Reklama: Chcesz umieścić tutaj reklamę? Zapraszamy do kontaktu » zamknij
Reklama: Chcesz umieścić tutaj reklamę? Zapraszamy do kontaktu »
Powrót do listy artykułów Aktualizowany: 2018-05-24
Jak zapewnić bezpieczeństwo działania prasy mechanicznej

Modernizacja prasy mechanicznej pozwoliła BorgWarner Rzeszów spełnić wymagania prawne związane z bezpieczeństwem i higieną pracy, a także zapewnić krótszy czas przezbrojenia maszyny. Wdrożenie wykonała firma Automatech bazując na rozwiązaniach Siemens.

BorgWarner Rzeszów jest polskim oddziałem amerykańskiego koncernu BorgWarner Inc. zajmującym się produkcją komponentów oraz systemów zaawansowanych technologii dla układów napędowych w samochodach oraz układów przeniesienia napędu. Jedna z fabryk koncernu zlokalizowana jest w Podkarpackim Parku Naukowo Technologicznym w miejscowości Jasionka pod Rzeszowem. Zakład specjalizuje się w produkcji dla branży motoryzacyjnej turbosprężarek, układów kontroli i sterowania przekładni automatycznych, a także łańcuchów i modułów rozrządu ze zmiennymi fazami.
Prowadzenie produkcji w sposób bezpieczny i zgodny z prawem wymagało od BorgWarner Rzeszów modernizacji zaplecza technologicznego. Jednym z zadań związanych z przygotowaniem parku maszynowego w fabryce była modernizacja prasy mechanicznej P1, o sile nacisku 250kN i prędkości 100-200 cykli na minutę, wyposażonej w sprzęgło cierne wraz ze zintegrowanymi maszynami.
Istotnym powodem, dla którego konieczna była modernizacja był warunek spełnienia wymagań dotyczących bezpieczeństwa i higieny pracy (zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z dnia 30.10.2002 oraz dyrektywą 2009/104/WE) i dostosowania starych rozwiązań 23 letniej prasy mechanicznej do współczesnych wymagań. Efektem prac modernizacyjnych miała być możliwość bezpiecznego uruchomienia produkcji z wykorzystaniem posiadanej maszyny w zakładzie BorgWarner Rzeszów.

„Naszym zadaniem było dostosowanie maszyny do obowiązujących w Polsce przepisów w zakresie bezpieczeństwa, co umożliwiło uruchomienie produkcji w zakładzie. Byliśmy świadomi odpowiedzialności za życie i zdrowie naszych pracowników rozpoczynających produkcję na tych maszynach." - mówi Mateusz Bałon inżynier procesu w BorgWarner Rzeszów.

Dostosowanie maszyny do norm bezpieczeństwa

W 2015 roku modernizacji urządzenia podjęła się firma Automatech. Prace rozpoczęto od kontrolnego audytu bezpieczeństwa, w efekcie którego zweryfikowano bieżący stan prasy bezpośrednio przed relokacją do fabryki pod Rzeszowem. Dokonano także pomiarów dobiegu według obowiązujących norm PN EN ISO 13855.

W następnej kolejności rozpoczęto dostosowanie maszyny do wymagań wynikających z raportu po wykonanym audycie. Prace obejmowały m.in. uzupełnienie osłon blokujących maszyny, instalację nowych czujników RFiD oraz wyłączników ryglowanych na osłonach maszyny, a także wykonanie aktualizacji schematu elektrycznego maszyny uwzględniającego nowe elementy bezpieczeństwa. Ważnym elementem przeprowadzonej przez Automatech modernizacji była instalacja nowego modułu bezpieczeństwa. Jednocześnie zdecydowano się na pozostawienie dotychczasowego układu sterowania związanego z realizacją pozostałych funkcji standardowych. Dalsze prace na tym etapie obejmowały m.in. wykonanie oprogramowania dla układu bezpieczeństwa, usunięcie pozostałych, wykrytych niezgodności, uzupełnienie niezbędnej dokumentacji oraz przeszkolenie obsługi z działania układu po jego modyfikacji. Na zakończenie przygotowano dokument z oświadczeniem zgodności z wymaganiami minimalnymi dla maszyny.

„Realizacja audytu kontrolnego maszyn oraz dostosowanie maszyn do obowiązujących wymagań, a w szczególności pras mechanicznych to dla nas standardowy projekt. Jednak dużym wyzwaniem był bardzo krótki czas realizacji, w którym mieliśmy wykonać audyty kilkudziesięciu maszyn bezpośrednio przed ich relokacją do Rzeszowa. Mieliśmy tez mało czasu na dostawę raportów z audytu. Ponadto, podczas samego procesu dostosowania mieliśmy bardzo niewiele czasu na realizację naszych działań wdrożeniowych. Konieczne było przyspieszenie prac, by jak najszybciej uruchomić produkcję." - wspomina Paweł Auguściuk - inżynier projektu odpowiedzialny w Automatech za realizację projektu.

Skrócenie czasu przezbrojenia

 

Szafa sterownicza przed modernizacją
Szafa sterownicza przed modernizacją

 Od lutego 2017 roku prowadzony był drugi etap modernizacji, którego celem było skrócenie czasu przezbrojenia maszyny, pozwalający jednocześnie na wymianę układu sterowania i bezpieczeństwa na kompletnie nowe rozwiązanie.

 „Poprzedni układ bezpieczeństwa umożliwiał realizację trybu ustawczego tylko przy zamkniętych wszystkich osłonach maszyny. Dostęp możliwy był dopiero po zatrzymaniu prasy i zwłocznym odryglowaniu osłon, co podczas przezbrojenia wydłużało czas przestoju. Postanowiliśmy znacząco go skrócić, po to, aby zwiększyć efektywność naszej maszyny. Dodatkowo, dotychczasowy 23-letni układ sterowania nie zapewniał nam wystarczającej gwarancji bezprzerwowej pracy tak ważnej dla nas maszyny. Wcześniej Automatech dostarczył dla nas nowe układy sterowania, także do innych pras, oparte o rozwiązania Fail Safe firmy Siemens, dlatego też nie zastanawialiśmy się komu powierzyć to zlecenie." - mówi Michał Oczoś - inżynier procesu w BorgWarner Rzeszów.

W wyniku prowadzonych prac wykonano kompletnie nowy układ sterowania prasy zgodny z wymaganiami dyrektywy maszynowej 2006/42/WE oraz współczesnych norm, w szczególności normy dla pras mechanicznych PN EN 692.

„Wykonywanie układów sterowania dla pras, w szczególności pras mechanicznych ze sprzęgłem ciernym, to dla nas najbardziej typowe projekty, w realizacji których się specjalizujemy. Opieramy się na sprawdzonych rozwiązaniach. W tym przypadku po raz kolejny zdecydowaliśmy się na zastosowanie dobrze znanego nam sterownika ET200S w wersji Fail Safe firmy Siemens, który zapewnia odpowiedni poziom bezpieczeństwa pracy prasy. W przypadku tego urządzenia, pomimo bardzo wysokiej ilości cykli na minutę, wynoszącej prawie 200 przy znamionowo wykorzystywanej wartości 120 cykli/min, byliśmy pewni, że nowy układ bezpieczeństwa z enkoderem safety i komunikacją poprzez Profinet/Profisafe, wykorzystywanym również jako układ krzywki elektronicznej właściwie spełni swoje zadanie. Pomimo tak wysokiej liczby cykli na minutę układ bezpieczeństwa i sterowania działa prawidłowo. W kolejnych projektach wykorzystywaliśmy jeszcze szybszy sterownik ET200SP (CPU 1500) Fail Safe. Przy realizacji tego rodzaju zadań modernizacyjnych mamy zatem do dyspozycji właściwy hardware i odpowiednio certyfikowany software. Wykorzystujemy certyfikowane przez TÜV bloki technologiczne dla pras mechanicznych, które realizują specyficzne i występujące tylko w tych maszynach funkcje bezpieczeństwa np. obsługę układu krzywki bezpieczeństwa prasy, sterowanie zaworem zdwojonym, zabezpieczenie przed powtórzeniem cyklu, kontrolę sprawności łańcucha napędowego układu krzywkowego, automatyczne nadzorowanie wybiegu prasy w każdym cyklu i wiele innych funkcji. Dysponując certyfikowanymi narzędziami software oraz sporym doświadczeniem w budowie takich układów sterowania jesteśmy pewni efektów naszych prac i możemy zagwarantować bezpieczną oraz optymalną pracę maszyn. Jednak realizując ten projekt musieliśmy także zmieścić się w krótkim czasie, czego dzięki zdobytemu wcześniej doświadczeniu, udało nam się dokonać." - wspomina Paweł Auguściuk.


Prace rozpoczęto od wykonania nowego projektu elektrycznego dla układu sterowania maszyny. W pierwszej kolejności dostarczono i zmontowano zdwojony zawór bezpieczeństwa dla prasy. Było to urządzenie z serii MEP firmy GPA. Następnie usunięto wyłączniki ryglujące na osłonach blokujących i zastąpiono je wyłącznikami bezpieczeństwa RFiD. Kolejnym elementem realizowanego projektu była dostawa i montaż enkodera w wersji safety spełniającego normę PN EN ISO 13849-1 Ple/ PN EN 62061 SIL3, od firmy TRelectronic oraz wykonanie wszystkich adaptacji mechanicznych. Po dostarczeniu i montażu do korpusu prasy pulpitu sterowania oburęcznego z serii 3SU firmy Siemens przeznaczonego do realizacji trybu ustawczego maszyny dostarczono kompletną szafę sterowniczą wraz ze sterownikiem z serii ET200S Fail Safe oraz panelem operatorskim z serii KTP700. Ta infrastruktura techniczna została uzupełniona o niezbędne wyposażenie wraz z falownikami z serii V20, aparaturą pulpitową i osprzętem niskonapięciowym z serii SIRIUS firmy Siemens.


Optymalizacja czasu przestojów

Kolejne prace modernizacyjne polegały na przygotowaniu, przetestowaniu i zaimplementowaniu oprogramowania dla sterownika ET200S Fail Safe, w tym programu safety, w oparciu o dedykowane technologiczne bloki bezpieczeństwa dla pras mechanicznych certyfikowane przez TÜV. Uzupełnieniem oprogramowania sterownika była wizualizacja oraz kompletna diagnostyka układu sterowania i bezpieczeństwa maszyny. Pozwoliło to uzyskać minimalny możliwy czas potrzebny do zmian w ustawieniach urządzeń oraz w przypadku ich konserwacji.
Wykonanie pomiarów dobiegu dla prasy potwierdziło właściwe zdystansowanie pulpitu sterowania oburęcznego do strefy zagrożenia. W następnej kolejności, po dostarczeniu szafy oraz po montażu szafy na maszynie, wykonano dla nowego układu sterowania wymagane pomiary elektryczne wg normy PN EN 60204-1. Wreszcie na koniec przeprowadzono udany rozruch nowego układu sterowania prasy, dostarczono nową instrukcję obsługi dla maszyny oraz przeszkolono pracowników BorgWarner w zakresie jej działania.

zmodernizowana szafa sterownicza
Zmodernizowana szafa sterownicza

Wykorzystanie do budowy układów sterowania pras mechanicznych sterowników integrujących w sobie wszelkie funkcje bezpieczeństwa oraz funkcje standardowe zapewnia optymalizację kosztową i funkcjonalną. Jednocześnie uzyskujemy najwyższy, wymagany poziom bezpieczeństwa, a dzięki pełnej diagnostyce także najwyższą efektywność działania maszyn.

Należy pamiętać o tym, że w przypadku pras mechanicznych musimy odpowiednio bezpiecznie realizować funkcje układu krzywkowego. Do dyspozycji mamy albo mechaniczne układy krzywkowe np. GSW100E firmy Leonard Engineering albo enkodery absolutne w wersji Fail Safe (Ple/SIL3). Oba rozwiązania w połączeniu ze sterownikiem bezpieczeństwa, takim jak S7-1500, ET200S czy ET200SP w wersji Fail Safe, zapewniają wymagany poziom bezpieczeństwa. Jednak doświadczenie pokazuje, że użycie enkoderów Fail Safe jest bardziej optymalnym rozwiązaniem. W tej opcji w programie mamy do dyspozycji „nieskończoną" ilość krzywek, co w szczególności w przypadku pras zintegrowanych z podajnikami jest bardzo efektywne. Również nasze doświadczenia potwierdzają, że nawet w zastosowaniach dla bardzo szybkich pras nie ma jakichkolwiek problemów technicznych wynikających z użycia enkoderów safety" - mówi Paweł Auguściuk.


Podczas realizacji wielu projektów polegających na wykonaniu układów sterowania pras wykorzystujących podajniki walcowe oraz serwonapędy bardzo przydatne są sterowniki i napędy ze zintegrowanym bezpieczeństwem, takie jak S7-1500-F/ET200SP Fail Safe oraz Sinamics S120, dostarczane przez Siemens. Prostsze jest w tym przypadku wykonanie projektu elektrycznego, bo wszelkie funkcje bezpieczeństwa są już bezpośrednio zintegrowane w sprzęcie i nie potrzebne są dodatkowe urządzenia zewnętrzne zapewniające ich realizację sprzętową. Dzięki temu można zminimalizować materiały potrzebne na okablowanie, uzyskuje się także większą przejrzystość systemu okablowania. Dodatkową korzyścią jest zwiększenie efektywności maszyn przy jednoczesnym minimalizowaniu kosztów obejmujących projekt, instalację sprzętu, wykonanie programowania oraz uruchomienie.
Decydując się na rozwiązanie Siemens mamy do dyspozycji zarówno funkcje bezpiecznego odłączenia momentu STO, jak również bezpiecznej kontroli wolnej prędkości SLS oraz inne funkcje, szczególnie przydatne do kontrolowania prędkości posuwu podajników walcowych dla pras. Należy jednak pamiętać o zachowaniu norm bezpieczeństwa w tym PN EN 692. Podczas wprowadzania początku nowej taśmy blaszanej do narzędzia, przy otwartej osłonie, z użyciem joysticka o trójpołożeniowym przycisku zezwolenia (np. HE2G firmy Idec) maksymalna prędkość nie może przekraczać 10mm/s. W takim przypadku kontrolę tej wolnej prędkości zapewniają wewnętrzne funkcje bezpieczeństwa napędu wraz z jego enkoderem. Nie ma zatem potrzeby dodawania zewnętrznego enkodera safety lub kółka pomiarowego z 2-ma czujnikami i niezbędnym modułem bezpieczeństwa kontroli prędkości. W efekcie projekt staje się prostszy, znacząco skraca się czas realizacji i możliwa jest właściwa implementacja wymaganych funkcji bezpieczeństwa przy niższych kosztach.

 

 

 

Zdwojony zawór bezpieczeństwa dla prasy z serii MEP firmy GPA
Zdwojony zawór bezpieczeństwa dla prasy z serii MEP firmy GPA

 

Enkoder w wersji safety spełniający Ple/SIL3 firmy TRelectronic
Enkoder w wersji safety spełniający Ple/SIL3 firmy TRelectronic

 

 

Szafa sterownicza wraz ze sterownikiem z serii ET200S Fail Safe
Szafa sterownicza wraz ze sterownikiem z serii ET200S Fail Safe

 

 

    

Autor:
Automatech Sp. z o.o.
Źródło:
Control Engineering Polska
Dodał:
AUTOMATECH Sp. z o.o.