Osłony sterujące – wymagania, warunki użycia

osłona

Osłona sterujące jest szczególnym rodzajem osłony. Jest to taka osłona ruchoma, której zamknięcie inicjuje proces. Nie trzeba dodatkowo naciskać żadnego przycisku czy uaktywniać innego urządzenia sterującego, aby rozpocząć wykonywanie operacji. Ponieważ każdy ruch, który nie przynosi wartości dodanej do wytwarzanego produktu można potraktować jako stratę, osłony tego typu są szczególnie pożądane przez inżynierów projektujących procesy.

Klasyfikacja osłon wg PN EN 14120:2016-03

Osłony tego typu spełniają dwie funkcje:

  1. Oddzielają barierą fizyczną operatora od zagrożeń występujących w strefie niebezpiecznej,
  2. Uruchamiają realizację procesu.

Z tego powodu podlegają specjalnym wymaganiom i można je stosować pod pewnymi warunkami.

Wymagania dotyczące osłon sterujących pojawiają się w dwóch normach:

  1. PN EN ISO 12100: 2012 Bezpieczeństwo maszyn. Ogólne zasady projektowania. Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka,
  2. PN EN ISO 14120:2016 Bezpieczeństwo maszyn. Osłony. Ogólne wymagania dotyczące projektowania i budowy osłon stałych i ruchomych.

Wymagania PN EN ISO 12100 wobec osłon sterujących

Norma PN EN ISO 12100 jest normą typu A. Normy typu A określają podstawowe pojęcia, terminologię i zasady projektowania mające zastosowanie do wszystkich kategorii maszyn.

Znajdujemy w niej, (rozdział 6 Zmniejszanie ryzyka, podrozdział 6.3 Stosowanie technicznych środków ochrony i uzupełniających środków ochronnych, sekcja 6.3.3 Wymagania dotyczące projektowania osłon i urządzeń ochronnych) punkt 6.3.3.2.5, który podaje kiedy można zastosować osłonę blokującą z funkcją uruchamiania czyli osłonę sterującą.

Norma PN EN ISO 12100 dopuszcza zastosowanie osłon sterujących po spełnieniu poniższych warunków:

a) Wszystkie wymagania wobec osłon blokujących są spełnione.

W tym punkcie norma odwołuje się do wymagań normy PN-EN ISO 14119:2014-03 Bezpieczeństwo maszyn. Urządzenia blokujące sprzężone z osłonami. Zasady projektowania i doboru. Osłona sterująca musi więc być z definicji osłoną blokującą.

Wg PN EN ISO 12100:2012 (3.27.4) osłona blokująca (interlocking guard) to:

osłona sprzężona z urządzeniem blokującym i systemem sterowania maszyny w taki sposób że są spełnione następujące funkcje:

  • funkcje maszyny stwarzające zagrożenie „nadzorowane” przez osłonę nie mogą być realizowane do chwili zamknięcia osłony,
  • otwarcie osłony w czasie, gdy maszyna realizuje funkcję stwarzające zagrożenie powoduje wysłanie sygnału zatrzymania maszyny, oraz
  • funkcję maszyny stwarzające zagrożenie „nadzorowane” przez osłonę mogą być realizowane w czasie, gdy jest ona zamknięta (samo zamknięcie osłony nie powoduje rozpoczęcia realizacji funkcji maszyny stwarzających zagrożenie).

Osłona blokująca może być dodatkowo wyposażona w urządzenie ryglujące. Definicję osłony blokującej z ryglowaniem (interlocking guards with guard locking) podaje PN EN ISO 12100:2012 (3.27.5):

osłona sprzężona z urządzeniem blokującym i urządzeniem ryglującym oraz systemem sterowania maszyną w taki sposób, że są spełnione następujące funkcje:

  • funkcje maszyny stwarzające zagrożenie nadzorowane przez osłonę nie mogą być realizowane do chwili zamknięcia i zaryglowania osłony
  • osłona pozostaje zamknięta i zaryglowana do chwili aż zniknie ryzyko związane ze stwarzającymi zagrożenie funkcjami nadzorowany mi przesłonę
  • funkcję maszyny stwarzające zagrożenie nadzorowane przez osłonę mogą być realizowane w czasie gdy jest ona zamknięta i zaryglowana (samo zamknięcie Iza ryglowanie osłony nie powoduje rozpoczęcia realizacji funkcji maszyny stwarzających zagrożenie)

PN-EN ISO 14119:2014-03 zaleca, aby rozmiary, rozdzielczość i po części umiejscowienie osłon były zgodne z normą PN-EN ISO 13857 Bezpieczeństwo maszyn. Odległości bezpieczeństwa uniemożliwiające sięganie kończynami górnymi i dolnymi do stref niebezpiecznych.

Minimalne odległości osłon blokujących, w tym również osłon sterujących, od strefy zagrożenia muszą być zgodne z zaleceniami PN-EN ISO 13855 Bezpieczeństwo maszyn. Umiejscowienie technicznych środków ochronnych ze względu na prędkości zbliżania części ciała człowieka.

b) Czas trwania cyklu maszyny jest krótki

c) Maksymalny czas otwarcia osłony jest nastawiony na niską wartość (np. równy czasowi trwania cyklu), natomiast jeżeli czas ten zostanie przekroczony, funkcja/-e stwarzająca/-e zagrożenie/-a nie może (mogą) być inicjowana/-e przez zamknięcie osłony sterującej i konieczne jest resetowane przed ponownym uruchomieniem maszyny.

Zbyt długi czas otwarcia osłony sterującej musi skutkować zablokowaniem uruchomienia funkcji stwarzającej zagrożenie. Konieczna jest dodatkowo świadoma ingerencja operatora przed zainicjowaniem uruchomienia procesu za pośrednictwem osłony sterującej po dłuższym czasie, w którym pozostawała ona otwarta. Norma PN EN ISO 12100 zaleca tym celu reset funkcji uruchamiania przed ponownym uruchomieniem procesu za pośrednictwem tego rodzaju osłony.

d) Wymiary i kształt maszyny uniemożliwiają osobie, lub części ciała osoby, znalezienie się w strefie zagrożenia lub między strefą zagrożenia, a osłoną po jej zamknięciu.

W punkcie tym norma PN EN ISO 12100 odwołuje się do ogólnych zapisów normy ISO14120 (np. pkt. 5.2.3, 5.3.2) mówiących o konieczności zastosowania takich rozwiązań, aby człowiek nie pozostał w strefie pomiędzy osłoną sterującą, a strefą zagrożenia lub w samej strefie zagrożenia po zamknięciu osłony.

e) Wszystkie inne osłony zarówno stałe (odejmowalne), jak i ruchome są osłonami blokującymi

Warunkiem zastosowania osłony sterującej jest nadzór nad obecnością osłon na swoim miejscu. Wszystkie osłony, w tym odejmowalne osłony stałe, muszą być nadzorowane przez układ bezpieczeństwa, zgodnie z definicją osłony blokującej przytoczonej wyżej.

f) Urządzenie blokujące sprzężone z osłoną sterującą (osłoną blokującą z funkcją uruchamiania) jest tak zaprojektowane, np. z zastosowaniem zdwojenia czujników lub z zastosowaniem automatycznego nadzorowania (patrz PN EN ISO 12100 pkt. 6.2.11.6), aby jego uszkodzenie nie mogło nie mogło spowodować niezamierzonego/ nieoczekiwanego uruchomienia.

Norma PN EN ISO 12100 wymaga, aby uszkodzenie urządzenia blokującego osłonę sterującą nie powodowało niezamierzonego/ nieoczekiwanego uruchomienia. Podaje dwie sugestie, jak to osiągnąć.

Pierwsza z nich to redundancja, czyli zbudowanie sprzężenia urządzenia blokującego z układem bezpieczeństwa kategorii 3 wg PN-EN ISO 13849-1.

Schemat architektury kategorii 3 wg PN EN ISO 13849-1:2006

Drugie sugerowane rozwiązanie to zastosowanie automatycznego nadzorowania urządzenia blokującego osłony sterującej. W punkcie 6.2.11.6 norma PN EN ISO 12100 precyzuje jak należy rozumieć automatyczne nadzorowanie.

Automatyczne nadzorowanie jest przeznaczone do zapewnienia, że funkcja lub funkcje bezpieczeństwa realizowane przez środek ochronny nie przestaną być spełnione wtedy, gdy zmniejszeniu ulegnie zdolność jakiejś części składowej lub jakiegoś elementu do spełnienia swoich funkcji, lub gdy warunki prowadzenia procesu zmieniają się w taki sposób, że powstają zagrożenia.

Nadzorowanie automatyczne albo wykrywa defekt natychmiast albo tak dokonuje okresowych sprawdzeń, że defekt taki zostaje wykryty przed następnym przywołaniem funkcji bezpieczeństwa. W każdym przypadku środek ochronny może być uaktywniony bezzwłocznie lub z opóźnieniem, do czasu wystąpienia określonego zdarzenia (np. rozpoczęcia cyklu pracy maszyny).

Norma podaj również co może być środkami ochronnymi w przypadku zastosowania automatycznego nadzorowania:

  • Przerwanie procesu stwarzającego zagrożenie
  • Uniemożliwienie wznowienia tego procesu po pie,ym jego zatrzymaniu w następstwie wykrycia defektu,
  • Włączenie alarmu.

g) Osłona jest pewnie utrzymywana w położeniu otwarcia (np. przez sprężynę lub przeciwwagę), tak żeby jej opadnięcie pod ciężarem własnym nie inicjowało uruchomienia.

Warunek zdawałoby się oczywisty, ale warto zwrócić na niego uwagę i nie polegać tylko na własnym przekonaniu, że osłona nie opadnie. Należy zawsze zastosować konstrukcję, która zapewni utrzymanie osłony w pozycji otwartej, np. balanser o odpowiednim udźwigu lub wspomnianą w normie przeciwwagę.

Wymagania PN EN ISO 14120 wobec osłon sterujących

Normy typu B (ogólne normy dotyczące bezpieczeństwa) opisują jeden lub wiele aspektów bezpieczeństwa (normy typu B1) lub jeden lub kilka typów rodzajów zabezpieczeń, które mogą być wykorzystywane w szerokim spektrum maszyn (normy typu B2).

Norma PN EN ISO 14120 jest normą typu B2.

Norma PN EN ISO 14120:2016 w kwestii wymagań dla osłon sterujących odwołuje się do normy PN EN ISO 12100, do punktu 6.3.3.2.5, które opisano wyżej. Podaje jednak dodatkowe dwa warunki, które muszą być spełnione w przypadku tego typu osłon:

a) Wymiary i kształt maszyny umożliwiają operatorowi lub każdej osobie, mogącej ingerować w maszynę, całościowy widok na maszynę lub proces,

UWAGA: Strefa niebezpieczna rozpatrywana powyżej to każda strefa, gdzie działanie niebezpiecznego elementu jest inicjowane przez zamknięcie osłony sterującej.

Punkt pierwszy wymaga, aby operator i każda osoba, która może ingerować w maszynę, mogła obserwować  całą maszynę lub proces, który jest na niej realizowany. Wyklucza to zastosowanie osłon sterujących do uruchamiania stanowisk lub procesów, których operator nie może objąć wzrokiem. Wynika stąd również, że osłony te są dedykowane raczej do niedużych maszyn lub stanowisk. Uruchamianie za pomocą osłony sterującej rozległej, w całości automatycznej linii, gdzie operator lub inna osoba ją obsługująca nie może w całości obserwować maszyny lub procesu, który jest na niej realizowany, nie jest przez normę dozwolony.

b) W przypadku, gdy, uruchomienie maszyny za pomocą osłony blokującej z funkcją uruchamiania (osłony sterującej – przypis autora), jest jednym z możliwych trybów sterowania maszyną, wybór trybu powinien być zapewniony zgodnie z PN EN ISO 12100 pkt. 6.2.11.10.

Punkt drugi odwołuje się do wskazań normy PN EN ISO 12100 zawartych w punkcie 6.2.11.10. Zapis ten dotyczy wyboru trybu sterowania:

Jeżeli maszyna została tak zaprojektowana i zbudowana, że jest możliwe sterowanie kilkoma sposobami lub możliwych jest kilka rodzajów pracy, które wymagają stosowania różnych środków ochronnych (np. regulacja nastawianie, konserwację i naprawy, przeglądy), to powinna być ona wyposażona przełącznik rodzaju pracy, który może być ryglowany w każdym położeniu. Każde położenie przełącznika powinno być łatwo rozpoznawalne i powinna umożliwiać wybór tylko jednego sposobu sterowania lub rodzaju pracy.

Przełącznik może być zastąpiony innymi środkami wyboru, za pomocą których tylko pewne kategorie operatorów mogą używać określonych funkcji maszyny (np. kody dostępu do określonych funkcji sterowanych numerycznie).

Zapis powyższy dotyczy bezpiecznych rozwiązań stosowanych w systemach sterowania i jest zapisem ogólnym, tzn. dotyczy nie tylko osłon sterujących. Został on przywołany, aby podkreślić, że uruchamianie procesu za pomocą osłony sterującej, w przypadku, gdy jest to jedna z opcji inicjalizacji działania maszyny, podlega ogólnym wymaganiom obowiązującym w takich przypadkach.

Wybór sposobu uruchamiania procesu musi być świadomy, a tzw. selektror trybu pracy powinien spełniać wszystkie przytoczone niżej wymagania:

  • Powinien posiadać możliwość zablokowania w każdym wybranym położeniu, odpowiadającemu określonemu rodzajowi (trybowi pracy),
  • Każde położenie przełącznika powinno być czytelnie oznaczone,
  • Każde z położeń przełącznika trybu pracy powinno odpowiadać tyko jednemu rodzajowi pracy.

Norma dopuszcza zastosowanie wyboru trybu pracy za pomocą innych środków niż przełączniki elektromechaniczne. Chodzi tu głównie o wybór odpowiednich opcji w numerycznych i graficznych interfejsach użytkownika. W takich przypadkach dostęp do poszczególnych rodzajów pracy powinien być chroniony hasłem. Poszczególne tryby pracy powinny być dostępne tylko dla upoważnionych pracowników. W praktyce sprowadza się to do zdefiniowania grup pracowników i udostępnienia im odpowiednich funkcji systemu sterowania zabezpieczonych, przekazanym im, hasłem.