Case Study: Kompleksowa modernizacja prasy mechanicznej

 

 

Wymagania klienta, zakres prac i zastosowane komponenty

Punkt wyjścia – czego oczekiwał klient?
Klient z branży produkcyjnej, eksploatował prasę mechaniczną FAIR OAKS - model GH-125, o nominalnej sile nacisku równej 125 ton, pracującą jako istotny element procesu produkcyjnego. Konstrukcja maszyny nadal posiadała potencjał technologiczny, jednak system sterowania, układy bezpieczeństwa oraz część infrastruktury pomocniczej wymagały modernizacji.
Najważniejsze potrzeby klienta obejmowały przede wszystkim dostosowanie maszyny do aktualnych wymagań bezpieczeństwa dla pras mechanicznych, zgodnych z PN-EN ISO 16092-1 i PN-EN ISO 16092-2:2020 oraz dobrymi praktykami inżynierskimi. W praktyce oznaczało to konieczność przebudowy układów odpowiedzialnych za nadzorowanie osłon, zatrzymanie awaryjne, kontrolę ruchu i bezpieczne tryby pracy.
Drugim istotnym oczekiwaniem była wymiana przestarzałego systemu sterowania na nowoczesne rozwiązanie PLC, które zapewni większą niezawodność, łatwiejszy serwis, dostępność części zamiennych oraz możliwość dalszej rozbudowy. Dotychczasowe systemy w starszych maszynach często bazują na komponentach trudnych do utrzymania lub niewspieranych przez producentów.
Klient oczekiwał również poprawy ergonomii obsługi. Operatorzy potrzebowali czytelnego panelu operatorskiego, szybkiej diagnostyki alarmów, prostszego zarządzania nastawami oraz większej przejrzystości procesu produkcyjnego.
Kolejnym wymaganiem była integracja z istniejącym otoczeniem produkcyjnym. Modernizacja nie mogła zakłócić współpracy maszyny z pozostałymi urządzeniami linii, dlatego nowy system musiał komunikować się w sposób analogiczny do obecnego rozwiązania.
Istotnym założeniem było także zachowanie mechanicznego potencjału maszyny. Klient nie planował zakupu nowej prasy, lecz chciał przedłużyć cykl życia istniejącego urządzenia poprzez wymianę kluczowych systemów automatyki.

Podstawa normatywna i prawna
Modernizacja została zrealizowana w oparciu o aktualne normy zharmonizowane z dyrektywą maszynową:

• PN-EN ISO 16092-1:2018 – ogólne wymagania bezpieczeństwa dla pras (zastąpiła PN-EN 692+A1, PN-EN 693+A2, PN-EN 13736+A1)
• PN-EN ISO 16092-2:2020 – wymagania specyficzne dla pras mechanicznych
• PN-EN ISO 12100 – ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka
• PN-EN ISO 13849-1 – elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem (wyznaczanie PL)
• PN-EN 60204-1 – wyposażenie elektryczne maszyn
• PN-EN ISO 13850 – funkcja zatrzymania awaryjnego
• PN-EN ISO 14119 – urządzenia blokujące sprzężone z osłonami (RFID safety)
• PN-EN ISO 14120 – wymagania dla osłon stałych i ruchomych

Projekt zrealizowano na podstawie Dyrektywy Maszynowej 2006/42/WE, która obowiązuje do 19 stycznia 2027 r. Od 20 stycznia 2027 r. zacznie obowiązywać Rozporządzenie (UE) 2023/1230 w sprawie maszyn, zastępujące dotychczasową dyrektywę. Wprowadza ono m.in. wymagania w zakresie cyberbezpieczeństwa, dokumentacji cyfrowej oraz zaostrzone zasady oznakowania CE.
Ponieważ modernizacja wpływała na funkcje bezpieczeństwa maszyny, przeprowadzono nową ocenę zgodności i ponowne oznakowanie CE.

Zakres wykonanych prac

      1.  Audyt techniczny i analiza ryzyka

Projekt rozpoczęto od weryfikacji oceny ryzyka maszyny zgodnie z PN-EN ISO 12100. To kluczowy etap każdej modernizacji, ponieważ pozwala wskazać realne zagrożenia dla operatorów, służb utrzymania ruchu i procesu produkcyjnego.
Sprawdzono między innymi:

• dostęp do stref niebezpiecznych,
• sposób zatrzymania maszyny (kategorie zatrzymania wg PN-EN 60204-1),
• zachowanie układów przy awarii,
• zabezpieczenie osłon ruchomych,
• tryby pracy ręcznej i automatycznej,
• możliwość bezpiecznego przezbrajania.

Na tej podstawie określono zakres zmian technicznych oraz wymagane Performance Level (PLr) dla poszczególnych funkcji bezpieczeństwa.

      2.  Wykryte zagrożenia

Podczas szczegółowego audytu bezpieczeństwa zakładu produkcyjnego, wykryto następujące zagrożenia:

• Zagrożenia mechaniczne (krytyczne)

Ruchome elementy prasy, rolek podających i obracających się szpul generują ryzyko pochwycenia, zmiażdżenia oraz niekontrolowanego uruchomienia podczas przezbrojeń. Dodatkowo transport suwnicą i ruch wózków widłowych stwarzają ryzyko przygnieceń i kolizji.

• Zagrożenia procesowe i fizyczne

Ekspozycja na hałas (~80 dB), podwyższoną temperaturę oraz kontakt z gorącymi elementami maszyn. Dodatkowo obecność odprysków i iskier przy procesach spawalniczych.

• Zagrożenia chemiczne i pyłowe

Kontakt z chłodziwami, środkami smarnymi oraz pyłem ołowiowym – ryzyko zatrucia, podrażnień i chorób zawodowych.

• Zagrożenia energetyczne

Instalacje elektryczne (porażenie, łuk elektryczny), instalacje sprężonego powietrza (uszkodzenia ciała przy rozszczelnieniu).

• Ergonomia i organizacja pracy

Ręczne prace transportowe, wymuszone pozycje oraz wysoka wielozadaniowość – ryzyko przeciążeń i błędów operatorskich.

      3.  Opracowanie nowej dokumentacji elektrycznej

Wykonano aktualizację dokumentacji w środowisku EPLAN Electric P8. Obejmowała ona:

• nowe schematy zasilania,
• układy sterowania,
• bezpieczeństwo,
• rozmieszczenie aparatury,
• oznaczenia przewodów i sygnałów,
• dokumentację serwisową i powykonawczą.

Dzięki temu klient otrzymał pełną bazę do dalszego utrzymania ruchu i rozbudowy maszyny.

      4.  Wymiana systemu sterowania

Zaprojektowano nowy układ oparty o platformę Siemens SIMATIC S7-1500F z modułami ET 200SP F. Jeden system obsługuje zarówno logikę procesu, jak i funkcje safety – z certyfikacją do PL e wg ISO 13849-1 oraz SIL 3 wg IEC 61508.
W praktyce wdrożono:

• sterowanie cyklem pracy prasy,
• nadzór napędów,
• logikę współpracy z urządzeniami zewnętrznymi,
• obsługę czujników,
• sekwencje start/stop, single stroke, continuous,
• bezpieczne zatrzymanie we wszystkich trybach pracy,
• diagnostykę PROFINET / PROFIsafe.

      5.  Nowy panel operatorski HMI

Zastosowano 10-calowy panel Siemens SIMATIC HMI Unified Comfort. Jest to najnowsza generacja paneli Siemens, oparta na otwartej architekturze i webowej technologii wizualizacji.
Panel umożliwia:

• wizualizację stanów pracy i pozycji suwaka,
• system alarmów z historią zdarzeń,
• podgląd parametrów cyklu i diagnostyki napędów,
• wybór i autoryzację trybów pracy,
• diagnostykę usterek z wskazaniem miejsca i przyczyny,
• strukturę użytkowników z poziomami uprawnień.

To znaczący wzrost komfortu pracy względem starszych interfejsów.

      6.  Modernizacja napędów

Wymieniono układy napędowe na nowoczesne falowniki Siemens:

• SINAMICS S120 – do napędu głównego, gdzie wymagana jest wysoka dynamika i precyzja regulacji ruchu. Obsługuje funkcje Safety Integrated (STO, SS1, SLS, SOS, SSM) zintegrowane z PROFIsafe.
• SINAMICS G120C – do napędów pomocniczych. Kompaktowy, łatwo integrowalny z PROFINET, z funkcją STO w wykonaniu standardowym.

Zastosowane rozwiązania pozwoliły uzyskać:

• precyzyjniejszą regulację,
• lepszą dynamikę ruchu,
• większą energooszczędność,
• wbudowane funkcje bezpieczeństwa,
• łatwiejszą diagnostykę po sieci PROFINET.

      7.  Komunikacja sieciowa

Przemysłowa sieć Ethernet/PROFINET zbudowana w oparciu o switche Siemens SCALANCE zapewnia niezawodną komunikację między PLC, HMI, napędami i czujnikami, diagnostykę topologii oraz możliwość rozbudowy o zdalny dostęp i monitoring.

      8.  Przebudowa bezpieczeństwa maszyny

Wdrożono nowy system ochrony operatora obejmujący:

• czujniki bezpieczeństwa RFID dla osłon – kodowane indywidualnie, odporne na manipulację „kluczem zapasowym", zgodne z PN-EN ISO 14119,
• przyciski awaryjne zgodne z PN-EN ISO 13850,
• przełączniki trybów pracy z autoryzacją,
• sterowanie oburęczne zgodne z PN-EN 574 (typ III),
• monitoring położenia suwaka z funkcją bezpiecznego zatrzymania w górnym martwym położeniu,
• kontrolę dostępu do stref zagrożenia.

Dodatkowo wykonano osłony podajnika materiału na wejściu i wyjściu maszyny, zgodne z PN-EN ISO 14120.

      9.  Szafa sterownicza
Zastosowano obudowę Rittal wraz z aktywną klimatyzacją Pfannenberg dobraną pod obciążenie cieplne komponentów oraz sygnalizację optyczno-akustyczną Pfannenberg informującą o stanie pracy maszyny.

     10.  Montaż, uruchomienie i szkolenia

Po prefabrykacji szafy w warsztacie Automatech wykonano u klienta:

• montaż mechaniczny i demontaż starych komponentów,
• montaż elektryczny,
• okablowanie nowych podzespołów,
• testy funkcjonalne (FAT/SAT),
• pomiary elektryczne,
• rozruch maszyny i strojenie napędów,
• testy walidacyjne funkcji bezpieczeństwa,
• szkolenie operatorów,
• szkolenie działu utrzymania ruchu.

Zastosowane komponenty – krótki opis
Siemens SIMATIC S7-1500F / ET 200SP F Nowoczesny sterownik PLC z funkcjami bezpieczeństwa. Łączy sterowanie procesem i safety w jednym systemie (PL e / SIL 3). Bardzo popularne rozwiązanie w przemyśle.
Siemens SIMATIC HMI Unified Comfort Zaawansowany panel operatorski z intuicyjną wizualizacją, alarmami i obsługą parametrów procesu.
Siemens SINAMICS S120 Wysokowydajny falownik do wymagających aplikacji dynamicznych. Umożliwia precyzyjne sterowanie ruchem oraz odzysk energii. Wbudowane funkcje Safety Integrated.
Siemens SINAMICS G120C Kompaktowy falownik do standardowych napędów pomocniczych. Wysoka niezawodność i łatwa integracja z PROFINET.
Siemens SCALANCE Przemysłowy switch Ethernet do komunikacji sieciowej urządzeń automatyki.
Siemens SIRIUS Rodzina aparatury przemysłowej: styczniki, przyciski, moduły bezpieczeństwa, zabezpieczenia silnikowe.
Czujniki RFID Safety Bezkontaktowe czujniki monitorujące zamknięcie osłon bezpieczeństwa. Trudne do obejścia i odporne na zużycie. Zgodne z PN-EN ISO 14119.
Pfannenberg Urządzenia chłodzenia szaf sterowniczych oraz sygnalizacja akustyczno-optyczna dla przemysłu.
Rittal Profesjonalne obudowy i szafy sterownicze o wysokiej jakości wykonania.
EPLAN Electric P8 Branżowy standard projektowania szaf sterowniczych – środowisko CAD dla dokumentacji elektrycznej.

Efekt końcowy
Klient otrzymał zmodernizowaną prasę wyposażoną w nowoczesny system sterowania, poprawione bezpieczeństwo, lepszą diagnostykę oraz możliwość dalszego rozwoju bez konieczności zakupu nowej maszyny. Maszyna spełnia wymagania dyrektywy 2006/42/WE oraz norm PN-EN ISO 16092-1/2 i otrzymała nowe oznakowanie CE wraz z deklaracją zgodności.

Jeżeli Twoja prasa, linia produkcyjna lub maszyna pracuje na przestarzałym sterowaniu – modernizacja może być szybsza i bardziej opłacalna niż zakup nowego urządzenia.
Automatech realizuje między innymi modernizacje maszyn i linii produkcyjnych, wykonanie szaf sterowniczych, systemy safety, szkolenia pracowników.

AUTOMATECH Sp. z o.o.

siedziba firmy i sklep:

05-816 Opacz–Kolonia, ul. Ewy 2

tel.: (22) 753 24 80 fax: (22) 753 24 90

e-mail: biuro.warszawa@automatech.pl

www.automatech.pl

www.automatechsklep.pl