Już był w ogródku, już witał się z gąską — czyli o urządzeniach ochronnych

Urządzenie ochronne^[1]dalej: u.o., jak wyjaśnia norma ISO 12100,^[2]PN-EN ISO 12100:2012 Bezpieczeństwo maszyn. Ogólne zasady projektowania. Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka to „środek ochronny inny niż osłona” (3.28). Środek ochronny jest zdefiniowany, w tej samej normie, jako… „osłona lub u.o.” (3.26). Najwyraźniej autorzy normy uznali, że nie potrafią niczego dodać do potocznego rozumienia tych pojęć^[3]albo może wzorowali się na „sepulkach” z Encyklopedii Kosmicznej prof. Tarantogi? (Stanisław Lem. Dzienniki gwiazdowe. Podróż czternasta) — nie wypada przypuszczać, że tak dostojne instytucje jak ISO, PKN i KE przeoczyły błąd znany powszechnie jako idem per idem.

Definicja zawarta w dyrektywie maszynowej^[4]DM, dyrektywa 2006/42/UE ws. maszyn; oba te dokumenty (normę i dyrektywę) można niemal stosować zamiennie, ponieważ DM jest, jak się wydaje, próbą ujęcia normy ISO 12100 … Continue reading jest wolna od błędu formalnego, lecz również wymaga zastanowienia. „u.o. oznacza urządzenie (inne niż osłona) zmniejszające ryzyko, niezależnie albo w połączeniu z osłoną” ^[5]I.1.1.1.g;
środek ochronny, wspomniany w normie, byłby zatem dowolnym urządzeniem zmniejszającym ryzyko. Czy każde? Tablica ostrzegawcza z całą pewnością zmniejsza ryzyko — czy jednak jest u.o.?^[6]Nie chodzi o to, jakoby w ogóle nie była „urządzeniem” — jest nim przecież (w ww. definicjach) osłona, w szczególności osłona stała, czyli np. przytwierdzony … Continue reading Przykład mniej zuchwały: ryzyko można zmniejszyć przez ograniczenie prędkości lub sił — czy zatem reduktor ciśnienia jest urządzeniem ochronnym?

Zamysł prawodawcy możemy odczytać dopiero z nałożonych na u.o. wymagań:

[u.o.] muszą być zaprojektowane i wbudowane w układ sterowania tak, aby:
• części ruchome nie mogły zostać uruchomione dopóki znajdują się w zasięgu operatora;
• osoby nie mogły dostać się do części ruchomych znajdujących się w ruchu

DM, I.1.4.3

Nie są to zatem jakiekolwiek urządzenia zmniejszające ryzyko, ale takie, które informują maszynę (układ sterowania), że operator jest w strefie niebezpiecznej lub próbuje się do niej dostać. W odróżnieniu od osłon (które nie dopuszczają człowieka do miejsca, gdzie znajdują się elementy niebezpieczne), u.o. ma za zadanie usunąć wszelkie zagrożenia z miejsca, gdzie człowiek się znajdzie.^[7]Teoretycznie możliwe jest jeszcze trzecie rozwiązanie: usunięcie człowieka z miejsca, gdzie za chwilę będzie niebezpiecznie. Przykład to zabezpieczenie operatora prasy w postaci … Continue reading

Możemy teraz, przynajmniej na potrzeby niniejszych rozważań, sformułować własne definicje:

• środek ochronny — element maszyny, którego rolą jest ochrona operatora przed kontaktem z elementem niebezpiecznym;
• osłona — materialna bariera pomiędzy operatorem a elementem niebezpiecznym;
• u.o. — urządzenie wykrywające zbliżenie się operatora do elementu niebezpiecznego; czyli po prostu czujnik (być może bardzo skomplikowany) obecności człowieka.

Potwierdzeniem niech będzie jeszcze raz DM, która wśród „elementów bezpieczeństwa” wymienia (V.2) „wskazane urządzenia ochronne przeznaczone do wykrywania obecności osób”. Przeznaczenie nie jest tu, jak wynika z powyższych rozważań, określeniem jednego z rodzajów u.o., lecz pominiętym wcześniej, istotnym elementem definicji.

Rodzaje u.o.

Stosowanych powszechnie u.o. jest niewiele:
• urządzenia sterowania oburącz,
• listwy, krawędzie czułe na nacisk,
• maty czułe na nacisk,
• bariery optyczne, kurtyny i skanery,
• wiązki optyczne zabezpieczające krawędź (np. prasy krawędziowej lub osłony napędzanej).

Katalog ten jest otwarty. Innym znakomitym u.o. może być czujnik montowany na pile tarczowej, który nie pozwala skaleczyć palca. Urządzeniem ochronnym mógłby być system wizyjny, wykrywający obecność człowieka na podstawie analizy obrazu; problemem implementacyjnym byłoby tu określenie poziomu niezawodności takiego rozwiązania.^[8]np. PL wg ISO 13849-1 lub SIL wg EN 62061 Są też nadajniki radiowe noszone przez operatora, pozwalające dość precyzyjnie określić jego położenie; aby takie rozwiązanie było skuteczne, należałoby jednak zapewnić trwałe połączenie czujnika z chronioną osobą, czyli rodzaj elektronicznej obroży — co napotkałoby zapewne trudności natury psychologicznej.

Osłony blokujące (bez ryglowania) są tu ciekawą formą pośrednią. Niezaprzeczalnie są to, nomen omen, osłony.[choć sama nazwa niczego nie przesądza, bo autorzy dyrektywy dawno przecież przekroczyli granice znaczeniowe języka i np. „maszyna nieukończona” to bynajmniej nie jakiś rodzaj maszyny, lecz coś, co maszyną nie jest] Ich działanie polega jednak na zatrzymaniu ruchów niebezpiecznych w razie otwarcia, czyli domniemanej próby kontaktu z elementami niebezpiecznymi. Muszą więc spełniać zarówno wymagania stawiane osłonom (konstrukcja) jak i u.o. (układ sterowania).

Kilka słów o nazwach. Listwa czuła na nacisk to element sztywny, wyposażony w czujniki wykrywające przemieszczenie listwy względem obiektu, na którym jest zamocowana (np. uderzenie w przeszkodę podczas zamykania osłony napędzanej). Krawędź czuła na nacisk to wiele czujników, osłoniętych (dla ochrony) elastycznym materiałem. Mata — to powierzchnia (sztywna lub elastyczna), której obciążenie (stanięcie na niej) jest wykrywane.

Bariera optyczna to pojedyncza wiązka optyczna (tzn. źródło światła i fotokomórka, nadajnik i odbiornik) lub kilka równoległych wiązek. Kurtyna (optyczna) to dużo takich wiązek, ustawionych w niewielkiej odległości od siebie (do 70mm) i w ten sposób wypełniający określoną powierzchnię — strefę wykrywania.^[9]Opuszczane drzwi lub rozwijana roleta to — inaczej niż w teatrze — nie kurtyna, lecz osłona napędzana.

Skaner laserowy działa na zasadzie radaru: promień omiata przestrzeń wokół siebie, wykrywając światło odbite od ewentualnej przeszkody.

Dystansowanie

W przeciwieństwie do osłony, u.o. nie stanowi bariery fizycznej. Zabezpieczeniem jest tylko czasoprzestrzeń — zbliżanie się człowieka musi zostać wykryte na tyle wcześnie, by elementy niebezpieczne zdołały się zatrzymać,^[10]nie dotyczy to u.o. zabezpieczających przed uruchomieniem zanim znajdą się w jego zasięgu. W odróżnieniu więc od osłon stałych, nie mówimy o odległości bezpiecznej (niemożliwej do osiągnięcia przy danych parametrach osłony), lecz o odległości minimalnej.

Relacje pomiędzy czasem zatrzymania a odległością minimalną określa^[11]poza wyjątkami omówionymi dalej, jak listwy i krawędzie czułe na nacisk, wiązka optyczna zabezpieczająca ruchomą krawędź norma ISO 13855.^[12]PN-EN ISO 13855:2014 Bezpieczeństwo maszyn. Umiejscowienie technicznych środków ochronnych ze względu na prędkości zbliżania części ciała człowieka Podstawowa zależność określona w normie jest wspólna dla wszystkich u.o.:

s = K • T + C,

gdzie s to poszukiwana odległość, K — prędkość zbliżania się, T — całkowity czas zatrzymania, a C jest (zależną od u.o.) odległością nienadzorowanego wnikania.

Prędkość K

Prędkość zbliżania wg normy to zwykle 1600 mm/s; większą wartość (2000 mm/s) stosuje się w przypadku kurtyny optycznej, która znajduje się nie dalej niż 500 mm od elementu niebezpiecznego — operator może iść w kierunku maszyny i jednocześnie wyciągać w jej kierunku rękę., czyli gdy ruch ręki może się sumować z prędkością idącego operatora.

Nie są to prędkości nieosiągalne dla zwykłego śmiertelnika; dość powiedzieć, że zawodnicy na 100m biegną z prędkością ok. 10m/s, a oszczep jest rzucany z prędkością prawie 30m/s. Dlatego stosowanie u.o. do zatrzymywania ruchów niebezpiecznych zawsze wiąże się z ryzykiem resztkowym, o którym należy poinformować pracowników.

Czas T

Ile trwa zatrzymanie maszyny? „Panie, to się zatrzymuje natychmiast!” Ale jeśli „natychmiast” to np. sekunda, może to oznaczać odległość minimalną ok. 160 cm.

Dodatkowa odległość C

C jest odległością możliwego nienadzorowanego wnikania; szczegóły określa ISO 13855. Dla kurtyn (i skanerów) o progu wykrywania d>40mm przyjmuje się C=850mm, dla d<14mm — C=0; w pozostałych przypadkach:

C = 8 • (d – 14[mm]).

Dla osłon blokujących C wyznacza się na podstawie ISO 13857, zależnie od szerokości e nienadzorowanego uchylenia osłony. Dla e>20mm, C=850mm.

Urządzenie sterowania oburącz jest potraktowane odmiennie. Jeżeli możliwy jest bezpośredni (tzn. po linii prostej) ruch ręki od przycisku do strefy niebezpiecznej (np. przyciski nie są osłonięte), należy przyjąć C=250 mm; w przeciwnym razie C=0. Jak widać konieczność ominięcia osłony oszacowana jest na ok. 156 ms.^[13]Dlaczego akurat tyle, skoro otwarcie osłony oszacowano na 100ms? Dlaczego modyfikuje się C zamiast T? I dlaczego zwiększa się odległość przy braku osłon zamiast zmniejszać, … Continue reading

Nulla regula sine exceptione

Normy typu B1 (czyli omawiające rodzaje zagrożeń, np. ISO 13855) nie określają wymagań dla listew lub krawędzi czułych na nacisk ani dla wiązek optycznych zabezpieczających krawędź. Pewne wymogi można znaleźć w ISO 14120,^[14]PN-EN ISO 14120:2016 Bezpieczeństwo maszyn. Osłony. Ogólne wymagania dotyczące projektowania i budowy osłon stałych i  ruchomych czyli normie typu B2 (dotyczącej środków bezpieczeństwa). W odróżnieniu od omówionej wyżej normy ISO 13855, kryterium określone w ISO 14120 to nie relacja czasu zatrzymania i odległości, lecz nacisk i energia osłony, nie mogące przekraczać^[15]ISO 14120, 5.2.5.4 odpowiednio 150 N i 10 J (jeżeli osłona po zatrzymaniu automatycznie się otwiera) lub 75 N i 4 J (w pozostałych przypadkach).

Są wreszcie normy typu C (dotyczące konkretnych typów maszyn), które wprowadzają rozmaite odstępstwa od omówionych zasad, np. EN 692^[16]PN-EN 692:2010 Obrabiarki. Prasy mechaniczne. Bezpieczeństwo; norma wycofana w 2018 r. (rzekomo zastąpiona przez PN-EN ISO 16092-1), a następnie przywrócona na listę norm … Continue reading w załączniku B określa inne niż ISO 13855 odległości nienadzorowanego wnikania pomiędzy wiązkami optycznymi, a w załączniku C sugeruje nawet, że nie da się sięgać przez szczelinę szerokości 75 mm (!) pomiędzy kurtyną a konstrukcją stałą.

Jeszcze inne są wymagania dla ochronnych wiązek laserowych w prasach krawędziowych — szczegóły określa EN 12622.^[17]PN-EN 12622:2014 Bezpieczeństwo obrabiarek. Prasy hydrauliczne krawędziowe Takie u.o. jest w normie określane jako, nie wiedzieć dlaczego, „uruchamiane laserem AOPD” (aktywne optoelektroniczne urządzenie ochronne, active optoelectronic protective device) i powinno uniemożliwiać dotknięcie narzędziem położonego na matrycy próbnika grubości 10 mm przy prędkości do 10 mm/s, a próbnika grubości 35 mm przy prędkości większej.