ZÁKLADY ROBOTIKY Bezpečnostní komponenty

ZÁKLADY ROBOTIKY Bezpečnostní komponenty Ing. Josef Černohorský, Ph.D.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Bezpečnostní komponenty Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Z ákladní ot ázky pro tento blok? Základní otázky Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• • • •

Jak zajistit bezpečnost obsluhy robota? Jsou provedená opatření dostatečná? Jak lze poznat nebezpečný stav stroje? Jaké jsou typy bezpečnostních komponent?


Z ákladní ot ázky pro tento blok? Základní otázky Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• • • •

Jak zajistit bezpečnost obsluhy robota? Jsou provedená opatření dostatečná? Jak lze poznat nebezpečný stav stroje? Jaké jsou typy bezpečnostních komponent?


Pro č řřešit ešit funk ční bezpe čnost? Proč funkční bezpečnost? Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Bezpečnost nezaměňovat se spolehlivostí • Ochrana před nesprávnou funkcí a s s tím spojenými následky (škody na zdraví, prostředí a majetku) – – – – –

Ochrana obsluhy Ochrana zařízení Ochrana prostředí Zkrácení odstávek Naplnění legislativních požadavků (nařízení vlády NV170/2011 a NV176/2008)


Obecn á struktura evropských norem Obecná Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Norma typu A – základní norma (pojmy, zásady pro konstrukci, obecně všechny typy strojních zařízení • Typ B – skupinové bezpečnostní normy (jednotlivé typy zařízení ovlivňující bezpečnost, ale pro širokou škálu zařízení) – Typ B1 jednotlivá hlediska (bezpečné vzdálenosti, teploty, vibrace, hluk) – Typ B2 zařízení (obouruční ovládání, nouzové zastavení)


Obecn á struktura evropských norem Obecná Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení

• Typ C – konkrétní typ stroje nebo skupinu strojních zařízení

Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

Je-li ustanovení C v odlišnosti od B a A, platí mají ustanovení C přednost před jinými normami.


Výb ěr norem – zzákladní ákladní terminologie Výběr Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN 1070:2000 Bezpečnost strojních zařízení – Terminologie • ČSN EN ISO 8373:1998 – Manipulační průmyslové roboty - Slovník


Výb ěr norem - st ěžejní Výběr stěžejní Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN ISO 13849-1:2008 Bezpečnost strojních zařízení • ČSN EN ISO 10218-1:2011 Roboty pro výrobní prostředí – Požadavky na bezpečnost • ČSN EN ISO 12100:2011 Bezpečnost strojních zařízení - Všeobecné zásady pro konstrukci - Posouzení rizika a snižování rizika


Výb ěr norem Výběr Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN 62061:2011 Bezpečnost strojních zařízení Funkční bezpečnost elektrických, elektronických a programovatelných elektronických řídicích systémů souvisejících s bezpečností • ČSN EN ISO 13850:2008 - Bezpečnost strojních zařízení Nouzové zastavení - Zásady pro konstrukci • ČSN CR 954-100:2000 Bezpečnost strojních zařízení Bezpečnostní části řídicích systémů - Část 100: Návod pro používání a aplikaci EN 954-1:1996 • ČSN EN ISO 13849-1:2009 -Bezpečnost strojních zařízení Bezpečnostní části ovládacích systémů - Část 1: Všeobecné zásady pro konstrukci


Kryty Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN 953+A1:2009 - Bezpečnost strojních zařízení - Ochranné kryty Všeobecné požadavky pro konstrukci a výrobu pevných a pohyblivých ochranných krytů


Sn ímací za řízení Snímací zařízení Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN 61496-1 ed. 2:2011 - Elektrická snímací ochranná zařízení – část 1 Všeobecné požadavky a zkoušky • ČSN CLC/TS 61496-3:2009 Bezpečnost strojních zařízení - Elektrická snímací ochranná zařízení Část 3: Zvláštní požadavky na aktivní optoelektronická ochranná zařízení s rozptylným odrazem (AOPDDR) • ČSN CLC/TS 62046:2009 Bezpečnost strojních zařízení - Použití ochranného zařízení pro snímání přítomnosti osob


Ochrana lidsk ého ttěla ěla lidského Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN ISO 13855:2010 - Bezpečnost strojních zařízení - Umístění ochranných zařízení s ohledem na rychlosti přiblížení částí lidského těla • ČSN EN 349+A1:2008 - Bezpečnost strojních zařízení - Nejmenší mezery k zamezení stlačení částí lidského těla • ČSN EN ISO 13857:2008 - Bezpečnost strojních zařízení - Bezpečné vzdálenosti k zamezení dosahu k nebezpečným místům horními a dolními končetinami


Normovan é lidsk é ttělo ělo Normované lidské Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN 547-3+A1:2009 - Bezpečnost strojních zařízení - Tělesné rozměry - Část 3: Antropometrické údaje • ČSN EN 547-2+A1:2009 - Bezpečnost strojních zařízení - Tělesné rozměry - Část 2: Zásady stanovení rozměrů požadovaných pro přístupové otvory • ČSN EN 1005-5 :2007 - Bezpečnost strojních zařízení - Fyzická výkonnost člověka - Část 5: Posuzování rizika velmi často opakované ruční manipulace


Norma na normy Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• ČSN EN 414:2001-Bezpečnost strojních zařízení - Pravidla pro navrhování a předkládání bezpečnostních norem


Jak postupovat Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• • • • •

Určit mezní hodnoty strojního zařízení Identifikovat nebezpečí Odhadnout rizika Hodnotit rizika Snížit rizika – Změnou konstrukce – Bezpečnostními zařízeními – Organizačními opatřeními

• Je bezpečnostní systém nezávislý od ovládacího? • Nebyla vytvořena jiná nebezpečí? • Bylo riziko přiměřeně sníženo?


Dv ě/tři principieln ešení Dvě/tři principielníí řřešení Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Místně oddělené prostory (neexistuje průnik množin) • Časově oddělené prostory (prostorový průnik množin existuje, ale ne časově, buď člověk a stroj „stojí“ nebo stroj „jede“ a pak není člověk • Člověk i stroj v jednom, ale stroj v bezpečném stavu (bezpečně limitovaná rychlost, bezpečně limitované posuvy)


Analýza a hodnocen hodnoceníí rizika Přehled legislativy

• Vyhodnocovat reálná nebezpečí – předvídatelné nesprávné použití

Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• • • •

Vyloučit nebo snížit riziko změnou konstrukce Snížit rizika pomocí bezpečnostních komponent Snížit rizika informacemi o zbytkovém riziku Určit přiměřenou integritu bezpečnosti – SafetyIntegrityLevel SIL 1-4


Odhad rizika Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení

Systematický postup, aby mohla být přijata náležitá opatření


http://www.ia.omron.com/support/guide/3/safety_functions.html


Odhad rizika PLr Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

S – závažnost zranění S1 lehké (přechodné následky zranění) S2 závažné (trvalé následky)




F – četnost a/nebo vystavení nebezpečí F1 řídká až málo častá (doba vystavení krátká) F2 častá až nepřetržitá (doba vystavení dlouhá)




P – možnost vyloučení nebezpečí nebo omezení škody P1 možné za určitých podmínek P2 sotva možné



Č emu se vyhnout Čemu Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Nevhodná konstrukce nebo modifikace logiky řídicího systému • Kolísání napětí řídicího systému • Dočasná nebo trvalá závada nebo porucha části systému • Nevhodná volba umístění ovládacího zařízení


P říklady nebezpe čného chov ání stroje Příklady nebezpečného chování Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Neúmyslné nebo neočekáváné spuštění • Nezastavené pohyblivých částí • Upadnutí nebo vymrštění pohyblivých částí stroje nebo obrobku upnutého ve stroje


SRP/CS ((Safety Safety related related part part control system system)) Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Bezpečnostní systém vykonává funkce s určitou úrovní vlastností PL (performance level) a tím dosáhneme požadovaného snížení rizika • PLa-PLe (s rostoucím písmenem klesá míra pravděpodobnosti nebezpečné poruchy) – Nebezpečná porucha – selhání bezpečnostní systému



• Kategorie B – Systémy bez diagnostického pokrytí – vyskytne-li se závada, může vést ke ztrátě bezpečnostní funkce – Střední doba do nebezpečné poruchy (MTTFd) krátká až střední – Maximální dosažitelná PL b



• Kategorie 1 – Požadavky B navíc (osvědčené součásti a osvědčené postupy) – Systémy bez diagnostického pokrytí – vyskytne-li se závada, může vést ke ztrátě bezpečnostní funkce (ale díky dlouhé MTTFd je málo pravděpodobná) – Střední doba do nebezpečné poruchy (MTTFd) musí být dlouhá – Maximální dosažitelná PL c



• Kategorie 2 – Splněno předchozí a dále – Funkce kontrolována ve vhodných intervalech (nízkých intervalech) – Funkce kontrolována povinně • Při spuštění stroje • Iniciování nebezpečné situace – Spuštění cyklu, spuštění pohybu

– vyskytne-li se závada – přechod do bezpečného stavu, není li to možné, signalizace nebezpečí – Střední doba do nebezpečné poruchy (MTTFd) muže být krátká až dlouhá (v závislosti na požadovaném PL) – Maximální dosažitelná PL d – Výskyt závady může vést ke ztrátě bezpečnostní funkce mezi kontrolami, ale kontrolou musí být tato ztráta detekována – Musí být provedena opatření proti funkci se společnou příčinou



• Kategorie 3 – Splněno předchozí a dále – Výskyt jednotlivé závady NESMÍ vést ke ztrátě bezpečnostní funkce – Nahromadění chyb může vést ke ztrátě bezpečnostní funkce – Závada detekována při nebo před nejbližší bezpečnostní událostí (ne všechny závady) – Funkce kontrolována ve vhodných intervalech (nízkých intervalech) – Střední doba do nebezpečné poruchy (MTTFd) muže být krátká až dlouhá (v závislosti na požadovaném PL) – Paralelní kanály a cross monitoring



• Kategorie 4 – Splněno předchozí a dále – Výskyt jednotlivé závady NESMÍ vést ke ztrátě bezpečnostní funkce – Jednotlivá závada byla detekována při nebo před nejbližší bezpečnostní událostí (dostatečně brzo např. při zapnutí, nebo na konci cyklu) – Jestliže není detekce možná, pak nahromadění chyb nesmí vést ke ztrátě bezpečnostní funkce – Funkce kontrolována častěji než v kategorii 3 (zajištěný autodetekční systém) – Střední doba do nebezpečné poruchy (MTTFd) musí být dlouhá – Musí být provedena opatření proti funkci se společnou příčinou (paralelně zálohované kanály a cross monitoring)


Porovn ání Porovnání Přehled legislativy

• Chyba v komponentě vede ke ztrátě bezpečnostní funkce • Chyba není detekována • Spolehlivost určena volbou komponent • Využívat spolehlivé komponenty a postupy


http://ce-safety.info/omron.html


Porovn ání Porovnání • Jedna závada v jakékoli komponentě nesmí vést ke ztrátě bezpečnostní funkce • Chyba musí být detekovatelná před nebo v průběhu události (pokud toto nelze splnit, kumulace chyb nesmí vést ke ztrátě bezpečnostní fukce)

Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady



Porovn ání Porovnání Přehled legislativy

• Dvoukanálový total stop • Zdvojené vstupy a výstupy • Zpětná informace od KM1 a KM2 • Vlastní monitoring • Vyhodnocení zakázaných stavů (zkrat vstupu)




Typ detekce Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Popis rozteče mezi paprsky – – – –

Prst (14 mm) Ruka (14 - 40 mm) Končetina (40 - 70 mm) Tělo (nad 70 mm)

• Plošná detekce – stroj se nespustí, pokud je v nebezpečné pracovní zóně pracovník • Plošné skenery průběžně monitorují celou 2D rovinu na přítomnost pracovníků


Detekce vstupu Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Bezpečnostní senzor nebo dveřní spínač se používá pro detekci vstupu do nebezpečné zóny • Poté už není možné jeho přítomnost monitorovat


Bezpe čná vzd álenost Bezpečná vzdálenost Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Minimální vzdálenost, kterou je nutno udržovat mezi bezpečnostním senzorem tak, aby stroj skutečně zastavil dřív, než se k němu něco nebo někdo dostane • Záleží také na směru přístupu (kolmý, boční, pod úhlem) Speciální vzorce, předpokládaná rychlost přiblížení apod.


Bezpe čnostní prvky nemus ždy vyp ínat stroj … Bezpečnostní nemusíí vvždy vypínat stroj… Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení

• Definovaný průběh detekce, vodorovné a svislé senzory




P říklad vstupu Příklad Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Přístup přes bezpečnostní prvek musí být jediný možný (nelze obejít) • K bezpečnému zastavení musí dojít dříve než vstoupí obsluha (nesmí být úraz od zastavovaného stroje) • Restart stroje = reset bezpečnostních komponent – mimo nebezpečnou oblast, kdo resetuje, zodpovídá, že tam opravdu nikdo není http://ce-safety.info/omron.html


P říklad vstupu Příklad Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady



Kombinovan á ochrana Kombinovaná Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady



Bezpe čnostní rel é Bezpečnostní relé Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Zajišťují funkci i když jsou kontakty svařené (nuceně vedené kontakty, mechanicky svázané), spínací a rozpínací kontakty pracují současně • Obvody jsou zdvojené, aby se minimalizovala pravděpodobnost, že porucha způsobí nebezpečí • Duplicitní kontakty v blokovacím spínači • Dva stykače v sérii pro odpojení motoru


Bezpe čnostní PLC Bezpečnostní Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Speciální HW řešení dle příslušných norem • Programování pomocí blokových schémat • Zdvojené vstupy a bezpečně monitorované výstupy


Nouzov é zastaven Nouzové zastaveníí Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Nouzové zastavení – (emergency stop/not aus) • Zastavení pohybujících se částí, odpojení od napětí, kromě okruhu pro ruční uvolnění brzd motorů – Neřízené zastavení – kategorie 0 – Řízené zastavení – kategorie 1

http://www.moeller.net/images/content/themenauftritte/safety/safety_notaus.jpg


Safety /protective stop Safety/protective Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Zastavení vyvolané bezpečnostní událostí – Vstup obsluhy do záclony – Otevření dveří

• Neřízené zastavení – kategorie 0 • Řízené zastavení – kategorie 1



Safety /protective stop Safety/protective Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• AS – automatic mode stop – Pouze v automatickém režimu, v manuálu neaktivní

• GS – general stop – Aktivní ve všech režimech

• SS – superior stop – Aktivní vždy, vypíná i externí osy



Laserový skener Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

http://img.directindustry.com/images_di/photo-g/laser-scanner-for-stationary-and-mobile-safeguarding-of-dangerarea-350861.jpg


Laserový skener Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

http://www.keyence.ca/products/safety/safety/sz/sz_topimage.gif


Bezpe čnostní kontakt dve ří Bezpečnostní dveří Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

http://www.omron-ap.com/product_info/D4NS/d4ns_safety.jpg


Bezpe čnostní kontakt dve ří Bezpečnostní dveří Přehled legislativy

• Spínač musí být automaticky aktivován




Bezpe čnostní kontakt dve ří Bezpečnostní dveří Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení

• Spínač musí být automaticky aktivován • Nesmí být snadno „překonatelný“

Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady



Problematika ppřímé římé spolupr áce ččlověk lověk robot spolupráce Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření Aplikační příklady

• Bude lépe řešit ISO 10218-2:(2011?) Robots for infustrial enviroment – Safety requirements – Part2: Robot System and Integration • Stavající ČSN EN ISO 10218-1:2011 Roboty pro výrobní prostředí – Požadavky na bezpečnost řeší: – Robota, ne instalaci, buňku jako celek – Síla omezena na 150N bez vymezení minimální plochy



• ISO 10218-2 zavádí: – Minimální radius hran 5mm (při omezení síly a momentu robota) – Apendix H2 do analýzy rizik, dle ohrožených částí lidského těla – Zavádí biomechanické limity tak, aby nedošlo k hlubším krvavým zraněním, zlomeninám a poškození kostry (kloubů apod.) – Omezení společného prostoru znamená vystavení menší části těla možnému riziku



http://www.dguv.de/ifa/en/pra/kollaborierende_roboter/fg_maschinenschutz_en.pdf






• ISO 10218-2 zavádí: – CFS (N) statická síla (omezená dle místa na těle) – IMF (N) impulzní (dynamická) síla – PSP (N/cm^2) (omezení kontaktních tlaků)








Pod ěkování Poděkování Přehled legislativy Rizika a vyhodnocení

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247

Základní nastavení Všeobecné zásady Porovnání opatření

Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření,

Aplikační příklady

který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.

ZÁKLADY ROBOTIKY Bezpečnostní komponenty

Recommend Documents