Transcript munkavedelem 2014-08ea - Mechatronikai és Autótechnikai

Bánki Donát Gépész és Biztonságtechnikai Mérnöki Kar
Mechatronikai és Autótechnikai Intézet
Munkavédelem a
gépgyártásban
2014
Munkavédelem robotosított
munkaterületeken
Pintér Péter Mihály
Email : [email protected]
Szoba : A28
Robotosított munkahelyek:
• robotok igen elterjedtek az ipar számos területén,
• megbízhatóan végeznek az ember számára monoton,
unalmas munkákat.
• a legtöbb ipari robot az autóalkatrész-gyártásban,
valamint az elektronikai, a műanyag, és vegyiparban
tevékenykedik, ahol főleg hegesztésre, festésre,
szerelésre, rakodási munkálatokra használják őket.
Robot fogalma:
• 21. századra elfogadottá váló csoportosítási elvek
szerint a robotokat a jellemző alkalmazási területük
szerint soroljuk csoportokba:
•
•
•
•
•
ipari robot,
szerviz robot,
személyi/házi robot (beleértve a humanoid robotokat is),
mentő/mentesítő robot
űrrobot.
• A legrégebb óta, az 1960-as évektől használt robottípus
az ipari robot
• 10 nemzetközi szabvány foglalkozik az ipari robotokkal
• Az „MSZ EN ISO 9283:2002 Anyagkezelő ipari robotok.
Képességjellemzők és vizsgálati módszerek” című
szabvány szerint ipari robotoknak azokat a szabadon
programozható,többcélú mechanizmusokat nevezzük,
amelyek anyag, alkatrész, szerszám vagy egyéb eszköz
egyszerűen változtatható program szerinti mozgatását,
térbeli helyzetének megváltoztatását vagy megtartását,
megfogását vagy elengedését, vagyis manipulálását
végzik
Ipari robotok alkalmazási területei (2006os felmérés )
• Szerelési feladatok megoldása. A legtöbb ipari robotot,
az összes ipari 33%-t (2000-ben: 22%) szerelésre
használják.
• A második Legáltalánosabb alkalmazási terület az ív- és
ponthegesztés, az ipari robotok mintegy 25%-át(2000ben: 24%)ezen munkafázisok végrehajtására
alkalmazzák
• Gépkiszolgáló, anyagkezelő robotok. Szintén általános
alkalmazás a gyártócellákban, gyártórendszerekben
működő, a különböző alkatrészeket, egységeket szállító,
valamint a munkadarabokat, szerszámokat cserélő
robotegységek. Gyakoriságuk 2000-ben 12% volt
• Megmunkáló robotok. Az alkalmazásra kerülő robotok
előnyei, hogy olcsóbbak, mint a hasonló műveletek
megvalósítására képest szerszámgépek, hátrányuk
azonban, hogy forgácsolási,gyártási lehetőségeik
jelentős mértékben korlátozva vannak. Gyakoriságuk
2000-ben 7% volt
• Palettázó/csomagoló robotok: A korszerű logisztikai
rendszerek igényelte egységrakományok képzésére és
kezelésére szolgáló, többnyire vákuumos megfogókkal
felszerelt, kis helyigényű, nagy teherbírású, nagy
munkaterű robotok. Gyakoriságuk 2000-ben 3% volt.
Ipari robotok alaptípusai:
Az ipari (soros kialakítású) robotokat az első
három csukló elrendezése alapján a következő öt
csoportba sorolják:
Hasáb munkaterű ipari robot:
• Csak lineáris mozgástengelyekkel rendelkezik.
• Egyszerű vezérlésű, általában nagy, hasáb alakú
munkatérrel rendelkező egység.
• Átrakási műveletekhez általánosan alkalmazott
robottípus (szerszámgépek kiszolgálása, egységek
szállítása)
Hengerkoordinátás robot.
• A robottípus egy rotációs és két transzlációs
mozgástengellyel rendelkezik.
• Henger-alapú hasáb munkaterű, leggyakrabban
szállítási feladatokra alkalmazzák.
Gömbkoordinátás robot.
• Egy transzlációs és két rotációs mozgástengellyel
rendelkező, gömb-alapú munkatérrel rendelkező, kisebb
szállítási feladatokra alkalmazásra kerülő robottípus.
Humanoid robot.
• Kizárólag rotációs mozgástengelyekkel rendelkező,
univerzálisan alkalmazható, közkedvelt robottípus.
Munkatere méreteihez képest jelentős, az ipari robotok
mintegy 40%-a humanoid jellegű.
• SCARA robot.
• A nagy precizitást igénylő szerelési műveletekhez
alkalmazzák a két rotációs- és egy transzlációs
tengellyel rendelkező SCARA (szelektív
engedékenységű robot kar) robotokat.
• Nagy működési sebesség és nagy ismétlési pontosság
jellemzi.
Párhuzamos kinematikájú robotok
• kedvező merevségi tulajdonságuk miatt egyre jobban
terjednek megmunkálási feladatok ellátásában.
• Az ipari robotokkal kapcsolatos munkavédelmi előírások
éppoly szerteágazóak, mint az ipari robotok
felhasználási területei.
•
Más-más biztonságtechnikai előírások vonatkoznak
szerelő ill. hegesztőrobotokra, kis ill. nagyméretű
robotszerkezetekre, stb.
• Az általános, robotokra vonatkozó előírások és
védőeszközök, védőberendezések áttekintése előtt
vizsgáljuk meg, mik is az általános munkavédelmi célok,
miért van szükség szigorú munkavédelmi előírásokra.
Egy ipari robot több tényező miatt is fokozottan
veszélyes eszköznek minősül:
A környezetre nézve, valamely biztonságtechnológiai
szempontból, veszélyes tevékenységet végez:
• Tűzveszélyes munkák esetén (hegesztés)
• Egészségre ártalmas anyagokkal való munkavégzés
esetén (festés)
• Nehéz tárgyak mozgatása esetén (rakodás)
A robot saját alkotóelemei miatt:
– Magas feszültségű gép
– Pneumatikus, hidraulikus elemeket tartalmazó
berendezés
– Nagy erővel, gyors mozgásokat végző manipulátor
Hegesztő robotok:
• A hegesztőrobotok biztonságtechnikai kérdéseit
– mint általában a technológiai robotoknál
szokásos – szét kell választani, a robotosított
technológiára (hegesztésre) vonatkozó és
magára a robotra, vonatkozó előírásokra.
• A robotállomás üzemeltetésekor mindkét
előíráscsoportot egyenértékűen kell kezelni.
A robotosított technológia biztonságtechnikája
• A hegesztőrobotok alkalmazásakor a
robotállomás kialakításánál gondoskodni kell a
robotkezelő és a környezet megfelelő (pl.
hegesztőív fénysugárzás, hegesztési füst elleni)
védelméről.
• Az erre vonatkozóan értelemszerűen kell
alkalmazni a Hegesztési Biztonsági Szabályzat
előírásait.
Robot biztonságtechnika
• Az ipari robotok biztonságtechnikájával az MSZ EN 775
részletesen foglalkozik az alábbi témakörök szerint (az
általános fogalom meghatározásokon és áttekintésen
túlmenően):
• • Általános kialakítási követelmények
• • A robot tervezése és kialakítása
• • A robotrendszer tervezése és műszaki
védőintézkedései
• • Üzemeltetés
• • Telepítés, üzembe helyezés és üzemi próba
• • Dokumentáció
• • Oktatás
• Új robotrendszer beszerzése esetén a robot gyártója
tanúsítja, hogy a berendezés gyártása és kialakítása
megfelel a vonatkozó előírásoknak, mely többek között
az ebben a szabványban foglaltak kielégítését is jelenti.
• Használt robotrendszer beszerzése esetén azonban a
beszerzési forrástól függően (mely többnyire nem a
robot gyártója) a felhasználón múlik és annak
felelőssége a robot biztonságos üzemeltetéséhez a
megfelelő feltételek kialakítása. Ehhez ismerni kell az
erre vonatkozó előírásokat és szempontokat.
• MSZ EN 292-1:1993 Gépek biztonsága. Alapfogalmak, a kialakítás
általános elvei 1. rész: fogalom meghatározások, módszertan
• MSZ EN 292-2:1991/A1:1997 Gépek biztonsága. Alapfogalmak, a
kialakítás általános elvei. 2. rész: Műszaki alapelvek és általános
előírások
• MSZ EN 292-2:1993 Gépek biztonsága. Alapfogalmak, a kialakítás
általános elvei. 2. rész: Műszaki alapelvek és előírások
• MSZ EN 294:1994 Gépek biztonsága. Biztonsági távolságok a
veszélyes helyek felső testrésszel való elérése ellen
• MSZ EN 349:1993 Gépek biztonsága. Legkisebb távolságok a
testrészek összenyomódásának Elkerüléséhez
• MSZ EN 418:1993 Gépek biztonsága. Vészkikapcsoló
berendezések működési szempontjai. A kialakítás elvei
• MSZ EN 574 Gépek biztonsága. Kétkezes kapcsolók. Működési
szempontok, kialakítási Irányelvek
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
MSZ EN 775:1999 Ipari robotok biztonságsátgtechnikája
MSZ EN 811:1997 Gépek biztonsága. Biztonsági távolságok a veszélyes
helyek alsó testrésszel való elérése ellen Fémek hegesztett kötéseinek
roncsolásos vizsgálata.
MSZ EN 953:1999 Gépek biztonsága. Védőburkolatok. Rögzíthető és
nyitható védőburkolatok kialakításának és beépítésének általános
követelményei
MSZ EN 954-1:1999 Gépek biztonsága. Vezérlő rendszerek biztonságával
összefüggő szerkezeti Részek 1. rész: A kialakítás általános elvei
MSZ EN 50081-2:1994 Elektromágneses összeférhetőség. Általános
zavarkibocsátási szabvány 2. rész ipari környezet
MSZ EN 982:1997 Hidraulika Gépek biztonsága. Fluidtechnikai
berendezések és szerkezeti elemeik biztonsági követelményei
MSZ EN 983:1997 Pneumatika. Gépek biztonsága. Fluidtechnikai
berendezések és szerkezeti elemeik biztonsági követelményei
MSZ EN 1037:1997 Gépek biztonsága. A váratlan indítás megelőzése
MSZ EN 60204-1:1995 Gépi berendezések biztonsága. Gépek villamos
szerkezetei. rész: Általános előírások
MSZ EN 50082-2:1997 Elektromágneses összeférhetőség (EMC). Általános
zavartűrési szabvány. 2. rész: Ipari környezet
Biztonságot biztosító eszközök,
berendezések:
• Az ipari robotok munkaterülete jól meghatározható
geometriai tér.
• Ez alapján szokás kijelölni a robot biztonsági zónáját.
• A robot biztonsági területén belül ember nem
tartózkodhat, kivéve szerelés és karbantartási
munkálatok esetén.
• Ennek a területnek a megközelítését az üzemi
előírásokon túl védőfallal, védőkerítéssel is el kell látni.
Védőfallal ellátott hegesztőrobot
• A biztonsági védőfal nagy előnye, hogy egyszerre
biztosítja a biztonságos ember-gép távolságot, a
veszélyesnek megállapított helyek elérhetetlenségét,
egyértelműen és jól láthatóan kijelöli a biztonsági zónát,
védelmet biztosít a kirepülő darabok, forgács ellen.
• Az ipari robotokkal kapcsolatos legtöbb biztonsági
berendezés azt szolgálja, hogy ne lehessen megsérteni
a biztonsági zónát illetve, hogyha a biztonsági zónában
rendellenesség, szabálytalanság lép fel a rendszer
azonnal leállítható, áramtalanítható legyen.
• Ezek a biztonsági berendezések a robot vezérlésétől
független biztonsági rendszerhez csatlakoznak.
Vészleállító gombok:
• A vészleállító gombok feladata, hogy a robotosított
munkaterület bármely pillanatban áramtalanítható, az
éppen zajló folyamatok megállíthatóak legyenek.
• A legnagyobb prioritással bír a biztonsági áramkörben.
• Amennyiben egy ipari robot biztonsági területe több
irányból is megközelíthető, több vészleállító gomb
elhelyezése szükséges, szám szerint annyi, amennyi a
„bejáratok” száma.
• A vészleállító gomb elhelyezkedésének jól látható,
könnyen megközelíthetőnek kell lennie, mindig a
biztonsági védőfalon kívül.
Vészmegállító és biztonsági kapu
A vészmegállítónak 0-ás kategóriájú leállítóként (leállítás a gép
indítószerkezetének azonnali áramtalanításával) vagy 1-es
kategóriájú leállítóként (vezérelt leállás, áramtalanítás a gép
megállása után) kell működnie.
A vészmegállító típusát a berendezés kockázati elemzése (EN 954)
határozza meg.
Azonban csak huzalozott elektromechanikus összetevők használhatók.
Működése nem függhet elektronikus logikai áramköröktől vagy
adatkapcsolaton keresztüli parancsátadástól.
A PNOZ és PST relék kipróbált áramköröket tartalmaznak: ezek az
elektromechanikus áramkörök már több száz alkalmazásban
szerepeltek.
Beépített redundanciával tervezték, vagyis több párhuzamosan
alkalmazott relé vagy érintkező gondoskodik arról, hogy az egyik
meghibásodása esetén egy másik ellássa a biztonsági funkciót.
A relé speciális kábelezése és az alaphelyzet-visszaállító gomb
csatlakozása indításkor automatikus működési tesztet tesz lehetővé.
Biztonsági ajtóérzékelők
• A biztonsági ajtóérzékelők feladata, hogy a robot
megközelíthetőségét biztosító ajtók csukva maradjanak
üzemi funkcionálás közben.
•
Minden esetben elektromechanikus berendezések,
melyek jelzést adnak illegális ajtónyitás esetén.
• Üzem közbeni ajtónyitás hatására a vész-állj funkcióval
egyenértékű állapotnak kell beállnia, az éppen zajló
folyamatoknak meg kell állniuk, a feszültségeknek le kell
esniük.
• A biztonsági ajtóérzékelők kijátszását szigorú
előírásokkal kell tiltani minden dolgozó számára.
4-es kategóriájú gondozásmentes biztonsági ajtóérzékelő
• Biztonsági fénysorompók:
• A fénysorompók feladata, hogy a robot munkaterületére
illetéktelenül belépőket megakadályozza az olyan
területeken, ahol nem található biztonsági védőfal.
• Ilyen helyek lehetnek a nyersanyag kiszolgálást biztosító
futószalagok vagy más kiszolgáló berendezések
bemenetei, ahol a nyersanyagon kívül más illetéktelen
tárgyak, személyek is bejuthatnak a robot
munkaterületére.
• A nyersanyag beadagolásakor a fénykaput egy
megszakító relé hatástalanítja, a munkadarab
elhaladttával az érzékelők újraaktivizálódnak.
• Illetéktelen behatolás esetén a vészállj funkció lép
érvénybe a biztonsági áramkörben.
Fénykapu tiltásvezérlő
• A tiltás ideiglenes, automatikus és az egyik
elektroszenzitív védőberendezés (ESPE) biztonságos
áthidalásával lehetővé teszi az anyagok ki- és
beszállítását a veszélyes területre.
• Ezért a veszélyes terület bemeneti/kimeneti részén 2
vagy 4 tiltó érzékelő kerül telepítésre olyan
elrendezésben, hogy csak az anyag aktiválja az
érzékelőket.
• Az aktiválás után a tiltó rendszer elindítja a tiltási ciklust
arra az időre, ameddig az anyag áthalad a védelmi
mezőn.
• A kezelő nem aktiválhatja a tiltó érzékelőket ilyen
módon, a veszélyes területre lépéssel pedig elindítja a
berendezés veszélyes mozgásának lekapcsolását.
• A tiltó rendszer bekapcsolja a tiltási lámpát arra az időre,
ameddig az anyag áthalad a védelmi mezőn.
• Az eszköz figyeli a tiltó lámpa spirálisan tekercselt
világítószálát, akkor is, ha a tiltás még nem indult el.
• Ha a spiráltekercs hibás vagy a lámpa nem érintkezik, a
PMUT átkapcsol egy második lámpára.
• Ha ez is hibás, az eszköz zavar állapotba kerül és
lekapcsolja a biztonsági kimenetet.
• A tiltás az elektroszenzitív védelmi rendszer (EN 614961 A.7) működésének biztonságos, automatikus és
ideiglenes felfüggesztése.
• A tiltást leggyakrabban az anyagok veszélyes területre
történő be- és kiszállításakor alkalmazzák.
• A tiltásérzékelők az ilyen anyag biztonságos
érzékelésére szolgálnak.
•
Leggyakrabban fénysorompók vagy fényfüggönyök
ideiglenes kiiktatására alkalmazzák.
• Ezt az állapotot a tiltáslámpa jelzi.
Tiltásvezérlő, EN 954-1 szabvány 4-es kategória PMUT X1P
Jellemzők
4 bemenet tiltásérzékelőknek.
Figyeli a tiltáslámpákat.
Átkapcsolás a tiltáslámpák között.
Tiltás üzemmód: soros vagy párhuzamos.
A szimultán működés figyelése.
5 félvezető kimenet.
Alaphelyzeti bemenet.
Kulcsos bekapcsolási funkció hibaállapot után.
LEDes állapotjelzők.
Dugaszolható sorkapcsok:
• Programozható biztonsági relé:
• A programozható biztonsági relé a biztonsági áramkör
„lelke”.
• Ez az egység érzékeli a biztonsági berendezésektől
érkező jeleket és tiltja le a rendszer áramellátását.
• Szintén ez az egység ad lehetőséget a biztonsági
rendszer felülbírálásához karbantartási, javítási feladatok
elvégzésének céljából (kulcsos kapcsoló hatására).
• A biztonsági rendszer telepítését minden esetben
érdemes biztonságtechnikai szakemberre bízni.
Elektroszenzitív védőberendezés (ESPE):
fénysorompók, fényőrök, fényfüggönyök
• Az elektroszenzitív védőberendezés (ESPE) kifejezés
olyan optikai rendszereket jelöl, melyek a veszélyes
terület előtt olyan elrendezésben helyezkednek el, hogy
bármely közelítő objektumot (pl. egy személy)
érzékeljenek, és leállítsák a veszélyes mozgást.
• A biztonsági fénysorompót úgy kell elhelyezni, hogy ha a
fénysugár megszakadjon a veszélyes mozgás során, a
veszélyes területet csak akkor lehessen megközelíteni,
ha a veszélyes mozgás már megszűnt.
• Az ESPE helyét úgy kell megválasztani a berendezésen,
hogy ne lehessen a veszélyes területre jutni a védett
mezőn való áthaladás nélkül.
• Nem megengedhető, hogy az eszköz felett, alatt, körül
vagy mögött el lehessen haladni.
Az EN 954-1 szabvány 4-es kategóriájába tartozó
vészmegállító relé és biztonsági kapufigyelő
Jellemzők
• Az alaphelyzet visszaállítása választhatóan kézi,
felügyelt vagy automatikus.
• Egy- vagy kétcsatornás működtetés, rövidzár
észlelésével vagy anélkül.
Biztonsági szőnyegek
• A biztonsági vagy nyomásérzékeny szőnyegek
egyedülálló eszközök, amelyek jelzés esetén
engedélyező (positive-guided) helyett jelzés
esetén tiltó vezérlésűek.
• Éppen ezért a biztonsági szőnyegeket főleg a
biztonsági zóna megkerülése ellen alkalmazzák.
• Ez azt jelenti, hogy a biztonsági zóna határát
ESPE figyeli, az azon túleső területet pedig egy
biztonsági szőnyeg.
Az üzemeltető személyzettel kapcsolatos
követelmények
•
•
•
•
•
•
•
A tapasztalatok alapján ugyanis a robotok üzemeltetése során esetlegesen
bekövetkező baleseteknek 90%-ban emberi mulasztás az oka.
Az ívhegesztő robotokat üzemeltető személyzettel szemben támasztott
követelményeket egy 1999-ben megjelent AWS szabvány [4] példaértékűen
foglalja össze.
A szabvány által 4 szintbe sorolt személyzet minden egyes szintjén
elsődlegesek a hegesztési ismeretek (természetesen különböző
mélységben).
Ezt kell a munkakörnek megfelelő szinten integrálni a robot üzemeltetésével
kapcsolatos ismeretanyaggal.
Mivel ez utóbbira vonatkozóan az ismeretanyag többségét a konkrét
rendszerre vonatkozó információk teszik ki, az erre irányuló képzést a robot
gyártó cégének szakembereivel célszerű elvégeztetni.
A robotot üzemeltető személyzet képzését nem szabad befejezettnek
tekinteni a robotállomás beüzemelésekor végzett oktatással.
A robot biztonságos és hatékony működtetése érdekében a személyzet
ismereteinek frissítését rendszeres időközönként számonkéréssel is
kiegészítve fontos végez(tet)ni.