Czy układy bezpieczeństwa to zło konieczne?

Malum necessarium - łac. zło konieczne

Okładka kasety demo metalowej grupy Zcerneboh (źródło Encyklopedia Metalu)

Układy sterowania maszyn oprócz kontroli procesu powinny zapewniać funkcje bezpieczeństwa zapobiegające powstawaniu sytuacji zagrożenia. Jest to wymóg prawny wdrożony dyrektywą maszynową [1] Załącznik 1 pkt. 1.2 wprowadzony rozporządzeniem [2] §18-27. Funkcje bezpieczeństwa są jednak traktowane jako "zło" konieczne. Przeważa opinia, że utrudniają pracę na maszynie. Czy zawsze musi tak być?

Powodem takiej opinii jest implementowanie funkcji bezpieczeństwa, które nie uwzględniają specyfiki danej maszyny i jej przeznaczenia. Najczęstszymi błędami wtedy popełnianymi, są: wyłączanie zasilania całej maszyny, długi czas ponownego uruchomienia, brak informacji o zadziałaniu czujników i wyłączników.

Wyłączenie zasilania całej maszyny jest najczęściej spotykanym sposobem przeciwdziałania zagrożeniom. Funkcja bezpieczeństwa realizowana jest za pomocą przycisków grzybkowych lub czujników powodujących odłączenie zasilania elektrycznego i odpowietrzenie układu pneumatycznego. Jest to poprawne jeżeli operator nie musi mieć w trakcie procesu dostępu do strefy zagrożenia. Jeżeli natomiast często otwiera osłony maszyny np. żeby usunąć zablokowany element, to może to powodować nawet straty materiałowe. W takim przypadku wyłączane powinny być jedynie te napędy w maszynie, które są w zasięgu ręki operatora. Maszyna powinna zostać podzielona na strefy zagrożeń. Zaletą takiego podejścia, jest skrócenie czasu ponownego uruchomienia oraz wyeliminowanie strat w procesie. Strefy o różnym poziomie zagrożenia można zabezpieczyć funkcjami bezpieczeństwa o różnym poziomie niezawodności PL. Cała maszyna nie musi mieć wtedy układu sterowania  w kategorii 4 i PL e wg EN 13849-1.

Długi czas ponownego uruchomienia spowodowany może być realizowaniem funkcji bezpieczeństwa poprzez wyłączenie zasilania całej maszyny. Najczęstszą przyczyną jest stosowanie przetwornic lub serwonapędów w układzie zasilania silników. Jeżeli urządzenie te nie są wyposażone w funkcje STO i SLS powinny być odłączane od zasilania po wywołaniu funkcji bezpieczeństwa. Czas ponownego uruchomienia szczególnie starszych typów napędów obniża wydajność maszyny. Dla niektórych maszyn dopuszczalne jest pozostawienia napięcia pod warunkiem monitorowania zatrzymania (§23.4 rozp.[2]). Niektóre procesy, których zatrzymanie w trakcie procesu może spowodować dodatkowe zagrożenie lub dodatkowe straty nie muszą być nawet zatrzymywane (§24.2 rozp.[2]). Zmniejszenie zagrożenia można zapewnić np. poprzez zwolnienie napędów do bezpiecznej prędkości. Monitorowanie prędkości można zrealizować już za pomocą jednego (PL c)  lub dwóch czujników (PL d) oraz jednego lub dwóch enkoderów. Po wywołaniu funkcji bezpieczeństwa należy zresetować układ sterowania, więc żeby skrócić czas ponownego uruchomienia można np. stosować osłony blokujące automatycznie uruchamiające proces po zamknięciu ("control guards" pkt. 5.4.9 wg EN 953) lub instalować przyciski resetujące daną osłonę w pobliżu. 

Brak informacji o zadziałaniu czujników i wyłączników może powodować przestoje, gdy operator szuka przyczyny dla której nie może uruchomić maszyny. Ponadto zadziałanie funkcji bezpieczeństwa bez sygnalizowania i właściwej reakcji układu sterowania procesem, może spowodować straty i wydłużyć czas ponownego uruchomienia. W takim przypadku można użyć osłony ryglowanej. Jeżeli operator zgłosi potrzebę dostępu do maszyny najpierw dokończony zostanie proces, a dopiero potem odryglowana zostanie osłona. Ryglowanie osłony pozwala również zabezpieczyć proces przed przypadkowym otwarciem osłony np. na skutek drgań.

Aktualna oferta producentów wyposażenia elementów bezpieczeństwa pozwala budować elastyczne układy sterowania funkcjami bezpieczeństwa. Dzięki temu przywołanie funkcji bezpieczeństwa nie tylko nie obniża wydajności maszyny, ale dzięki przemyślanej implementacji może poprawić wydajność. Przykładem jest sterowanie oburęczne na prasie, które jednocześnie zabezpiecza ręce operatora i powoduje uruchamianie eliminując dodatkową czynność.

Źródła:

[1] DYREKTYWA 2006/42/WE PARLAMENTU EUROPEJSKIEGO I RADY z dnia 17 maja 2006 r. w sprawie maszyn, zmieniająca dyrektywę 95/16/WE (przekształcenie) (Tekst mający znaczenie dla EOG) wprowadzona rozporządzeniem [2]

[2] Dz.U. 2008 nr 199 poz. 1228 Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 października 2008 r. w sprawie zasadniczych wymagań dla maszyn

Wykaz norm:

PN-EN 953+A1:2009 Bezpieczeństwo maszyn -- Osłony -- Ogólne wymagania dotyczące projektowania i budowy osłon stałych i ruchomych

PN-EN ISO 13849-1:2008 - wersja angielska "Bezpieczeństwo maszyn -- Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem -- Część 1: Ogólne zasady projektowania"

PN-EN ISO 13849-2:2013-04 - wersja angielska "Bezpieczeństwo maszyn -- Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem -- Część 2: Walidacja"

PN-EN 60204-1:2010 - wersja polska "Bezpieczeństwo maszyn -- Wyposażenie elektryczne maszyn -- Część 1: Wymagania ogólne"