У ранній індустріальний період машини були надзвичайно небезпечними. Як фабричні, так і сільськогосподарські робітники часто втрачали пальці, кінцівки і навіть життя через потрапляння в пастку рухомих механізмів. Це призвело до розробки систем охорони та інших запобіжних пристроїв.
Блокування, які роблять стан двох або більше функцій машини взаємозалежними, є основою функціонування сучасних систем безпеки. Це запобігає травмам операторів і пошкодженню власних компонентів машинами. Наприклад, блокування може перешкоджати запуску машини, якщо її огорожа відкрита, і зупиняти машину, якщо огорожа відкривається під час роботи.
Багато простих систем блокування є чисто механічними. Наприклад, в деяких конструкціях машин захисна огорожа повертається навколо осі з прикріпленим кулачком блокування. Коли огорожа відкрита, кулачок входить в контакт з відповідним кулачком на приводному валу машини, щоб запобігти роботі осі. Це означає, що машина може працювати тільки при закритій огорожі.
Більшість сучасних машин використовують електронні схеми безпеки або навіть мікропроцесорне управління для реалізації систем блокування. Електроніка дає набагато більшу гнучкість у розташуванні огорож і ускладнює процедури безпеки, ніж механічні рішення.
Типові електронні схеми безпеки дозволяють машині працювати, тільки якщо ланцюг замкнутий - структура, яка називається нормально замкнутою (NC) роботою. Вони також з'єднують компоненти безпеки послідовно, щоб максимізувати ефективність і мінімізувати складність і вартість.
Розглянемо типову захисну установку з рядом позиційних перемикачів, які замикаються, коли відповідна секція огорожі закрита. Ці позиційні перемикачі підключені до установки послідовно, так що, якщо будь-яка частина огорожі не буде належним чином закрита, весь ланцюг буде розімкнутий, і машина не буде працювати. Фактично, елементи управління в ланцюзі безпеки також вимагають послідовного підключення для забезпечення безпечних умов у разі будь-якого ослаблення з'єднань або раптових обривів (наприклад, роз'єднання) проводки компонентів безпеки.
Одне застереження, пов'язане з послідовним підключенням ланцюгів безпеки: коли ланцюг містить більше чотирьох перемикачів безпеки або включає часто використовувані перемикачі або ворота, також знижується рівень продуктивності конструкції, як підвищений ризик маскування несправностей. Останнє відбувається, коли поява і усунення одного розімкнутого перемикача або несправності приховує наявність іншого розімкнутого перемикача або несправності. Маскування несправності найбільш ймовірно, якщо установка включає в себе безпотенційні контакти, такі як реле, що не мають інших підключень живлення, крім підключення перемикача. Якщо такий ризик є неприйнятним, можуть знадобитися більш складні системи та методики електропроводки.
Блокування з замикаючим ключем часто використовуються для забезпечення того, щоб всі огорожі були закриті перед запуском машини. У цих системах замки на кожній захисній огорожі мають ключі, які можна видалити тільки тоді, коли огорожа закрита. Потім ключі можна віднести до блоку управління або блоку живлення і використовувати для активації механізмів. Точно так само ключі утримуються в неробочому стані, поки машина активована, і їх можна вийняти з силового агрегату тільки після того, як машина була вимкнена. Потім ключі можна використовувати, щоб знову відкрити охорону.
Оцінка ризиків і вимоги регулюючих стандартів
ISO 14119 охоплює безпеку машинного обладнання за допомогою пристроїв блокування, пов'язаних з огорожами, і описує принципи проектування і вибору для забезпечення безпеки машинного обладнання. Це відноситься до інших стандартів, що стосуються загальних принципів оцінки ризиків і зниження ризиків при проектуванні машин.
Основна функція блокуючої огорожі - запобігати виконанню небезпечних операцій, які вона закриває, до тих пір, поки вона не закриється. Таким чином, якщо щось або хтось змусить огорожу відкритися під час роботи, охоронювана операція повинна припинитися. У деяких випадках може бути встановлено пристрій блокування огорожі для запобігання відкриття огорожі під час роботи машини.
Слід зазначити, що, хоча машини можуть працювати при закритих огорожах, закриття огорожі не повинно викликати початок небезпечної операції. Замість цього для таких операцій повинна бути потрібна окрема команда запуску. Єдиним винятком є те, що називається захисним огородженням - особливий тип захисного пристрою блокування з функцією запуску, здатним запускати небезпечну операцію, коли огородження закрите, без окремої команди запуску.
В ISO 14119 також розглядається концепція відмови системи безпеки. Ця дія обходить блокування машини. Наприклад, оператор може випадково або навмисно поставити важкий предмет на позиційний перемикач при відкритому огородженні, що, в свою чергу, може надати доступ до робочих просторів, які стають небезпечними при роботі машини. Правильно спроектовані системи безпеки унеможливлюють зняття блокувань будь-яким розумно передбачуваним способом - вручну або за допомогою легкодоступних предметів поблизу. Це включає видалення перемикачів або виконавчих механізмів за допомогою інструментів, які використовуються для роботи на машині або легко доступні, наприклад, викрутки, шестигранні інструменти, клейка стрічка або дріт. Це також означає, що запасні ключі не повинні бути доступні для заблокованих ключових систем.
У стандарті ISO 14119 пристрої блокування розділені на чотири категорії:
Блокувальні пристрої типу 1 мають позиційні перемикачі з механічним приводом і некодованими виконавчими механізмами, такими як поворотний кулачок, лінійний кулачок або шарнір. Їх відносно легко перемогти, помістивши будь-який предмет на перемикач або утримуючи його в цьому положенні будь-яким іншим способом.
Блокувальні пристрої типу 2 мають позиційні перемикачі з механічним приводом і кодованими виконавчими механізмами, такими як профільований привід (язичок) або замикаючий ключ. Їх набагато складніше перемогти.
Пристрої блокування типу 3 мають безконтактні позиційні перемикачі з некодованими виконавчими механізмами, такими як безконтактні перемикачі. Складність зняття блокування типу 3 залежить від задіяного принципу спрацьовування. Ємнісні, ультразвукові та оптичні приводи можуть бути уражені широким спектром об'єктів. Індуктивні приводи можуть бути пошкоджені будь-яким предметом із заліза. Магнітні приводи вимагають наявності магніту, щоб їх подолати.
Пристрої блокування типу 4 мають безконтактні перемикачі положення з кодованими виконавчими механізмами, такими як мітки RFID, кодовані магніти або кодовані оптичні мітки. Їх надзвичайно важко перемогти, якщо вони правильно сконструйовані так, що кодований привід не може бути видалений.
При проектуванні ланцюга безпеки слід вибирати пристрої блокування, щоб звести до мінімуму можливість ураження. Також слід враховувати:
Загальна ефективність зупинки системи, тобто час, необхідний для того, щоб машина стала безпечною після подачі команди зупинки. Час доступу, тобто час, який потрібен людині, щоб дістатися до місця небезпеки після подачі команди зупинки.
Загальна продуктивність зупинки системи повинна бути значно швидшою, ніж час доступу. Також слід враховувати, чи потрібне для огороджень аварійне розблокування, що дозволяє відкривати вручну зовні, або аварійне розблокування, що дозволяє розблокувати вручну зсередини.
ISO 13849 посилається на ISO 14119, він складається з двох частин, що охоплюють принципи проектування та валідації пов'язаної з безпекою частини системи управління (SRP / CS). Згідно з цим стандартом SRP / CS можна класифікувати за такими параметрами:
Стійкість до несправностей
Поведінка в разі виникнення несправності
Всі проектні роботи на машині, що передбачають безпеку, повинні починатися з оцінки ризиків відповідно до ISO 12100 для виявлення небезпек і оцінки ризиків. Потім процес зниження ризику включає в себе спочатку застосування безпечного за своєю суттю проекту, потім заходів безпеки і, нарешті, інформації для використання. Потім будь-які захисні заходи, що залежать від системи управління, повинні бути оцінені за допомогою спеціального ітеративного процесу. Це включає визначення необхідного рівня продуктивності для кожної функції безпеки і її середнього часу до небезпечної відмови і для визначення надійності. Кожній частині може бути призначений рівень продуктивності від a до e, при цьому PLa має найвищу ймовірність небезпечної несправності, а PLe має найнижчу ймовірність. Конкретний спосіб виникнення відмов включає міркування, викладені вище для ISO 14119.
Варіанти схем безпеки - і деякі приклади пристроїв
Для великих корпусів, таких як закриті роботизовані комірки, заходи безпеки дещо відрізняються. Це пов'язано з тим, що огорожі часто закриваються, коли оператор знаходиться всередині активного робочого простору. Таким чином, у багатьох випадках використовуються системи захоплених ключів, щоб гарантувати, що оператори знаходяться за межами робочого простору після закриття воріт; і тільки тоді робот може почати свою роботу на повній швидкості.
Звичайно, традиційні роботи зазвичай можуть працювати в режимі навчання на низькій швидкості з оператором в комірці, але при роботі на повній швидкості (на відміну від колаборативних роботів) вони не повинні наближатися до людей. Навіть в режимі навчання, якщо робот не оснащений системою зворотного зв'язку по зусиллі, все ще існує небезпека роздавлювання оператора. Тому переносний блок управління зазвичай оснащений вимикачем для мертвої людини, який відключить робота, якщо оператор стане недієздатним.
Інша ситуація автоматизації, що вимагає особливої безпеки, - це конвеєрні системи, що обслуговуються персоналом. Тут може знадобитися, щоб персонал працював поруч з конвеєрами, що працюють досить швидко. Це має значний ризик защемлення, що може призвести до серйозних травм, тому його слід по можливості уникати. Але там, де такі робочі місця необхідні для продуктивності операції, повинні бути встановлені розподілені вимикачі у вигляді тягових шнурів і стопорних планок. Це дає персоналу надійні засоби зупинки конвеєра по всій його довжині. Такі упори повинні бути розташовані так, щоб оператор міг легко їх схопити або натиснути, не шукаючи їх під час аварійної ситуації.
Пристрої безпеки також повинні бути розташовані так, щоб поранена або втратила свідомість людина, що падає або втягується в конвеєр, автоматично приводила до зупинки. Можуть знадобитися множинні стопорні пристрої і резервні ланцюги, і там, де конвеєри доступні з обох сторін, такі запобіжні пристрої також повинні бути присутніми з обох сторін.
Загальні компоненти ланцюга безпеки
Механічні перемикачі включають в себе позиційні перемикачі, що використовуються для визначення позицій воріт і охорони, а також перемикачі зупинки, що активуються вручну, такі як кнопки аварійної зупинки і витяжні шнури. Безконтактні перемикачі, такі як світлові та індуктивні датчики, також можуть використовуватися аналогічним чином. Ці типи компонентів блокування зазвичай використовуються з фізичними огорожами та воротами. Вони добре охоплені стандартами, описаними вище. Інші типи компонентів безпеки, які можуть використовуватися в ланцюгах безпеки, включають світлові завіси, лазерні сканери і захисні килимки.
Килимки безпеки використовують датчики тиску, вбудовані в гумову платформу, щоб забезпечити простий спосіб виявлення, коли людина входить в охоронювану зону. В останні роки вони були значною мірою замінені оптичними системами, такими як світлові завіси і лазерні сканери.
Світлові завіси можуть усунути необхідність у фізичному захисті, створивши віртуальний захист, який зупинить вісь машини, якщо будь-яка з балок завіси зламана. Світлова завіса складається з двох частин - передавача і приймача. Передавач проектує масив паралельних світлових променів. Приймач виявляє ці промені і, якщо будь-який з них зламаний, викликає зупинку машини. Переваги світлових завіс включають чітку видимість робочої зони, а також необмежений доступ і швидке переміщення в захищену зону і з неї.
Лазерні сканери дуже схожі на світлові завіси. Однак замість того, щоб мати окремі передавач і приймач для підтримки бар'єру, лазерні сканери можуть контролювати шлюзи, а також області порталів за допомогою єдиного обладнання. Іншими словами, світлові завіси забезпечують захист периметра, в той час як лазерні сканери забезпечують захист великих порталів в такі області, як конвеєри і роботизовані комірки. Як і всі компоненти безпеки, використання лазерних сканерів вимагає розрахунку мінімальної безпечної відстані. Це значення залежить від загальної продуктивності зупинки системи і часу доступу. Однак загальна ефективність зупинки системи, ймовірно, буде значно довшою для лазерних сканерів, ніж для світлових завіс, через додаткову обробку.
Сучасні електронні схеми безпеки та компоненти безпеки надають інженерам-конструкторам заводів і виробникам комплектного обладнання гнучкі можливості для захисту персоналу та обладнання. Програмне забезпечення та інші ресурси постачальників допомагають спростити специфікацію систем безпеки для традиційних механізмів блокування, робочих просторів, захищених конструкціями з замикаючими ключами, і навіть гнучких областей, які вимагають, щоб персонал заводу або оператори машин працювали в безпосередній близькості від конвеєрів, робототехніки та іншого рухомого обладнання, пов'язаного з промисловою автоматизацією.
