Bezpieczna produkcja

Należy zastanowić się, jakie mogą być przyczyny niebezpiecznych zdarzeń w zakładach produkcyjnych, które mogą spowodować uszczerbek na zdrowiu, czasami nieodwracalny, a w skrajnych sytuacjach utratę życia. Narażeni na niebezpieczeństwo są wszyscy ludzie, którzy mogą znaleźć się w pobliżu jakiegokolwiek urządzenia lub maszyny w zakładzie produkcyjnym, z reguły są to ludzie je obsługujący. Producenci i integratorzy systemów automatyki swoimi działaniami mogą znacząco minimalizować ryzyko wystąpienia sytuacji niebezpiecznej, jednak nic nie zastąpi zdrowego rozsądku i zachowywania należytej ostrożności. Ważnym dla osób potencjalnie narażonych na niebezpieczeństwo związane z systemami automatyki jest wyzbycie się zgubnej rutyny oraz szybkie reagowanie na wszelkie nieprawidłowości, które zaobserwują. Oczywiście na większość zastosowanych zabezpieczeń, czy to mechanicznych, czy elektrycznych, czy programowych, można znaleźć sposób ich obejścia, co chętnie czynią niektórzy nierozważni ludzie. Motywem ich działania jest najczęściej ułatwienie sobie pracy, bo nie da się ukryć, że zachowanie norm bezpieczeństwa często czyni dany system automatyki mniej elastycznym i przyjaznym dla obsługi. Takie działanie jest jednak nierozsądne, ponieważ nic nie powinno być ważniejsze niż bezpieczeństwo.

Komponenty automatyki a bezpieczeństwo

Na początek rozważań na temat bezpieczeństwa w przemyśle warto dokonać krótkiego przeglądu różnego typu komponentów automatyki, które są bezpośrednio powiązane z tą tematyką. Dodatkowo należy zastanowić się nad przykładowymi zastosowaniami danych grup produktowych oraz wyszczególnić cechy, na które warto zwracać uwagę podczas doboru konkretnego modelu w obrębie danej grupy.

Kluczowymi elementami wielu systemów automatyki odpowiedzialnymi za bezpieczeństwo maszyn i urządzeń są sterowniki bezpieczeństwa. Wespół z różnymi urządzeniami zbierającymi dane z otoczenia, tworzą systemy dbające o zdrowie i życie operatorów. Dzięki odpowiedniemu działaniu sterowników bezpieczeństwa możliwe jest bezpieczne zatrzymywanie poszczególnych podzespołów lub wszystkich składowych danych maszyn i urządzeń oraz doprowadzanie ich w możliwie jak najkrótszym czasie do stanu optymalnego pod względem bezpieczeństwa. Zadaniami realizowanymi przez omawianą grupę urządzeń są: obserwacja stanów czujników i urządzeń kontrolujących bezpieczeństwo, odpowiednie reagowanie na działania operatora systemu przez dobieranie odpowiedniego trybu pracy w zależności od trwającej operacji technologicznej. W przypadku wystąpienia sytuacji odbiegającej od normy – potencjalnie niebezpiecznej – sterownik wpływa na urządzenia wykonawcze, najczęściej zatrzymując je awaryjnie i blokując ich działanie w normalnym trybie do czasu ustania sytuacji awaryjnej i potwierdzenia tego faktu przez operatora. Dodatkowo z użyciem sygnalizatorów świetlnych, dźwiękowych lub wyświetlaczy, sterownik informuje obsługę o stanie, w którym znajduje się dany system.

Na rynku automatyki dostępnych jest wiele sterowników omawianego typu. Najbardziej elastycznym rozwiązaniem dla zapewnienia bezpieczeństwa są sterowniki programowalne umożliwiające konfigurowanie działania systemu za pomocą dedykowanego do tego celu oprogramowania. Wybierając konkretny model z omawianej grupy produktowej, należy zwrócić uwagę na takie aspekty jak: możliwość działania w wybranych sieciach przemysłowych oraz liczba wejść i wyjść obsługujących peryferia wchodzące w skład systemów bezpieczeństwa.

Jedną z firm specjalizujących się w dystrybucji sterowników bezpieczeństwa jest firma Sick. Oferuje ona zarówno urządzenia, których konfigurowanie odbywa się za pomocą przełącznika obrotowego i odpowiedniego okablowania (Flexi Classic), jak i urządzenia programowalne, których konfigurowanie jest realizowane z użyciem dedykowanego do tego celu oprogramowanie (Flexi Soft). Inną serią produktów z grupy sterowników opisywanego typu jest seria Pluto, którą można znaleźć w ofercie firmy ABB. Jej przedstawicielami są sterowniki autonomiczne przeznaczone do działania w sieci bezpieczeństwa AS-i, w której wszystkie komponenty bezpieczeństwa są podłączone do jednego kabla.

Popularnymi formami ochrony przed nieautoryzowanym dostępem do elementów systemu potencjalnie niebezpiecznych są ogrodzenia i zagrody. Jednak to bariery i kurtyny świetlne są rozwiązaniem atrakcyjniejszym dla obsługi systemu. Jest tak dlatego, ponieważ pozwalają one na wejście w obszar chroniony podczas trwania niektórych etapów procesów produkcyjnych bez konieczności ingerencji w ustawienie elementów fizycznych. Taka potrzeba może istnieć przykładowo w systemach, w których konieczne jest dostarczanie i odbiór surowca czy też gotowego produktu w konkretnych etapach procesu.

Zasada działania bariery i kurtyny świetlnej jest podobna. Zasadniczo wszystko opiera się na emisji promieni świetlnych z nadajnika w kierunku odbiornika. Niedotarcie określonej ilości nadanych promieni do odbiornika oznacza wystąpienie sytuacji niebezpiecznej. Kurtynę od bariery odróżnia większa gęstość emitowanych promieni. Można przyjąć założenie, że bariera jest zabezpieczeniem ogólnym, zaś kurtyna zabezpieczeniem szczegółowym. Przykładowo bariera może stanowić pierwszą linię ochrony przed nieautoryzowanym dostępem do strefy oddziaływania systemu automatyki, zaś kurtyna może chronić przed przypadkowym włożeniem ręki czy głowy w strefę działania elementu ruchomego. Podczas doboru odpowiedniego modelu kurtyny lub bariery świetlnej należy zwrócić uwagę na rozdzielczość danego egzemplarza wyrażaną w milimetrach, wysokość chronionego obszaru, klasę bezpieczeństwa według ICE 61496-1 
oraz liczba emitowanych promieni.

Przykładowa seria barier to deTEM2 z oferty firmy Sick, której reprezentanci chronią obszary do 1200 mm wysokości, emitując od 2 do 4 promieni. Firma Pilz Polska w swoim portfolio posiada tymczasem przykładową serię kurtyn PSENopt II, której przedstawiciele emitują do 192 promieni, osiągając jednocześnie rozdzielczość 4 mm.

Urządzeniem realizującym podobne zadania co bariery i kurtyny świetlne jest skaner bezpieczeństwa. Znajduje on zastosowanie wszędzie tam, gdzie strefa bezpieczeństwa może być wyznaczona w postaci wycinka koła. Podczas doboru konkretnego modelu należy zwrócić uwagę na jego klasę bezpieczeństwa, maksymalny kąt widzenia wyrażany w stopniach oraz maksymalny zasięg liczony w metrach. Przykładowe skanery bezpieczeństwa posiadają w swojej ofercie między innymi firmy Pilz Polska oraz Panasonic. Odpowiednio serie PSENscan oraz SD3 zapewniają kąty widzenia 275o i 190o oraz zasięg 5,5 m oraz 4 m.

Innym komponentem zabezpieczającym wybrany obszar jest mata bezpieczeństwa. Wtargnięcie na jej powierzchnię wyzwala sygnał informujący o nieautoryzowanym wejściu w strefę niebezpieczną. Kolejnymi elementami automatyki, które mogą stanowić zabezpieczenie elementów ruchomych są zderzaki. Aktywacja sygnału informującego o wystąpieniu sytuacji wymagającej inicjalizacji procedury awaryjnej następuję po zetknięciu powierzchni zderzaka z przedmiotem lub osobą. Oczywiście uderzenie stanowi bodziec do zatrzymania elementu ruchomego, na którym znajduje się zderzak.

Komponentami o mniejszych wielkościach, które odpowiadają za bezpieczeństwo systemów automatyki, są przyciski bezpieczeństwa. Powinny być one umieszczone w miejscach łatwo dostępnych dla operatorów i osób postronnych. Ich użycie powinno wywoływać uruchomienie procedury awaryjnej – bezpieczne zatrzymanie wszystkich ruchomych urządzeń. Przycisk bezpieczeństwa powinien wyraźnie odróżniać się od innych przycisków oraz przełączników i być odpowiednio wyeksponowany. Jest to bowiem podstawowy element, który może być użyty przez człowieka, gdy ten zauważy sytuację niebezpieczną.

Innym komponentami o małych wymiarach, który jest powszechnie używany w systemach bezpieczeństwa jest zamek elektromagnetyczny. Znajduje on najczęściej zastosowanie w bramkach znajdujących się w ogrodzeniu stanowiącym ochronę przed nieautoryzowanym dostępem do systemu automatyki oraz w różnego rodzaju drzwiach chroniących konkretne elementy systemu lub też szafy elektryczne. Rozwarcie obwodu, a więc otwarcie drzwi czy bramki, jest sygnałem informującym o wystąpieniu sytuacji potencjalnie niebezpiecznej.

Większa produktywność i bezpieczeństwo dzięki weryfikacji urządzeń pomiarowych z technologią IIoT bez przerw. Mariusz Szwagrzyk, menedżer produktu i branży, pomiary poziomu i branża chemiczna, Endress+Hauser Polska sp. z o.o. Urządzenia kontrolno-pomiarowe ery czwartej rewolucji przemysłowej pomagają zebrać w chmurze i bez zbędnego opóźnienia wykorzystać szczegółowe informacje z procesów technologicznych. Celem jest przyspieszenie podejmowania właściwych decyzji w zakładzie. Ta sama chmura umożliwia również – na podstawie informacji od Endress+Hauser o planach produkcyjnych odnośnie urządzeń AKPiA, terminach i warunkach dostaw – obsługę nowej inwestycji lub modernizacji zgodnie z harmonogramem i w sposób zautomatyzowany. Heartbeat Technology w urządzeniach kontrolno-pomiarowych podnosi jakość zarządzania zakładem przemysłowym. Zysk to czytelny raport dostępny na każde żądanie w chmurze w ciągu kilku minut, który jest spójny z wymaganiami kontroli jakości produkcji i systemu zarządzania bezpieczeństwem zakładowym. Dzięki niemu ułatwiona jest też szybka ocena wpływu procesu technologicznego na kondycję urządzeń, co zwiększa komfort pracy służb UR.

Bezpieczeństwo układów napędowych

Potencjalnie najbardziej niebezpieczne dla obsługi systemów zautomatyzowanych i osób postronnych są układy będące w ruchu. Ruchome części maszyn i urządzeń, w szczególności dla osób, które nie są dokładnie zaznajomione z ich specyfiką, są realnym zagrożeniem dla ich zdrowia i życia. Ze względu chociażby na poruszaną masę i osiągane prędkości, ogromne niebezpieczeństwo jest związane z elementami wchodzącymi w skład różnego rodzaju systemów napędowych.

Dla producentów i integratorów automatyki, którzy muszą zadbać o odpowiednie zabezpieczenie systemów napędowych, kluczowe jest stosowanie odpowiednich dla danej aplikacji funkcji bezpieczeństwa. Podstawową funkcją bezpieczeństwa jest STO (Safe Torque Off), czyli bezpieczne wyłączenie momentu. Według klasyfikacji zawartej w normie PN-EN 60204-1 odpowiada ona kategorii 0, czyli niekontrolowanemu zatrzymaniu przez natychmiastowe odcięcie zasilania. Jej zadaniem jest doprowadzenie do stanu, w którym napędzany silnik nie będzie miał momentu napędowego. Zatrzymanie silnika następuje przez wybieg.

Inną popularną funkcją bezpieczeństwa jest funkcja SS1 (Safety Stop 1). Jej realizacja przebiega dwuetapowo. W pierwszej fazie następuje bezpieczne zatrzymanie silnika w kontrolowany sposób po rampie. Po osiągnięciu zerowej prędkości lub założonej minimalnej prędkości granicznej realizowany jest drugi etap, który jest niczym innym jak funkcją bezpiecznego zdjęcia momentu napędowego STO. W tym etapie dochodzi dopiero do odcięcia zasilania. Według wspomnianej wyżej normy jest to zatrzymanie kontrolowane – kategoria 1. Omawiana funkcja bezpieczeństwa znajduje zastosowanie przykładowo w przypadku wrzecion, pił czy pras.

Kategoria 2 według klasyfikacji zawartej w normie PN-EN 60204-1 różni się od  kategorii 1 tym, że zasilanie w drugim etapie nie jest odcinane i służy do unieruchomienia napędu w danym położeniu. Funkcja bezpieczeństwa realizująca tego typu zatrzymanie to funkcja SS2 (Safety Stop 2). Podobnie jak w przypadku SS1 proces zatrzymania następuje dwuetapowo. Pierwszy etap przebiega tak samo jak w funkcji SS1, drugi z etapów jest realizacją funkcji SOS, czyli bezpiecznego zatrzymania pracy (Safety Operating Stop). Zaletą funkcji SS2 jest możliwość szybszego restartu silnika. Znajduje ona zastosowanie w aplikacjach, w których wymagane jest cykliczne wykonywanie czynności konserwacyjnych i obsługowych.

Inne przykładowe funkcje bezpieczeństwa wraz z krótką charakterystyką przedstawiono w tabeli.

Coraz większą popularnością cieszą się zintegrowane funkcje bezpieczeństwa, którymi może poszczycić się wielu producentów i dystrybutorów układów napędowych. Zintegrowaną funkcję bezpieczeństwa STO można znaleźć przykładowo w przemiennikach częstotliwości z serii Astraada DRV-24 firmy Astor oraz serii GA700 z portfolio firmy Yaskawa.

Z kolei firma Lenze oferuje serwonapęd z serii 9400, który ma liczne zintegrowane funkcje bezpieczeństwa, tj. STO, SS1, SS2, SOS, SLS, SSR, SDI. Natomiast firma Beckhoff posiada w swoim portfolio system TwinSAFE, na który składają się karty bezpieczeństwa umieszczane w napędach, moduły i oprogramowanie. Przykładowo w serwonapędach serii AX8000 umożliwia on realizację praktycznie wszystkich funkcji bezpieczeństwa tj. STO, SS1, SS2, SOS, SDI, SBC, SAR, SLT, SLS, SSR. W przypadku dwóch ostatnich funkcji można określić do ośmiu prędkości granicznych.

Nikogo nie powinien dziwić fakt, że coraz więcej projektantów i integratorów systemów automatyki decyduje się na zastosowanie omawianego typu sprzętu, bowiem zaletą zintegrowanych rozwiązań jest redukcja liczby elementów systemu oraz stopnia skomplikowania systemów połączeń. Jest to również rozwiązanie dużo wygodniejsze.

Poprawa bezpieczeństwa przez zastosowanie odpowiednich chwytaków i czujników Dariusz Domański, inżynier sprzedaży, Schunk Sp. z o.o. Aby zapewnić bezpieczeństwo pracy związane z zastosowaniem chwytaków już na etapie projektowania stanowiska należy zapewnić trwałe, bezpieczne uchwycenie detalu. Można to zrealizować stosując kilka zasad oraz wykorzystując niektóre z podzespołów firmy Schunk. Zastosowany chwytak powinien mieć odpowiednią siłę chwytu, uwzględnijacą w obliczeniach dynamikę układu, w jakim znajduje się trzymany detal. Im jest wyższy współczynnik tarcia między detalem a palcami chwytaka tym mniejsze prawdopodobieństwo, że detal wysunie się z uchwytu. Współczynnik tarcia można zwiększyć na kilka sposobów. Jednym z nich jest zastosowanie specjalnych nakładek na palce np. z tworzywa, gumy bądź z teflonu. Innym rozwiązaniem coraz cześciej stosowanym jest nanoszenie odpowiednich powłok na palce o odpowiednich parametrach dobranych specjalnie do przenosznego detalu. W pewnych przypadkach można wykorzystać dodatkowe podzespoły Schunk np. chwytaki ze sprężyną, co pozwala na zabezpieczenie detalu podczas awaryjnego spadku ciśnienia, bądź zatrzymania maszyny. Zastosować można również specjalne zawory mechaniczne utrzymujące ciśnienie w komorze chwytaka, co działa podobnie jak sprężyna. Zaletą stosowania tego typu zaworów jest możliwość blokowania chwytaka w pozycji otwartej i zamkniętej, natomiast sprężyna jest wersją jednostronną wybieraną podczas zamówienia. Kolejnym i ostatnim zabezpieczeniem takiego układu jest zastosowanie szeregu czujników, które monitorują przebieg całej operacji związanej z manipulacją detalem.

Projekt a bezpieczeństwo

Warto zastanowić się nad tym, jak maksymalizować dbałość o bezpieczeństwo podczas projektowania systemów automatyki. Przede wszystkim należy przeprowadzić ocenę i analizę ryzyka zgodnie z obowiązującymi normami. Na rynku obecnych jest ogromna liczba firm specjalizujących się w tego typu zadaniach. Aby dane urządzenie mogło być dopuszczone do sprzedaży, musi być poddane takim działaniom na zlecenie producenta.

Istotne jest wyszczególnienie wszystkich elementów ruchomych oraz znalezienie wszystkich peryferiów zagrażających życiu i zdrowiu. Chodzi tu przede wszystkim o układy napędowe, narzędzia wykonawcze, tj. wrzeciona i piły, ale również o różnego rodzaju agregaty, źródła laserowe czy elektrozawory sterujące dopływem wszelkiego rodzaju mediów. Istnieje konieczność stwierdzenia, za pomocą jakich funkcji bezpieczeństwa należy zatrzymać pracę danego elementu. Inaczej trzeba zatrzymać dopływ gazu, inaczej ruch w poziomie, a inaczej ruch w pionie. Już na etapie projektowania należy zastanowić się nad wyznaczeniem stref niebezpiecznych oraz sposobem ich zabezpieczenia. Poniżej kilka przykładów na to, jak projektując system automatyki, można wpłynąć na minimalizację ryzyka wystąpienia sytuacji niebezpiecznej.

Jednym z przykładów jest podłączenie przemiennika częstotliwości obsługującego wrzeciono frezerskie do sterownika bezpieczeństwa. Aktywacja procedury awaryjnej spowoduje zatrzymanie obrotów wrzeciona z zachowaniem odpowiednich funkcji bezpieczeństwa. Podobnie agregat plazmowy lub spawarkę należy podpiąć do sterownika bezpieczeństwa, aby wystąpienie sytuacji odbiegającej od normy automatycznie i niezwłocznie zatrzymywało pracę tych urządzeń i implikowało ich przejście w tryb awaryjny.

Innym przykładem minimalizacji potencjalnych zagrożeń jest korzystanie z odpowiedniego typu czujników. Nie pozostaje bez znaczenia to, czy w danej sytuacji użyty zostanie czujnik typu NO (normal open – normalnie otwarty), czy NC (normal close – normalnie zamknięty). Przykładowo wyłączniki krańcowe powinny działać w logice NC, gdyż w przypadku ich awarii, system sterowania będzie błędnie informowany o tym, że dany element znajduje się na wyłączniku krańcowym, jednocześnie będzie to jednak implikować jego unieruchomienie. Jest to sytuacja bezpieczna. Gdyby taki wyłącznik był zgodny z logiką NO, jego awaria lub brak zasilenia nie zostałyby w porę wykryte i mogłoby dojść do sytuacji niebezpiecznej.

Kolejny przykład to stosowanie odpowiednich osłon do urządzeń i maszyn potencjalnie niebezpiecznych dla zdrowia i życia. Za przykład niech posłuży światłowodowa wycinarka laserowa, która dla ochrony wzroku osób przebywających w jej pobliżu musi być szczelnie zabudowana. Aby zapewnić dostęp do paleniska, obudowa musi mieć drzwi, a te muszą być zabezpieczone elektromagnetycznym zamkiem bezpieczeństwa. Rozwarcie jego obwodu spowodowane otwarciem drzwi podczas wycinania laserem światłowodowym musi powodować natychmiastowe przerwanie cięcia lub co najmniej wyłączenie emisji wiązki oraz uniemożliwienie jego ponownego uruchomienia przez cały czas, w którym układ jest rozwarty.

Na jakie funkcje bezpieczeństwa w systemach napędowych należy zwrócić uwagę? Kamil Wójcik, International Machinery Safety Expert, PILZ Polska Głównym założeniem bezpiecznej pracy na maszynach jest uniemożliwienie dostępu operatora do ruchów niebezpiecznych danej maszyny. Odbywać się to może poprzez funkcje zatrzymania – dostępne niemal we wszystkich maszynach. Norma PN-EN 60204-1: „Bezpieczeństwo maszyn – Wyposażenie elektryczne maszyn – Część 1: Wymagania ogólne” definiuje trzy podstawowe kategorie zatrzymania – 0, 1 i 2. Zatrzymanie kategorii 0 prowadzi do natychmiastowego przerwania energii dostarczanej do danego urządzenia wykonawczego. Popularnie kategoria 0 nazywana jest funkcją STO (Safe Torque Off). Kategoria 1 (Safe Stop 1 – SS1) różni się od kategorii 0 tym, że przerwanie energii dostarczanej do aktuatora następuje dopiero po całkowitym zatrzymaniu napędu. Po wywołaniu funkcji bezpiecznego zatrzymania dostarczana energia ma na celu wyhamowanie danego napędu. Zatrzymanie kategorii 2 (Safe Stop 2 – SS2) jest powieleniem zatrzymania kategorii 1 z tą różnicą, że po zatrzymaniu urządzenia wykonawczego nie następuje przerwanie energii dostarczanej do napędu. Nowoczesne rozwiązania napędowe oferują szereg dodatkowych funkcji bezpieczeństwa. Związane jest to z potencjalnym ryzykiem jakie może powstać podczas operacji na danych osiach napędu oraz z coraz większym dążeniem do zmniejszania czasów przestojów maszyn podczas licznych niezamierzonych zatrzymań. Norma PN-EN 61800-5-2: „Elektryczne układy napędowe mocy o regulowanej prędkości – Część 5-2: Wymagania dotyczące bezpieczeństwa – Funkcjonalne” opisuje szereg funkcji bezpieczeństwa możliwych do wykorzystania: funkcja SLS – bezpieczne ograniczenie prędkości, funkcja SBC – bezpieczna kontrola hamulca, czy funkcja SDI – kierunek bezpieczny.

Oprogramowanie a bezpieczeństwa

Oczywistym jest fakt, że do bezpiecznej pracy maszyny wymagane jest również odpowiednie jej oprogramowanie, zapewniające dodatkowe zabezpieczenia przed wystąpieniem sytuacji niebezpiecznych. Takie oprogramowanie powinno zapewniać możliwość wyłączenia maszyny, sterowania manualnego peryferiami, które mogą stworzyć potencjalną sytuację niebezpieczną i obsługę wejściowych urządzeń bezpieczeństwa. Wystąpienie sytuacji, która odbiega od normy powinno być sygnalizowane odpowiednimi komunikatami oraz efektami wizualnymi. Wszystko, co wiąże się z bezpieczeństwem, powinno być wyraźnie akcentowane, aby nie było wątpliwości, że jest to ważny aspekt. Oczywiście warto, aby włączenie jakiegokolwiek urządzenia wykonawczego było zabronione do czasu, w którym wszystkie warunki bezpiecznego włączenia danego elementu nie zostaną spełnione.

Warto również wspomnieć o środowiskach i systemach, dzięki którym można konfigurować poszczególne komponenty automatyki, tj. serwonapędy czy przemienniki częstotliwości. Liczba parametrów, które mogą być konfigurowane przez automatyka czy programistę, jest zazwyczaj ogromna. Dla osiągnięcia bezpieczeństwa pracy można przykładowo wprowadzić ograniczenie maksymalnej prędkości, ograniczenie przyspieszenia czy określić, jak ma wyglądać rampa hamowania w przypadku wystąpienia sytuacji niebezpiecznej. Każdy producent i dystrybutor programowalnych sterowników bezpieczeństwa również wraz z urządzeniem oferuje dedykowane oprogramowanie. Dzięki niemu można odpowiednio skonfigurować system bezpieczeństwa w oparciu o ten komponent.

Bezpieczny robot

Nowoczesnego przemysłu nie sposób wyobrazić sobie bez robotyki. Robotyzowanie różnego typu procesów, których wyróżnikiem jest powtarzalność, a niejednokrotnie szkodliwość dla zdrowia ludzkiego, stało się dosyć powszechnym zjawiskiem. Rosnąca popularność aplikacji, w których główną rolę pełni robot, wymusza równoległy rozwój zagadnień i urządzeń związanych z bezpieczeństwem zrobotyzowanych stanowisk.

Podstawowym narzędziem bezpieczeństwa, które można w stosunkowo prosty sposób zastosować do ochrony strefy, w której robot wykonuje swoje zadanie, są ogrodzenia i osłony. Odpowiednie ich zaprojektowanie może umożliwić całkowite zabezpieczenie pracującego robota i zminimalizowanie ryzyka wystąpienia sytuacji niebezpiecznej. Ogrodzenia i osłony służą do budowy cel, które spełniają następujące zadania: osłaniają strefę pracy robota, zapobiegając tym samym wpływaniu procesu, który wykonuje robot, na otaczające go środowisko oraz zabezpieczają przed nienadzorowanym dostępem ludzi do strefy zasięgu robota podczas jego aktywności. Najczęściej w przypadku tworzenia odpowiednio zaprojektowanych cel, szafa sterująca oraz panel sterujący zostają umieszczone od ich zewnętrznej strony, aby móc przeprowadzać czynności obsługowe bez wchodzenia do wnętrza zabezpieczonego obszaru. Jeżeli zdarzy się jednak taka konieczność lub do wnętrza celi należy wprowadzić materiał do obróbki konieczne jest skorzystanie z drzwi. Najczęściej, aby zapewnić maksymalny stopień bezpieczeństwa, drzwi są zabezpieczane elektromagnetycznym zamkiem bezpieczeństwa. Fizyczne wygrodzenia i osłony są najczęściej stosowane w przypadku robotów wykonujących procesy agresywne dla otoczenia, takie jak nanoszenie farby i kleju czy spawanie.

W przypadku robotów wykonujących prace o charakterze nieuciążliwym dla otoczenia, takie jak pakowanie czy paletyzacja, zamiast cel, zastosowanie znajdują bariery oraz kurtyny optyczne, skanery oraz maty bezpieczeństwa. Zapewniają one ochronę przed nieautoryzowanym dostępem, jednocześnie nie utrudniając dostępu autoryzowanego i są uzupełnieniem fizycznych wygrodzeń najczęściej występujących w formie siatek.

Osobną grupę robotów stanowią roboty współpracujące z człowiekiem, które nie mogą zostać całkowicie wygrodzone fizycznie lub za pomocą elektrycznych urządzeń bezpieczeństwa. Jest to potencjalnie najmniej bezpieczna grupa robotów. Do zminimalizowania ryzyka wystąpienia sytuacji niebezpiecznej stosuje się w tym przypadku czujniki zbliżeniowe, różnego rodzaju systemy wizyjne, w skład których wchodzą czujniki wizyjne lub systemy kamer. Te ostanie zapewniają obserwację strefy pracy robota. Przykładem takiego systemu jest propozycja firmy Pilz Polska – system kamer 3D – SafetyEYE, która zapewnia monitoring strefy bezpieczeństwa w trzech wymiarach.

Propozycja firmy Fanuc związana z bezpieczeństwem to oprogramowanie Fanuc Dual Check Safety (DCS). Umożliwia ono wizualne zdefiniowanie stref bezpieczeństwa, ogranicza prędkość robota w trybie ręcznym, wykrywa kolizje za pomocą zaawansowanych funkcji oraz może działać nawet na stosunkowo niewielkiej strefie bezpieczeństwa. Z kolei firma Kuka oferuje oprogramowanie Safe Operation. Dzięki niemu można wyznaczyć dwie strefy bezpieczeństwa robota. Pierwsza z nich to przestrzeń operacyjna, w której mogą wykonywać się ruchy robota, druga to taka, w której wystąpienie zdarzenia niepożądanego spowoduje zatrzymanie urządzenia.

Bezpieczny przemysł

Aby dany system automatyki mógł być dopuszczony do ruchu, musi być zaprojektowany i wykonany w zgodzie z normami bezpieczeństwa. Ich spełnienie nie jest totalnym antidotum na wystąpienie wszystkich sytuacji zagrażających zdrowiu i życiu, jest jednak gwarantem ograniczenia do minimum ryzyka wystąpienia takich zdarzeń. Bezpieczeństwo jest najważniejszym i nadrzędnym aspektem, który musi być uwzględniany przez cały proces projektowania i wykonywania każdego systemu automatyki. Często konieczność uwzględnienia zagadnień związanych z bezpieczeństwem, prowadzi do zwiększenia stopnia skomplikowania systemu. Zamieszczony krótki przegląd aspektów i komponentów związanych z tematyką bezpieczeństwa w przemyśle pokazuje, jak bardzo omawiana tematyka jest rozbudowana i jak dużą gałąź rynku automatyki stanowią urządzenia zapewniające minimalizację ryzyka wystąpienia zdarzeń niebezpiecznych. 

źródło: Automatyka 1-2/2019