PN-EN ISO 13857 w projektowaniu osłon i cel zrobotyzowanych

Dobór ogrodzenia lub osłony maszyny nie zaczyna się od wyboru panelu katalogowego. W przypadku cel zrobotyzowanych trzeba najpierw określić strefę niebezpieczną, sposób możliwego sięgania, warunki pracy człowieka oraz konsekwencje kontaktu z ruchem robota lub innym elementem wykonawczym. Dopiero na tej podstawie można powiązać wysokość bariery, wielkość oczek i odległość od zagrożenia z oceną ryzyka.

Norma jako część procesu projektowego

PN-EN ISO 13857 służy do ustalania odległości bezpieczeństwa, które mają uniemożliwić sięgnięcie kończynami górnymi lub dolnymi do stref niebezpiecznych maszyny. Nie jest jednak samodzielną metodą oceny ryzyka. Jej wartości należy dobierać po rozpoznaniu przeznaczenia maszyny, faz cyklu życia, zadań operatora i utrzymania ruchu oraz możliwych sposobów dostępu do zagrożenia. Takie podejście jest szczególnie istotne w automatyce, gdzie nominalna praca celi może wyglądać zupełnie inaczej niż usuwanie zacięcia, przezbrajanie czy diagnostyka.

W praktyce PN-EN ISO 13857 porządkuje jeden z etapów projektowania środków ochronnych. Najpierw trzeba ustalić, czy zagrożenie można wyeliminować przez jego usytuowanie na odpowiedniej wysokości lub w odpowiedniej odległości. Jeżeli nie, projektant dobiera konstrukcję ochronną, a następnie sprawdza zależność między wysokością bariery, położeniem strefy niebezpiecznej i poziomym odstępem od osłony. Wnioski powinny zostać powiązane z funkcjami bezpieczeństwa układu sterowania, na przykład monitorowaniem drzwi, blokadą dostępu i warunkami bezpiecznego resetu.

Wysokość ogrodzenia nie wystarcza

Wysokość ogrodzenia jest tylko jednym z parametrów. Zależność opisywana przez normę jest praktyczna: im niższa konstrukcja ochronna, tym większa musi być odległość między nią a strefą zagrożenia. Z kolei odsunięcie ogrodzenia może pozwolić na zastosowanie niższej bariery, o ile rozwiązanie nadal ogranicza możliwość dosięgnięcia do niebezpiecznego elementu. Nie można więc oceniać panelu bez uwzględnienia geometrii całej celi, poziomu podłoża, sąsiednich konstrukcji i możliwych pozycji człowieka.

W celach zrobotyzowanych często przyjmuje się ogrodzenia o wysokości co najmniej 1400 mm, lecz nie jest to uniwersalna odpowiedź dla każdej aplikacji. Większe ryzyko, ograniczona przestrzeń wokół robota albo możliwość wykorzystania elementów konstrukcyjnych do wspięcia się mogą prowadzić do zastosowania wyższych paneli. Trzeba także sprawdzić górną krawędź ogrodzenia, przestrzeń nad nim i możliwość sięgnięcia ponad barierą. Sama deklarowana wysokość nie potwierdza jeszcze, że człowiek nie uzyska dostępu do strefy niebezpiecznej.

Dobrym narzędziem do weryfikacji takich założeń może być odpowiednio ukierunkowany cyfrowy bliźniak a bezpieczeństwo maszyn, o ile model służy do sprawdzenia konkretnych scenariuszy, a nie tylko do prezentacji geometrii. Przed budową można przeanalizować dostęp operatora, widoczność strefy, interwencję przy zakleszczeniu i położenie elementów, które mogłyby ułatwiać wspięcie. Symulacja nie zastępuje oceny ryzyka ani sprawdzenia gotowej maszyny, ale może ujawnić konflikt między wygodą obsługi a wymaganym poziomem ochrony.

Wielkość oczek i odległość od robota

W przypadku osłon siatkowych wielkość oczka bezpośrednio wpływa na wymaganą odległość od strefy niebezpiecznej. Im większy otwór, tym dalej należy odsunąć element, do którego można sięgnąć. Zależność dotyczy nie tylko średnicy otworu, lecz także jego kształtu oraz tego, czy umożliwia włożenie palca, dłoni, ręki albo przedramienia. Dlatego wybór siatki wyłącznie na podstawie ceny, dostępności lub wyglądu panelu może prowadzić do problemów z zachowaniem wymaganej przestrzeni ochronnej.

W praktyce produkcyjnej często rozważa się oczka mniejsze niż 20 mm, ponieważ ułatwiają ograniczenie odległości między ogrodzeniem a robotem. Nie oznacza to jednak, że jeden wymiar można automatycznie zastosować w każdej konfiguracji. Należy odczytać właściwą wartość z tabeli normy, uwzględnić kierunek sięgania i sprawdzić wszystkie otwory, szczeliny oraz miejsca styku z konstrukcją. Szczególnej uwagi wymagają narożniki, przejścia między panelami, przestrzeń przy podłodze i miejsca, w których ogrodzenie sąsiaduje z przenośnikiem lub inną maszyną.

Podobna zasada dotyczy szczeliny przy podłożu. Jej wymiar powinien uniemożliwiać wsunięcie stopy lub nogi do strefy zagrożenia. Wartość wynikająca z oceny konkretnej konfiguracji musi uwzględniać nierówności podłoża, sposób kotwienia paneli i możliwość przemieszczania się elementów podczas eksploatacji. Ochrona nie może opierać się na założeniu, że posadzka pozostanie idealnie równa albo że operator nigdy nie spróbuje wykorzystać dostępnej przestrzeni.

Drzwi, blokady i funkcje bezpieczeństwa

Ogrodzenie ogranicza dostęp, ale nie rozwiązuje całego problemu. Każde wejście do celi powinno zostać ujęte w ocenie ryzyka i połączone z odpowiednio zaprojektowaną funkcją bezpieczeństwa. Trzeba określić, co dzieje się po otwarciu drzwi, jak zatrzymuje się robot i urządzenia współpracujące, czy możliwe jest uwolnienie energii oraz jakie warunki muszą być spełnione przed ponownym uruchomieniem. W zależności od aplikacji mogą być potrzebne czujniki bezpieczeństwa, ryglowanie, lokalny reset poza strefą i rozwiązania zapobiegające nieoczekiwanemu uruchomieniu.

Nie należy utożsamiać obecności przycisku awaryjnego z pełnym zabezpieczeniem celi. Zatrzymanie awaryjne jest jednym ze środków redukcji ryzyka, ale jego działanie musi odpowiadać scenariuszom zidentyfikowanym dla danej maszyny. Osobno trzeba sprawdzić dostęp przez otwory, możliwość wejścia całym ciałem, zachowanie po zatrzymaniu oraz sytuacje, w których człowiek pozostaje wewnątrz ogrodzenia. Wtedy istotne stają się także widoczność strefy, reset i procedura sprawdzenia, czy nikt nie pozostał w obszarze zagrożenia.

Jak prowadzić weryfikację przed odbiorem

Praktyczny przegląd projektu warto rozpocząć od naniesienia na rysunku wszystkich stref niebezpiecznych i punktów, do których można potencjalnie dosięgnąć. Następnie należy zestawić wysokość ogrodzenia, kształt i wielkość otworów, odległość od robota, szczelinę przy podłodze oraz położenie drzwi i urządzeń ochronnych. Każde odstępstwo od założeń powinno zostać ocenione w odniesieniu do rzeczywistego sposobu użytkowania, a nie tylko do wymiarów zapisanych w projekcie.

Na etapie odbioru trzeba zweryfikować stan zamontowanej celi. Znaczenie mają kotwy, połączenia paneli, brakujące elementy, odkształcenia, dodatkowe przejścia kablowe i zmiany wprowadzone podczas uruchomienia. Należy również sprawdzić reakcję układu sterowania na otwarcie drzwi, próbę wejścia, przerwanie funkcji ochronnej i żądanie resetu. Wnioski z prób powinny zostać zapisane w dokumentacji, razem z założeniami przyjętymi podczas oceny ryzyka.

Przy projektowaniu wyposażenia elektrycznego i połączeń ochronnych trzeba dodatkowo uporządkować granice odpowiedzialności między maszyną, ogrodzeniem i instalacją zakładową. W tym zakresie pomocny może być materiał dotyczący ochrona przeciwporażeniowa i uziemienia maszyn zgodnie z IEC 60204-1, ponieważ ogrodzenie, drzwi, czujniki i urządzenia wykonawcze tworzą układ, który musi pozostać spójny także po serwisie lub modernizacji. Nie oznacza to, że jedna norma zastępuje inną. Każda odpowiada na odrębne pytania, a projektant powinien połączyć ich wymagania w ramach całościowej analizy ryzyka.

Ostateczna dokumentacja powinna jasno pokazywać, dlaczego przyjęto konkretną wysokość, oczko i odległość od strefy niebezpiecznej oraz jakie warunki ograniczają zastosowanie rozwiązania. Warto również zachować informacje o zmianach wprowadzonych podczas uruchomienia, wynikach prób i odpowiedzialności za późniejsze modyfikacje. Tak przygotowany projekt ułatwia nie tylko odbiór, lecz także utrzymanie poziomu ochrony w całym okresie eksploatacji maszyny.