Navrhování elektrických zařízení a elektrických systémů při uvádění nového pracovního stroje na trh

Hydraulické zdvihací zařízení je určeno pro horizontální (elektrické) a vertikální (hydraulické) přestavení pracovního prostoru obsluhy obráběcího stroje, která se na ni zdržuje během obrábění. Odtud obsluha řídí stroj přes ovládací panel řídicího systému  a pomocný ovládací panel. Zdvihací zařízení je vybaveno krytováním, které chrání obsluhu stroje před odletujícími třískami a stříkající řeznou kapalinou. Na plošině je umístěn panel řídicího systému (zavěšen na otočném rameni), pomocný ovládací panel, přípojka stlačeného vzduchu, zásuvka pro 230V/50Hz (napájení notebooku), vnitřní osvětlení, tlačítka pro ovládání přestavení plošiny a tlačítka pro ovládání bezpečnostních zámků dveří. Krajní (koncové) polohy plošiny jsou indikovány koncovými spínači.

Hlavní vstup/výstup na plošinu je z přední části po pevných nezávislých schůdcích přes ručně ovládané dveře vybavené bezpečnostním elektro-zámkem, umožňujícím otevření dveří jen v určitém režimu stroje. Druhý vstup/výstup je v boční části směrem  do pracovního prostoru stroje. Tyto dveře jsou vybaveny rovněž bezpečnostním elektro-zámkem umožňující otevření dveří jen v určitém režimu stroje. Kabina s dveřmi je vybavena průhledným bezpečnostním polykarbonátem. Ve spodní části kabiny je implementován bezpečnostní skener, který při přerušení laserového paprsku vypne pojezd zdvihacího zařízení směrem dolů.

  Zdvihací zařízení – hydraulická obslužná plošina

Řešení bezpečnosti stroje
Jelikož bezpečnost je základní potřebou člověka, je nezbytné, aby se obsluha hydraulické plošiny i personál údržby mohl spolehnout na bezpečnost stroje. Z tohoto důvodu jsme se v průběhu vývoje věnovali jednotlivým krokům tak, abychom eliminovali maximum rizikových oblastí a stroj splňoval základní bezpečnostní a zdravotní požadavky Směrnice pro stroje.

Krok 1: Posouzení rizika
Během vývojové fáze jsme se především zabývali posouzením rizik, která by mohla ohrozit obsluhu a bezpečnost hydraulické plošiny. Pro stanovení kategorií požadavků na bezpečnostní části systému, jsme provedli jednoduchý odhad rizik pomocí grafické metody (norma ČSN EN ISO 13 849-1), která je použitelná jak pro elektrické, elektronické tak pro hydraulické systémy.

Graf posouzení rizika

Krok 2: Snížení rizika
Jelikož jsme v průběhu vývoje určili nutnost opatření minimalizaci zvolených rizik, použili jsme v následujícím kroku tzv. 3 - stupňovou metodu.

• a) Bezpečnostní konstrukce zdvihacího zařízení
  Bezpečná konstrukce je prvním nejdůležitějším stupněm procesu minimalizace rizika. Možné riziko je zde vyloučeno během návrhu vývoje a konstrukce. Účinnost opatření je proto prokazatelně nejvyšší a ekonomicky nejefektivnější.  V každém případě jsme se snažili zvolit/použít komponenty tak, aby v případě selhání plošiny byla bezpečnost osob prioritní. Prvním cílem konstrukce bylo, aby riziko nemohlo vůbec vzniknout. Vyvarovali jsme se používání ostrých hran, rohů, přesahujících dílů, eliminaci míst, na kterých by mohlo docházet ke střihu či ke zhmoždění. Často stačí brát v potaz dobrého rádce "zdravý selský rozum".
• b) Technická ochranná opatření zdvihacího zařízení
  Technická ochranná opatření jsou realizována prostřednictvím ochranných zařízení (plechové kryty, dveře, průhledné bezpečnostní polykarbonáty) nebo monitorovacími jednotkami, které vykonávají bezpečnostní funkci. Ne všechna ochranná zařízení jsou zapojena do řídicího systému stroje. Například pěvně instalované oddělující ochranné plechové kryty či bezpečnostní polykarbonáty musí tvořit důkladný bezpečnostní zábranu proti odletujícím třískám obráběcího stroje či stříkající chladicí kapalině.

Stanovení bezpečnostních funkcí:
Bezpečnostní funkcí jsme si definovali, jak má být sníženo riziko prostřednictvím bezpečnostně technických opatření. Pro každé nebezpečí, které jsme nedokázali odstranit konstrukčními prostředky, jsme museli definovat vlastní bezpečnostní funkci. Tzn., že jsme museli řešit otázku dočasného zamezení přístupu z kabiny do prostoru obrábění, dočasného zamezení vystoupení z kabiny, není-li kabina v koncové spodní poloze, zamezení startu pohybu kabiny směrem dolů v případě překážky pod plošinou atd.

Dočasné zamezení přístupu:
Přístup do nebezpečné oblasti jsme zamezili po dobu, kterou se zdvihací zařízení nachází v nebezpečném stavu. Jakmile zdvihací zařízení dosáhne bezpečného stavu, blokování přístupu je povoleno. V tomto případě jsme volili elektromechanický bezpečnostní spínač s bezpečnostní zarážkou. Jednoduše řečeno získáváme bezpečnostní informaci ohledně zavření dveří včetně ovládacího signálu pro povolení zarážky a možnost otevření dveří.

Zamezení startu pohybu plošiny směrem dolů:
Abychom zajistili bezpečnou jízdu zdvihacího zařízení směrem dolu, je do bezpečnostního obvodu implementován a konstrukčně umístěn ve spodní části kabiny laserový bezpečnostní skener. Detekce v aktivním ochranném poli bezpečnostního laserového skeneru. Funkce "Vyvolání Stop" je realizovaná vertikálním ochranným polem bezpečnostní světelné závory.
Pro aktivaci bezpečnostní funkce "Nouzové zastavení" je start nebo opětovné uvedení stroje do chodu blokováno, dokud se v nebezpečné oblasti nacházejí předměty, osoby.

Zamezení přejetí maximální horní koncové polohy plošiny
Pro eliminaci chyby nezaznamenání horní koncové polohy hydraulické plošiny je do systému vložen v maximálním možném zdvihu bezpečnostní mechanický snímač s dvěma rozpínacími kontakty.

Návrh bezpečnostních funkcí zdvihacího zařízení:
Stroj je tvořen různými zvolenými komponenty, které působí součinně a zajišťují tak funkci celého zařízení. V závislosti na bezpečnostních funkcích a požadované bezpečnostní úrovni, byly voleny bezpečnostně relevantní části systému řízení (senzory,logické stupně výstupní jednotky, prvky výkonového řízení či pohonné a pracovní prvky) viz obr. č. 2.

  Struktura systému řízení zdvihacího zařízení

V předchozí části jsme popisovali bezpečnostní funkce a jejich zamezení. Do logické jednotky, tedy do řízení stroje, jsou také připojeny senzory s provozními funkcemi tak, abychom vytvořili ucelený inteligentní systém. V tomto případě se jedná o snímání tlaku, hladiny hydraulického agregátu. Dále pak koncové polohy (horizontální a vertikální pohyb plošiny) signalizované mechanickými koncovými spínači či indukčními senzory.

Prvkem výkonového řízení jsou myšleny stykače, které spínají nebo rozepínají elektrické spojení mezi přívodem elektrické energie a motory (pohonné prvky) určené pro horizontální, vertikální pohyb zdvihacího zařízení.

Integrování bezpečnostních zařízení do systému řízení hydraulické plošiny:
Tím, že plošina koresponduje několika bezpečnostními systémy, zvolili jsme logickou jednotku se softwarovými aplikacemi. Tato jednotka disponuje s komplexním bezpečnostním PLC. Logické operace pro bezpečnostní funkce jsou přitom realizovány prostřednictvím software. Konfigurovatelný řídicí systém je možné sestavit z před-definovaných logických bloků pomocí programového rozhraní. Základem hardwaru je bezpečnostní řídící jednotka CPU, programovatelná přes rozhraní RS 232. Ta je doplněna vstupně/výstupními jednotkami. Výhodou tohoto systému je jakákoliv rychlá změna v konfiguraci stroje a jeho logiky.

Řídící systém Flexi soft, logické bloky

Hydraulický vertikální pohyb zdvihacího zařízení:
Samotnou kapitolou bezpečnostního ovládání, řízení a snímání je hydraulická jednotka sestavená z hydraulické nádrže, čerpadla, motoru a řídící jednotkou osazenou zpětným ventilem, bezpečnostním tlakovým ventilem a elektricky řízenými směrovými ventily pro směry pohybu nahoru a dolu.

Řídicí ventilová jednotka agregátu je vybavena ručně ovládaným ventilem, kterým je možno i v případě výpadku napájení dopravit kabinu ve směru dolů. Tento ventil je otevírán jen trvalým působením ruky. Zvedací zařízení je také opatřeno směrovým nouzovým ventilem, kterým je možné ovládat záložním akumulátorem (12VDC) i při výpadku napájecího napětí stroje. Aktivace záložního zdroje je kombinací klíčového přepínače a tlačítka umístěného na panelu ovládání.

Řídící hydr. jednotka

• c) Uživatelské informace o zbytkovém riziku hydraulické plošiny
  Jelikož nám nedovolovala bezpečná konstrukce, ani jiná technická opatření eliminovat všechna rizika, opatřili jsme kabinu plošiny piktogramy a varovné pokyny jsme také zapracovali do kompletního návodu stroje. Ten je nedílnou součástí každého expedovaného stroje s kompletním technickým popisem, obslužným návodem a údržbou kompletního zařízení.

Krok 3: Celkové ověření
Před každým uvedením zdvihacího zařízení do provozu se musí provést jednotlivé přezkoušení a zkoušky. Jedná se tedy o přezkoušení funkčnosti dveří a jejich uzávěrek zajištěné koncovými spínači s blokováním, které musí odolat mechanické pevnosti 300N. V dalším případě se jedná o přezkoušení koncových vypínačů zdvihacího zařízení, kontrolu ovládání zdvihacího zařízení, kontrolu tlaku při plném zatížení, kontrolu funkčnosti bezpečnostního skeneru a především kontrolu nouzové jízdy směrem dolů přes zálohový akumulátor. Výsledkem je sepsání protokolu o přezkoušení stroje.

Vývojem hydraulických obslužných plošin se Tratec-cs zabývá již čtvrtým rokem. Za uplynulou dobu jsme dospěli k mnoha poznatkům, které dnes eliminují výskyt rizik bezpečnosti stroje. V oblasti vývoje spolupracujeme také s naším zákazníkem, kde dbáme na jeho požadavky v oblasti ergonomiky v souladu s kvalifikací obsluhy.

Článek je ukázkou sborníku L.P.Elektro č. 49