Agrīnā rūpniecības periodā mašīnas bija ārkārtīgi bīstamas. Gan rūpnīcu, gan lauksaimniecības darbinieki bieži zaudēja pirkstus, ekstremitātes un pat dzīvību, jo nokļuva kustīgu mehānismu slazdos. Tas noveda pie drošības sistēmu un citu aizsardzības ierīču izstrādes.
Bloķēšanas mehānismi, kas padara divas vai vairākas mašīnas funkcijas savstarpēji atkarīgas, ir mūsdienu drošības sistēmu darbības pamatā. Tas novērš operatoru traumas un mašīnu pašu komponentu bojājumus. Piemēram, bloķēšanas mehānisms var kavēt mašīnas palaišanu, ja tās aizsargbarjera ir atvērta, un apturēt mašīnu, ja aizsargbarjera atveras darbības laikā.
Daudzas vienkāršas bloķēšanas sistēmas ir tīri mehāniskas. Piemēram, dažās mašīnu konstrukcijās aizsargbarjera griežas ap asi ar piestiprinātu bloķēšanas tapu. Kad barjera ir atvērta, tapa nonāk saskarē ar atbilstošo tapu uz mašīnas piedziņas vārpstas, lai neļautu asij darboties. Tas nozīmē, ka mašīna var darboties tikai tad, ja barjera ir aizvērta.
Lielākā daļa mūsdienu mašīnu izmanto elektroniskas drošības shēmas vai pat mikroprocesoru vadību, lai īstenotu bloķēšanas sistēmas. Elektronika nodrošina daudz lielāku elastību aizsargu izvietojumā un sarežģī drošības procedūras salīdzinājumā ar mehāniskajiem risinājumiem.
Tipiskas elektroniskas drošības shēmas ļauj mašīnai darboties tikai tad, ja ķēde ir slēgta — struktūra, ko sauc par normāli slēgtu (NC) darbību. Tās arī savieno drošības komponentus secīgi, lai maksimizētu efektivitāti un minimizētu sarežģītību un izmaksas.
Apsveriet tipisku aizsardzības iekārtu ar vairākiem pozicionālajiem slēdžiem, kas aizveras, kad attiecīgā barjeras sekcija ir aizvērta. Šie pozicionālie slēdži ir savienoti ar iekārtu secīgi, tā ka, ja kāda barjeras daļa nav pienācīgi aizvērta, visa ķēde tiek atvērta un mašīna nedarbojas. Faktiski, vadības elementi drošības ķēdē arī prasa secīgu savienojumu, lai nodrošinātu drošus apstākļus gadījumā, ja savienojumi ir atslābti vai pēkšņi pārtraukti (piemēram, atvienojot) drošības komponentu vadu.
Viena brīdinājuma saistībā ar drošības ķēžu secīgu savienojumu: ja ķēdē ir vairāk nekā četri drošības slēdži vai tā ietver bieži izmantotus slēdžus vai vārtus, samazinās arī konstrukcijas veiktspēja, jo palielinās kļūdu maskēšanas risks. Pēdējais notiek, kad viena atvienota slēdža vai kļūdas parādīšanās un novēršana slēpj cita atvienota slēdža vai kļūdas klātbūtni. Kļūdas maskēšana ir visvairāk iespējama, ja instalācijā ir bezpotenciāli kontakti, piemēram, releji, kuriem nav citu barošanas savienojumu, izņemot slēdža savienojumu. Ja šāds risks ir nepieņemams, var būt nepieciešamas sarežģītākas elektrosistēmas un metodes.
Bloķēšanas mehānismi ar atslēgu bieži tiek izmantoti, lai nodrošinātu, ka visas aizsargbarjeras ir aizvērtas pirms mašīnas palaišanas. Šajās sistēmās katras aizsargbarjeras slēdzenēm ir atslēgas, kuras var izņemt tikai tad, ja barjera ir aizvērtas. Pēc tam atslēgas var nogādāt vadības blokā vai barošanas blokā un izmantot mehānismu aktivizēšanai. Tāpat atslēgas tiek turētas neaktīvā stāvoklī, kamēr mašīna ir aktivizēta, un tās var izņemt no barošanas bloka tikai pēc mašīnas izslēgšanas. Pēc tam atslēgas var izmantot, lai atkal atvērtu aizsardzību.
Riska novērtējums un regulatīvo standartu prasības
ISO 14119 aptver mašīnu drošību, izmantojot bloķēšanas ierīces, kas saistītas ar aizsargbarjerām, un apraksta projektēšanas un izvēles principus, lai nodrošinātu mašīnu drošību. Tas attiecas uz citiem standartiem, kas saistīti ar vispārējiem riska novērtēšanas un riska samazināšanas principiem mašīnu projektēšanā.
Galvenā bloķējošā aizsardzības ierīces funkcija ir novērst bīstamu darbību veikšanu, ko tā aizsedz, līdz brīdim, kad tā tiek aizvērta. Tādējādi, ja kaut kas vai kāds liek aizsardzības ierīcei atvērties darbības laikā, aizsargātā darbība ir jāpārtrauc. Dažos gadījumos var uzstādīt aizsardzības ierīces bloķēšanas ierīci, lai novērstu aizsardzības ierīces atvēršanos mašīnas darbības laikā.
Jāatzīmē, ka, lai gan mašīnas var darboties ar aizvērtām aizsargierīcēm, aizsargierīces aizvēršana nedrīkst izraisīt bīstamas darbības sākšanu. Tā vietā šādām darbībām ir nepieciešama atsevišķa palaišanas komanda. Vienīgais izņēmums ir tā saucamais aizsargbarjeras bloķēšanas mehānisms — īpašs aizsargierīces bloķēšanas veids ar palaišanas funkciju, kas spēj uzsākt bīstamu darbību, kad barjera ir aizvērtā stāvoklī, bez atsevišķas palaišanas komandas.
ISO 14119 standartā tiek aplūkota arī drošības sistēmas atteikuma koncepcija. Šī darbība apiet mašīnas bloķēšanas mehānismus. Piemēram, operators var nejauši vai apzināti novietot smagu priekšmetu uz pozicionēšanas slēdža, kad aizsargbarjera ir atvērta, kas savukārt var nodrošināt piekļuvi darba telpām, kas kļūst bīstamas, kad mašīna darbojas. Pareizi projektētas drošības sistēmas neļauj atslēgt bloķējumus jebkādā saprātīgi paredzamā veidā — ar rokām vai ar viegli pieejamiem priekšmetiem, kas atrodas tuvumā. Tas ietver slēdžu vai izpildmehānismu noņemšanu ar instrumentiem, kas tiek izmantoti darbam ar mašīnu vai ir viegli pieejami, piemēram, skrūvgrieži, sešstūraini instrumenti, līmlente vai stieple. Tas nozīmē arī to, ka rezerves atslēgas nedrīkst būt pieejamas bloķētām atslēgu sistēmām.
Standartā ISO 14119 bloķēšanas ierīces ir sadalītas četrās kategorijās:
1. tipa bloķēšanas ierīcēm ir pozicionālie slēdži ar mehānisku piedziņu un nekodētiem izpildmehānismiem, piemēram, pagriežamais tapskrūve, lineārais tapskrūve vai šarnīrs. Tos ir salīdzinoši viegli pārvarēt, uzliekot kādu priekšmetu uz slēdža vai kā citādi noturot to šajā stāvoklī.
2. tipa bloķēšanas ierīcēm ir pozicionālie slēdži ar mehānisku piedziņu un kodētiem izpildmehānismiem, piemēram, profilēta piedziņa (mēle) vai fiksējoša atslēga. Tos ir daudz grūtāk pārvarēt.
3. tipa bloķēšanas ierīcēm ir bezkontakta pozicionālie slēdži ar nekodētiem izpildmehānismiem, piemēram, bezkontakta slēdži. 3. tipa bloķēšanas ierīču atbloķēšanas grūtības pakāpe ir atkarīga no izmantotā darbības principa. Kapacitatīvos, ultraskaņas un optiskos piedziņas mehānismus var ietekmēt plašs objektu klāsts. Induktīvos piedziņas mehānismus var sabojāt jebkurš dzelzs priekšmets. Magnētiskos piedziņas mehānismus var atbloķēt, izmantojot magnētu.
4. tipa bloķēšanas ierīcēm ir bezkontakta pozīcijas slēdži ar kodētiem izpildmehānismiem, piemēram, RFID marķējumiem, kodētiem magnētiem vai kodētiem optiskiem marķējumiem. Tos ir ārkārtīgi grūti pārvarēt, ja tie ir pareizi konstruēti tā, ka kodēto piedziņu nevar noņemt.
Projektējot drošības ķēdi, jāizvēlas bloķēšanas ierīces, lai līdz minimumam samazinātu iespēju tās pārvarēt. Tāpat jāņem vērā:
Kopējā sistēmas apstāšanās efektivitāte, t. i., laiks, kas nepieciešams, lai mašīna kļūtu droša pēc apstāšanās komandas saņemšanas. Piekļuves laiks, t. i., laiks, kas nepieciešams cilvēkam, lai sasniegtu bīstamās vietas pēc apstāšanās komandas saņemšanas.
Kopējai sistēmas apstāšanās efektivitātei jābūt ievērojami ātrākai nekā piekļuves laikam. Tāpat jāņem vērā, vai aizsargbarjerām ir nepieciešama avārijas atbloķēšana, kas ļauj tās atvērt manuāli no ārpuses, vai avārijas atbloķēšana, kas ļauj tās atbloķēt manuāli no iekšpuses.
ISO 13849 atsaucas uz ISO 14119, kas sastāv no divām daļām, aptverot drošības sistēmas vadības daļas (SRP / CS) projektēšanas un validācijas principus. Saskaņā ar šo standartu SRP / CS var klasificēt pēc šādiem parametriem:
Noturība pret darbības traucējumiem
Rīcība darbības traucējumu gadījumā
Visi ar drošību saistītie projektēšanas darbi pie mašīnas jāuzsāk ar riska novērtējumu saskaņā ar ISO 12100, lai identificētu briesmas un novērtētu riskus. Pēc tam riska samazināšanas process ietver vispirms droša projekta piemērošanu, pēc tam drošības pasākumus un, visbeidzot, informāciju izmantošanai. Pēc tam jebkuri aizsardzības pasākumi, kas ir atkarīgi no vadības sistēmas, ir jānovērtē, izmantojot īpašu iteratīvu procesu. Tas ietver nepieciešamā veiktspējas līmeņa noteikšanu katrai drošības funkcijai un tās vidējam laikam līdz bīstamai atteicei, kā arī uzticamības noteikšanu. Katra daļa var tikt piešķirta veiktspējas līmenim no a līdz e, kur PLa ir visaugstākā bīstamas kļūmes varbūtība, bet PLe ir viszemākā varbūtība. Konkrētais kļūmju rašanās veids ietver apsvērumus, kas izklāstīti iepriekš ISO 14119.
Drošības shēmu varianti — un daži ierīču piemēri
Lielām korpusām, piemēram, slēgtām robotizētām šūnām, drošības pasākumi nedaudz atšķiras. Tas saistīts ar to, ka norobežojumi bieži tiek aizvērti, kad operators atrodas aktīvā darba telpā. Tādējādi daudzos gadījumos tiek izmantotas aizturēto atslēgu sistēmas, lai nodrošinātu, ka operatori atrodas ārpus darba telpas pēc vārtu aizvēršanas; un tikai tad robots var sākt darbu ar pilnu ātrumu.
Protams, tradicionālie roboti parasti var darboties mācību režīmā ar zemu ātrumu, operatoram atrodoties kamerā, bet, strādājot ar pilnu ātrumu (atšķirībā no sadarbības robotiem), tie nedrīkst tuvināties cilvēkiem. Pat mācību režīmā, ja robots nav aprīkots ar spēka atgriezeniskās saites sistēmu, joprojām pastāv risks, ka operators var tikt saspiests. Tāpēc pārnēsājamā vadības bloka parasti ir aprīkots ar mirušā cilvēka slēdzi, kas izslēdz robotu, ja operators kļūst nespējīgs.
Vēl viena automatizācijas situācija, kas prasa īpašu drošību, ir konveijeru sistēmas, kuras apkalpo personāls. Šajā gadījumā personālam var būt nepieciešams strādāt blakus konveijeriem, kas darbojas pietiekami ātri. Tas rada ievērojamu saspiešanās risku, kas var izraisīt nopietnas traumas, tāpēc to pēc iespējas vajadzētu izvairīties. Bet tur, kur šādas darba vietas ir nepieciešamas darbības produktivitātei, ir jāuzstāda izkliedēti izslēdzēji, piemēram, vilkšanas auklas un bloķējošas plāksnes. Tas nodrošina personālam drošus līdzekļus konveijera apstādināšanai visā tā garumā. Šādi atbalsti ir jānovieto tā, lai operators varētu tos viegli satvert vai nospiest, nemeklējot tos avārijas situācijā.
Drošības ierīces arī jānovieto tā, lai ievainots vai bezsamaņā esošs cilvēks, kurš krīt vai tiek ievilkts konveijerā, automātiski izraisītu tā apstāšanos. Var būt nepieciešamas vairākas fiksējošas ierīces un rezerves ķēdes, un tur, kur konveijeri ir pieejami no abām pusēm, šādas drošības ierīces arī jānovieto abās pusēs.
Vispārējie drošības ķēdes komponenti
Mehāniskie slēdži ietver pozicionālos slēdžus, ko izmanto vārtu un aizsardzības pozīciju noteikšanai, kā arī manuāli aktivizējamos apstādināšanas slēdžus, piemēram, avārijas apstādināšanas pogas un izvelkamās auklas. Bezkontakta slēdži, piemēram, gaismas un induktīvie sensori, var tikt izmantoti līdzīgā veidā. Šie bloķēšanas komponentu tipi parasti tiek izmantoti kopā ar fiziskām barjerām un vārtiem. Tie ir labi aptverti ar iepriekš aprakstītajiem standartiem. Citi drošības komponenti, kurus var izmantot drošības ķēdēs, ietver gaismas aizkari, lāzera skeneri un drošības paklāji.
Drošības paklāji izmanto spiediena sensoru, kas iebūvēts gumijas platformā, lai nodrošinātu vienkāršu veidu, kā noteikt, kad persona ieiet aizsargātajā zonā. Pēdējos gados tās ir lielā mērā aizstātas ar optiskām sistēmām, piemēram, gaismas aizkariem un lāzera skeneriem.
Gaismas aizkari var novērst nepieciešamību pēc fiziskas aizsardzības, radot virtuālu aizsardzību, kas apturēs mašīnas asi, ja kāds no aizkara staru kūļiem ir salauzts. Gaismas aizkars sastāv no divām daļām – raidītāja un uztvērēja. Raidītājs projicē paralēlu gaismas staru masīvu. Uztvērējs uztver šos starus un, ja kāds no tiem ir salauzts, izraisa mašīnas apstāšanos. Gaismas aizkaru priekšrocības ietver skaidru darba zonas redzamību, kā arī neierobežotu piekļuvi un ātru pārvietošanos uz un no aizsargātās zonas.
Lāzera skeneri ir ļoti līdzīgi gaismas aizkariem. Tomēr, tā vietā, lai izmantotu atsevišķu raidītāju un uztvērēju barjeras uzturēšanai, lāzera skeneri var kontrolēt vārtus, kā arī portālu zonas, izmantojot vienotu aprīkojumu. Citiem vārdiem sakot, gaismas aizkari nodrošina perimetra aizsardzību, bet lāzera skeneri nodrošina lielu portālu aizsardzību tādās zonās kā konveijeri un robotizētās šūnas. Tāpat kā visiem drošības komponentiem, lāzera skeneru izmantošanai ir nepieciešams aprēķināt minimālo drošo attālumu. Šī vērtība ir atkarīga no sistēmas kopējās apstāšanās veiktspējas un piekļuves laika. Tomēr kopējā sistēmas apstāšanās efektivitāte, visticamāk, būs ievērojami ilgāka lāzera skeneriem nekā gaismas aizkariem, jo ir nepieciešama papildu apstrāde.
Mūsdienu elektroniskās drošības shēmas un drošības komponenti nodrošina rūpnīcu projektētājiem un komplektēto iekārtu ražotājiem elastīgas iespējas personāla un iekārtu aizsardzībai. Programmatūra un citi piegādātāju resursi palīdz vienkāršot drošības sistēmu specifikācijas tradicionālajiem bloķēšanas mehānismiem, darba telpām, kas aizsargātas ar konstrukcijām ar atslēdzamām atslēgām, un pat elastīgām zonām, kurās rūpnīcas personālam vai mašīnu operatoriem ir jāstrādā tiešā tuvumā konveijeriem, robotu tehnikas un cita kustīga aprīkojuma, kas saistīts ar rūpniecisko automatizāciju.
