze się pod uwagę sposób ich zamocowania i działania, możliwość regulacji, stopień wypełnienia oraz stopień osłonięcia zagrożenia.

Bardzo często osłona jest łączona z miejscem zainstalowania na stałe (tzw. osłona stała), poprzez połączenie nierozłączalne, uzyskiwane chociażby w efekcie spawania. Oprócz tego zastosowanie mogą znaleźć połączenia rozłączalne w efekcie zastosowania śrub, co zapobiega usunięciu lub otwarciu osłony bez użycia narzędzi.

W praktyce zastosowanie znajdują również osłony ruchome uzyskiwane poprzez elementy mechaniczne umożliwiające ich otwieranie bez użycia narzędzi. Rozwiązanie tego typu zazwyczaj bazuje na prowadnicach i zawiasach.

W zależności od aplikacji osłony działają w powiązaniu z blokadą wyposażoną w urządzenie ryglujące lub działającą bez niego. Jednak w wielu maszynach osłony pracują samodzielnie, czyli bez blokady. Osłona jest skuteczna tylko przy zamknięciu, zatem w odniesieniu do osłony stałej, określenie „zamknięcia” oznacza „połączona z miejscem zainstalowania”.

W maszynach, gdzie dostęp operatora do strefy zagrożenia podczas normalnej pracy nie jest wymagany, należy stosować osłony stałe. Normy mówią o możliwości zastosowania osłon ruchomych blokujących lub samoczynnie zamykających bądź odległościowych samoczynnych urządzeń ochronnych, takich jak np. kurtyny świetlne.

Od osłon należy odróżnić urządzenia ochronne, czyli takie, które nie stanowią materialnej przegrody. Urządzenia ochronne w czasie normalnego funkcjonowania maszyny uniemożliwiają uaktywnienie zagrożenia mechanicznego, podczas gdy człowiek lub część jego ciała znajduje się w strefie zagrożenia, lub uniemożliwiają wtargnięcie do tej strefy zagrożenia czynnikiem. Urządzenia ochronne zapobiegają także naruszeniu normalnego funkcjonowania maszyny lub innego obiektu technicznego. Do urządzeń ochronnych zalicza się urządzenia oburęcznego sterowania, urządzenia fotoelektryczne, maty czułe na nacisk, zawory bezpieczeństwa, ograniczniki udźwigu, a także urządzenia blokujące, ryglujące i zezwalające na uruchomienie maszyny.

Na przykład wyłączniki pozycyjne z funkcją bezpieczeństwa oferowane przez firmę Schmersal nadają się do osłon przesuwnych i uchylnych, które muszą być zamknięte w celu zapewnienia bezpieczeństwa podczas pracy. W połączeniu z modułami bezpieczeństwa monitorującymi wszystkie wyłączniki pozycyjne klasy 1 mają kategorię sterowania 3–4 według EN 954-1.

 

Bezpieczeństwo układów sterowania

Norma EN 62061 określa wymagania względem bezpieczeństwa funkcjonalnego systemów elektrycznych (SRECS). W myśl zapisów normy projektanci systemów automatyki muszą mieć dane wejściowe dotyczące wszystkich aspektów bezpieczeństwa SRECS. Ważny jest sposób systematycznego postępowania odnoszącego się do całego cyklu życia dotyczącego bezpieczeństwa systemu sterowania maszyny. Funkcje sterowania realizowane przez SRECS, zapewniając ochronę przed określonym rodzajem zagrożenia, są funkcjami sterowania związanymi z bezpieczeństwem. Funkcje sterujące mają określony poziom nienaruszalności i obejmują utrzymanie warunków bezpieczeństwa maszyny lub zapobiegają bezpośredniemu wzrostowi ryzyka.

W normie EN 62061 przewidziano trzy poziomy nienaruszalności bezpieczeństwa dla SRECS. Wraz ze wzrostem SIL dla każdego SRECS maleje prawdopodobieństwo, że SRECS nie będzie w stanie wykonać wymaganej funkcji sterowania dotyczącej bezpieczeństwa.

W zakresie systemów bezpieczeństwa warto wspomnieć o normie PN EN 9541, w oparciu o którą można szacować kategorie ryzyka. Na etapie doboru lub projektowania elementów systemów sterowania maszyn pełniących funkcje bezpieczeństwa, zarówno w odniesieniu do sprzętu, jak i oprogramowania, wykorzystuje się procedury określania kategorii oraz opisy właściwości funkcji bezpieczeństwa. Zgodnie z normą PN EN 9541 wyróżniane są kryteria w zakresie poszczególnych elementów ryzyka. Ciężkość urazu (S) może być lekka, zazwyczaj odwracalna (S1) oraz ciężka, zwykle nieodwracalna, łącznie z urazami śmiertelnymi (S2). Określa się również kryterium w zakresie częstotliwości i/lub czasu trwania narażenia (F). W tym przypadku parametr ten może być rzadki lub dość częsty z krótkim czasem narażenia (F1) oraz częsty do ciągłych z długim czasem narażenia. Zwraca się przy tym uwagę na kryterium w postaci przeciwdziałania zagrożeniu (P), które może być możliwe w określonych warunkach (P1) oraz możliwe z trudnością (P2).

W systemach automatyki przemysłowej coraz większą uwagę zwraca się na bezpieczeństwo wymiany danych pomiędzy elementami systemów sterowania, np. w urządzeniach RTU. Urządzenia RTU stanowią główne źródło informacji dla systemów SCADA oraz są kluczowymi podzespołami związanymi ze sterowaniem. Obecnie urządzenia RTU to zaawansowane komputery przemysłowe wyposażone w systemy operacyjne, bazy danych, aplikacje i komunikujące się poprzez technologię IP, czyli z punktu widzenia cyberbezpieczeństwa infrastruktura OT systemów SCADA ma podobne podatności na zagrożenia jak typowa infrastruktura IT. Podobnie jak w obszarze IT aspektów bezpieczeństwa jest wiele, ale jednym z kluczowych jest bezpieczne zarządzanie i bezpieczna komunikacja z urządzeniami RTU w kontekście zapewnienia trzech kluczowych fundamentów polityki bezpieczeństwa, tj. zapewnienia dostępności, integralności i poufności informacji.

 

Urządzenia zatrzymania awaryjnego

Przyciski stopu awaryjnego umieszcza się na panelach sterowania, na tablicach rozdzielczych i sterowniczych, a także na obudowach urządzeń dźwignicowych i przenośników. W efekcie ręcznej aktywacji przycisku rozpoczyna się sekwencja robocza oraz procedura funkcjonalna lub jest możliwe zakończenie tych czynności.

W systemach bezpieczeństwa maszyn niejednokrotnie zastosowanie znajdują linkowe wyłączniki awaryjne. Chodzi głównie o maszyny i ich elementy, które nie mogą być zabezpieczone osłonami. Linkowe wyłączniki bezpieczeństwa, w porównaniu z przyciskami grzybkowymi, inicjują polecenie zatrzymania za pomocą linki na dowolnej jej długości. Wyjście wyłącznika ma styki NO/NC. W nowoczesnych wyłącznikach linkowych uwzględnia się rozwiązania kontrolujące zerwanie linki, czyli jeżeli dojdzie do jej zerwania, to zestyki będą wysterowane. Stan roboczy wyłącznika linkowego jest przywracany dzięki funkcji resetowania.

Wiele maszyn przemysłowych bazuje na wyłącznikach bezpieczeństwa wyposażonych w oddzielny aktywator. Najczęściej są one montowane na zdejmowanych, uchylnych, przesuwanych i zamykanych osłonach bezpieczeństwa. Oprócz tego niejednokrotnie zastosowanie znajdują magnetyczne czujniki bezpieczeństwa nadzorujące pozycję osłon, zwłaszcza w aplikacjach narażonych na zabrudzenia lub gdzie konieczne jest spełnienie wymagań dotyczących higieny. Ze względu na to, że miejsce montażu czujnika może być ukryte, miejscem instalacji jest np. przestrzeń pod materiami niemagnetycznymi. Spektrum zastosowania czujników (sensorów) magnetycznych obejmuje przede wszystkim aplikacje wymagające precyzyjnego zamykania osłon z koniecznością uwzględnienia większych tolerancji.

Wiele systemów bezpieczeństwa wykorzystuje urządzenia zezwalające, które zazwyczaj stosuje się we współpracy z innymi środkami bezpieczeństwa, przede wszystkim w aplikacjach wymagających ochrony przed całkowitym lub częściowym zdezaktywowaniem osłon maszyny w specjalnych strefach roboczych. Chodzi bowiem o bezpieczne przeprowadzenie prac związanych z konfigurowaniem maszyny i czynnościami serwisowymi. Jeżeli przycisk jest zwolniony przez operatora, maszyna zostaje bezpiecznie zatrzymana. Typowe urządzenie zezwalające bazuje na obudowie wykonanej z tworzywa termoplastycznego o wysokim poziomie odporności na oleje i benzynę lakową.

Na przykład wyłącznik linkowy 3SE7150-1BD04 firmy Siemens znajduje zastosowanie przy kontroli lub jako urządzenie wyłączania awaryjnego dla szczególnie zagrożonych części urządzeń. W wersjach 3SE71...B... przewidziano wymuszony zatrzask i dociskane zwolnienie ciśnienia do zastosowania w urządzeniach wyłączania awaryjnego według EN 418.

 

Monitorowanie w pozycji bezpiecznej

Bezpieczne monitorowanie pozycji części maszyn znajduje zastosowanie przede wszystkim w takich aplikacjach, jak monitorowanie pozycji osi kierowanych i ramion wychylnych, np. przy sterowaniu polami monitorowania laserowych skanerów bezpieczeństwa w przypadku przełączania prędkości w wózkach samojezdnych.

W aplikacjach związanych z bezpiecznym monitorowaniem pozycji niejednokrotnie zastosowanie znajdują bezkontaktowe czujniki monitorowania drzwi. Na przykład rodzina produktów TR4 Direct z oferty firmy Sick jest stosowana przy monitorowaniu systemów nadzoru drzwi o wysokim stopniu ochrony przed manipulacją. Zasięg działania w urządzeniach tego typu wynosi do 25 mm. Urządzenia są uniwersalnie kodowane, zapewniając poziom bezpieczeństwa PL e (EN ISO 13849). Czujnik ma dwa wyjścia bezpieczeństwa OSSD. Jest przy tym możliwe bezpieczne połączenie szeregowe maksymalnie 30 czujników. Opcjonalnie czujnik wyposaża się we wskaźnik granicy zakresu i magnes trzymający. Oprócz tego zastosowanie znajdują elektromechaniczne wyłączniki bezpieczeństwa przeznaczone do monitorowania osłon ruchomych.

W systemach bezpieczeństwa niejednokrotnie wykorzystuje się przekaźniki bezpieczeństwa. Dostępne na rynku urządzenia tego typu w zależności od modelu mogą być stosowane w aplikacjach wymagających różnych kategorii bezpieczeństwa. Stąd też odpowiednie przekaźniki pozwalają na zabezpieczanie w aplikacjach niskiego ryzyka (kategoria 2 według EN954-1), takich jak maszyny tekstylne, maszyny dla przemysłu drzewnego czy też w systemach ochrony dostępu. Produkowane są zgodnie z normami EN61496-1 i IEC61496-2 i spełniają wymagania zawarte m.in. w dyrektywie maszynowej – 2006/42/WE, dyrektywie niskonapięciowej – 2006/95/WE oraz w dyrektywie EMC –2004/108/WE.

Dostępne są również urządzenia kategorii 4 oraz kategorii 3, które zapewniają bezpieczeństwo osób w przypadku zetknięcia z niebezpiecznymi maszynami i elementami aż do ryzyka klasy 4. Przekaźniki bezpieczeństwa tego typu stosuje się najczęściej w prasach metalu oraz w robotach.

Na rynku nie brakuje przekaźników spełniających wymagania najnowszych standardów bezpieczeństwa (IEC61496, EN61496-1) zwłaszcza pod kątem bezpiecznej pracy tzw. aplikacji wysokiego ryzyka aż do kategorii 4 (PN-EN954-1). Chodzi o takie urządzenia, jak prasy, roboty i inne potencjalnie niebezpiecznie maszyny. Przekaźniki tego typu stosowane są w tzw. systemach średniego ryzyka, czyli w paletyzerach, owijarkach, liniach automatycznych itp. Na przykład przekaźnik bezpieczeństwa 3TK2820 firmy Siemens wykorzystuje się w aplikacjach kontroli stopu awaryjnego lub aplikacjach związanych z osłonami bezpieczeństwa ze stykami bezpotencjałowymi. Mogą to być aplikacje dla SIL 3/PL e (PFH D = 9,4 × 10 – 10 1/h) oraz aplikacje dla kategorii 4 według EN 954-1. Z kolei sterownik AC500 firmy ABB znajduje zastosowanie w aplikacjach bezpieczeństwa funkcjonalnego, np. żurawie budowlane i stoczniowe, suwnice kontenerowe, zrobotyzowane linie produkcyjne, duże turbiny wiatrowe itp. Odrębny procesor bezpieczeństwa czuwa nad funkcjami bezpieczeństwa, także gdy procesor główny PLC jest zatrzymany.

 

W przypadku zakupu nowych maszyn przemysłowych i linii technologicznych należy zadbać, aby dostawca potwierdził spełnianie odpowiednich wymagań technicznych. Z kolei w starszych maszynach niejednokrotnie konieczne jest zrealizowanie inwestycji, które umożliwią dostosowanie maszyn i urządzeń do obowiązujących przepisów prawnych i wymagań technicznych.

 

Damian Żabicki

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.