Pracovní stroje, rizika, kategorie dle ČSN EN 13849 Lektor: Ing. Tomáš Mlčák, Ph. D. Katedra elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB-TU Ostrava Leden 2012, Ostrava-Poruba
UPOZORNĚNÍ Uvedené textové soubory a jejich obsah jsou určeny výhradně jako učební a studijní pomůcka účastníkům kurzů pořádaných v rámci smlouvy s VŠB-TU a studentům VŠB TU Ostrava. Jejich použití pro jakékoliv jiné účely bez výslovného svolení autorů bude považováno za porušení autorských práv.
Pracovní stroje, rizika Určeno pro studenty předmětu 420-2006/01 BTS Bezpečnostní technika strojů
Osnova 1. Strojní zařízení konstrukce, základní požadavky, časté chyby 2. Legislativní rámec, definice rizika 3. Riziko, příčiny, škody a typy ztrát
Elektrická zařízení pracovních strojů Stroje a strojní zařízení: soubor zdrojů nebezpečí příčiny škod na majetku nebo zranění či poškození zdraví jak u obsluhy tak i u nezúčastněné osoby jedná se o potencionální zdroj fyzického zranění nebo poškození zdraví
Legislativa pro bezpečnost strojů a strojních zařízení 1. Skupina nové výrobky Bezpečnost strojních zařízení - splnění bezpečnostních požadavků nových výrobků produktů (zák. 22/1997 Sb. a NV 17/2003, 176/2008 (resp. 24/2003) (Stroje), 18/2003 (EMC) 2. Skupina - Provozované výrobky Bezpečnost strojů, technických zařízení, přístrojů a nářadí - minimální požadavky na bezpečný provoz a používání v závislosti na příslušném riziku vytvářeném daným zařízením, zák. 262/2006 Sb. a 309/2006 Sb. (Zdraví při práci), zák. 251/2005 O inspekci práce MPSV-SÚIP - OIP
Obvody elektrických zařízení strojů Ukončení napájecího vodiče: K jedné svorce lze upevnit více vodičů, je-li na to svorka navržena, s výjimkou PE jen 1 vodič Svorka PE (připojení k uzemňovací soustavě označení písmeny PE) Chyba k jedné PE svorce lze připojit pouze 1 ochranný vodič m.j. trafo pro napájení do plošného spoje chyceno na lištu
Hlavní vypínač Hlavní vypínač (pokud to není jistič) má pouze dvě polohy, pokud neslouží k havarijnímu vypnuti není rukojeť červená, je uzamykatelný ve vypnuté poloze, umístěný 0,6 1,9 m nad přístupovou rovinou Doporučená výška nad obslužnou rovinou je 1,7 m, s volnou plochou před vypínačem minimálně 0,7 m Obvody, které nejsou vypínané hlavním vypínačem musí být označeny trvalým štítkem + - označení štítkem v blízkosti každého obvodu nebo - oddělení obvodu od ostatních obvodů - Označení barvou vodičů Chyba neoznačený hlavní vypínač
Hlavní vypínač Hlavní vypínač - odpínač s pojistkami nebo bez nich - odpojovač odpojující i stykače - jistič - spínací přístroj vhodný pro odpojení - zásuvkové spojení nutné s blokováním, nebo spínacím přístrojem Umístění výstražné značky na hlavním vypínači
Stroje - krytí Stroje v prostorách laické obsluhy, dětí: IP 4X, resp. IP XX-D Pro ochranu nebezpečných živých částí krytem = krytí min.: IP 2X, IP XXB, resp, IP 4X - svisle Vnitřní prostor stroje: - Otevíratelný jen pomocí klíče, nástroje - Krytí IP 2X, resp. XX-B, vnitřní strana dveří IP X1 - Blokování
Živé části Stroje ochrana před dotykem živých a neživých částí izolace (lze odstranit pouze násilím) Pozor nátěr a smalt není izolace mezistěny, přepážky- krytí min. IP 2X (IP 4X svisle) elektrické blokování dveří ochrana bezpečným malým napětím Přístup do místnosti jen pro kvalifikované osoby Ochrana před zbytkovým napětím kondenzátory nutné upozornění Chyba absence krytí na signálkách 230 V
Stroje ochrana před dotykem Neživé části živých a neživých částí automatické odpojení od zdroje (vypínací čas v síti TN nemá přesáhnout 5s) použití zařízení tř. ochrany II. nutná viditelná značka Pozor PE vodič musí mít stejnou izolaci jako fáze Ochrana elektrickým oddělením Ochrana použitím PELV - bezpečné malé napětí max. 60 V DC, 25 V AC
4. Řídící obvody stroje Napájeny z oddělovacího transformátoru * -obvod musí být jištěn -obvod musí být uzemněn ** -max. napětí je 277 V (230 + 20 %) -Světle modrý vodič nemá v řídících obvodech co dělat Pozn. Výjimka jeden spouštěč + 2 řídící přístroje = start, stop U obvodu SELV je nutný hlídač zemního spojení, jistí se na obou stranách napájení
Průřezy PE vodiče: Ochranné vodiče Průřezy vodiče pospojování: polovina průřezu odpovídajícího ochranného vodiče pro horší vodivost konstrukčních částí Z pospojování mohou být vynechány: předměty 50*50 mm, kabelové úchyty, umístěny tak, že je nepravděpodobný kontakt s živými částmi Pozor: Značka znamená svorku pro připojení vodiče vnějšího pracovního uzemnění
Hlavní bezpečnostní funkce u strojů a strojního zařízení zajištovány bezpečnostními obvody: nouzové vypnutí, (zapnutí) nouzové zastavení NZ (kategorie 0, 1), (spuštění) blokování pohonu nebezpečných pohybů v závislosti na: - poloze ochranných krytů - signálech od bezpečnostních ochranných zařízení, kontrola dvouručního ovládacího zařízení, kontrolu ventilů a doběhů u hydraulických a mechanických lisů apod.
Kategorie funkce STOP (zastavení) Kategorie 0 - neřízené zastavení bezpečnostním vypnutím,(v činnosti jsou brzdy a mechanické přístroje určené k zastavení). Kategorie 1 - řízené zastavení, (výkonové části stroje zůstanou během zastavování pod napětím). Kategorie 2 - řízené zastavení, (akční členy řídícího systému zůstávají pod napětím).
Požadavky na přístroje pro BLO nucené rozpínání kontaktů - pozitivní vypínací funkce kontaktu - označení pozitivní negativní vypínací funkce
Nouzové zastavení pracovního stroje Povolena jen kategorie 0, nebo I. Tlačítko nouzového zastavení červené, s aretací, má-li pozadí žluté Obnovení povelu NZ (reset) nesmí způsobit spuštění stroje Nouzové zastavení je nadřazeno všem funkcím stroje
Další řídící funkce Dvouruční ovládání Souhlasné ovládání Kombinované ovládání (start stop) Bezdrátové při ztrátě signálu stop
Zkoušení pracovních strojů Shoda s technickou dokumentací Automatické odpojení od zdroje Měření izolačního odporu Zkouška napětím (AC 1kV) Ochrana před zbytkovým napětím Funkční zkoušky
Zkoušení pracovních strojů Vzhledem k tomu, že mnohé moderní strojní zařízení patří ke složitým elektromechanickým zařízením se spoustou specifických rizik není často v silách revizního technika komplexně zkoušet tato zařízení a hodnotit elektrické zařízení z hlediska bezpečnosti. Je někdy lepší pravidelné zkoušky a údržbu přenechat odborné servisní organizaci. (RT potom hodnotí de-facto pouze přívod)
Dotazník pro elektrická zařízení strojů Pozn. Jištění přívodních vodičů určuje výrobce stroje v technické dokumentaci Pozn. Technická dokumentace musí obsahovat návod na údržbu, seřizování, důležité bezpečnostní opatření
Dotazník pro elektrická zařízení strojů
Dotazník pro elektrická zařízení strojů
Riziko Riziko = kombinace pravděpodobnosti vzniku mimořádné události a její závažnosti Cílem analýzy rizik je minimalizovat riziko na tzv. zbytkové riziko nebo jeho úplné odstranění Legislativa kde všude se řeší rizika: Zákon 262/2006 (zákoník práce) EN 62305 část 2. Řízení rizika EN 13849 Bezpečnost strojních zařízení zásady pro posouzení rizika EN 50110 ed. 2 Obsluha a práce na EZ - Vyhodnocení rizika před započetím prací
Rizika nebezpečný fenomén Riziko = kombinace pravděpodobnosti vzniku mimořádné události a její závažnosti Rizika spojená s nebezpečími vztahujícími se k elektrickým zařízením musí být posuzována jako součást souhrnných požadavků na hodnocení rizika stroje Tím se určí přiměřené snížení rizika a nutná ochranná opatření pro osoby, které mohou být vystaveny těmto nebezpečím, při zachování přijatelné úrovně výkonnosti stroje a jeho zařízení. Cílem je minimalizovat riziko na tzv. zbytkové riziko nebo jeho úplné odstranění
Poruchy příčiny a důsledky poruchy nebo poruchové stavy v elektrických zařízeních, = možnost úrazu elektrickým proudem nebo požár elektrického původu poruchy nebo poruchové stavy v řídicích obvodech = chybná funkce stroje poruchy nebo přerušení ve zdrojích energie, poruchové stavy v silových obvodech = chybná funkce stroje ztráta spojitosti obvodů závislých na kluzných nebo valivých kontaktech = porucha bezpečnostní funkce elektrická rušení, např. elektromagnetické, elektrostatické = chybná funkce stroje uvolnění akumulované energie (elektrické, mechanické) = úraz elektrickým proudem, neočekávaný pohyb, zranění povrchové teploty = zranění
Bezpečná funkce Bezpečnost obsahuje dvě hlavní oblasti Bezpečnost osob Spolehlivost při práci +
Riziko - nebezpečný fenomén Mechanická rizika Řezné a tržné rány, amputace končetin...
Riziko - nebezpečný fenomén Mechanická rizika Řezné a tržné rány, amputace končetin... Zachycení, smáčknutí
Riziko - nebezpečný fenomén Mechanická rizika Náraz Řezné a tržné rány, amputace končetin... Zachycení, smáčknutí
Riziko - nebezpečný fenomén Mechanická rizika Náraz Řezné a tržné rány, amputace končetin... Zachycení, smáčknutí Přitlačení
Riziko - nebezpečný fenomén Elektrická rizika Zkrat
Riziko - nebezpečný fenomén Elektrická rizika Zkrat Fyzikální a chemická rizika Zasažení nebezpečnou látkou
Riziko - nebezpečný fenomén Elektrická rizika Zkrat Fyzikální a chemická rizika Zasažení nebezpečnou látkou Popálení
Stanovení rizika Identifikace pracovního prostředí stroje Identifikovat rizikové faktory a stanovit velikost rizika Odstranit rizikové faktory nebo snížit rizika Navrhnout ochranné kryty nebo bezpeč. zařízení proti jakýmkoliv zbylým rizikům Informovat uživatele a varovat je před reziduálními riziky
Ocenění rizika Závažnost zranění? Četnosti a doby trvání,kdy jsou osoby vystaveny nebezpečí? Pravděpodobnost výskytu nebezpečného případu? Technické nebo lidské možnosti jak zabránit nebo omezit zranění? Spolehlivost bezpeč. funkcí? Posuzování rizika je řada logických kroků, které umožňují systematicky přezkoumat nebezpečí.
PŘÍKLAD KARTY POSOUZENÍ RIZIKA Jedná se o strojní zařízení
Bezpečnostní části řídících systémů (RS) část-součást ŘS reagujícího na vstupní signál mající vztah k bezpečnosti Bezpečnost řídících systémů schopnost bezpečnostních částí ŘS plnit bezpečnostní funkce ve stanovené době podle jejich určené kategorie Závada neschopnost vykonávat požadovanou funkci (může být důsledkem poruchy) Porucha ztráta schopnosti předmětu plnit požadovanou funkci následuje závada Kategorie klasifikace bezpečnostních částí ŘS vzhledem k odolnosti proti závadám a následnému chování v podmínkách závady (dosažení konstrukčním uspořádáním částí, nebo jejich spolehlivostí) Bezpečnostní funkce ŘS funkce iniciovaná vstupním signálem a vykonávaná bezpečnostními částmi ŘS k dosažení bezpečného stavu
Bezpečnostní ovládací obvody Složení : HW + SW Rozdělení do 5 kategorií Informace uvedené v deklaraci o bezpečnostní části: Zvolená kategorie Funkční vlastnosti Přesné úkoly v ochranných opatřeních Přesné vymezení bezpečnostní části systému Soupis uvažovaných závad významných pro bezpečnost Soupis významných nevyloučených závad Důležité parametry ovlivňující spolehlivost, popř.podmínky prostředí Použitou technologii
Ocenění rizika Parametry pro zhodnocení rizika S Závažnost zranění S1 Lehké zranění ( s přechodnými následky) S2 Vážné zranění nebo s trvalými následky jedné nebo více osob nebo smrt jedné osoby F Četnost a/nebo doba vystavení nebezpečí F1 Řídká až málo častá a/nebo doba ohrožení je krátká F2 Častá až nepřetržitá, a/nebo doba ohrožení je dlouhá P P1 P2 Možnost vyvarování se riziku Možné za určitých podmínek Sotva možné
Zjištění požadované úrovně vlastností PL
Úroveň vlastností PL (Performance level)
Střední doba do nebezpečné poruchy MTTF d
Diagnostické pokrytí DC avg
Ocenění rizika Bezpečnostní kategorie řídicích systémů dle ČSN EN ISO 13849-1 (83 3205) Bezpečnostní části řídicích systémů musí odpovídat požadavkům jedné nebo několika z pěti uvedených kategorií. Kategorie uvádějí požadované chováni bezpečnostních částí řídicího systému s ohledem na odolnost proti závadám na základě všeobecné strategie pro konstrukci
Objasňující tabulka k předchozímu obrázku V praxi se tedy pro kategorii 1 uvažuje stejná struktura jako pro kategorii B, ovšem použité komponenty mají vyšší MTTF d Pro kategorii 4 se neuvažuje s volbou komponent s krátkou a střední MTTF d Pro kategorii 3 je možné špatnou volbou komponent a nízkým diagnostickým stupněm pokrytí dostat nižší PL než je kategorie 1.
Ocenění rizika Bezpečnostní kategorie řídicích systémů dle ČSN EN ISO 13849-1 B, 1, 2, 3, 4 = Kategorie bezpečnostních částí řídicích systémů
Ocenění rizika Ocenění rizika u hydraulického lisu při ručním podávání materiálu S Vážnost zranění? S2 Vážné zranění s následky F Frekvence nebo doba vystavení nebezpečí F2 Často až trvale P Možnost vyhnutí se nebezpečí? P2 Téměř nemožná
Ocenění rizika S Vážnost zranění? Počátek posuzování Tabulka dle ČSN EN ISO 13849-1: 1: S1 S2 F1 F2 F1 F2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
Ocenění rizika S Vážnost zranění? S2 Vážné zranění s následky Tabulka dle ČSN EN ISO 13849-1: 1: S1 S2 F1 F2 F1 F2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
Ocenění rizika F Frekvence nebo doba vystavení? F2 Často až trvale Tabulka dle ČSN EN ISO 13849-1: 1: S1 S2 F1 F2 F1 F2 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P1 P2
Ocenění rizika P Možnost vyhnutí se nebezpečí? P2 Téměř nemožná Tabulka dle ČSN EN ISO 13849-1: 1: P1 S1 F1 P2 P1 F2 P2 F1 P1 S2 P2 F2 P1 P2
Bezpečnostní kategorie řídících systémů dle ČSN ISO 13849-1 Kategorie Souhrn požadavků Chování systému B Bezp. prvky řídícího systému, nebo ochranných zařízení, dle příslušných norem V případě poruchy může dojít ke ztrátě bezp. fce. 1 stejné jako u B + použití ověřených principů Jako v kat. B, ale s vyšší bezpečností 2 Stejné jako B + ověřené principy + kontrola bezp. funkcí ve vhodných intervalech ( vhodné - dle aplikace a typu stroje) Chyba odhalena kontrolou 3 Jako u B + ověřené principy + 1. jedna porucha nezpůsobí ztrátu bezp. fce 2. tam, kde to splní účel bude porucha zjištěna Nìkteré poruchy zjištěny, bezp. fce zachována, nahromadění poruch-ztráta 4 Jako u B + ověř. principy, jednotlivá porucha nezpůsobí ztrátu bezp. fce, porucha bude zjištěna před dalším cyklem, akumulace poruch nesmí způsobit ztrátu bezp. fce. Jednotlivá porucha nezpůsobí ztrátu bezp. fce poruchy budou zjištěny okamžitě a nedojde ke ztrátě bezp. fce.
Bezpečnostní kategorie řídících systémů dle ČSN EN 954-1 Kategorie Souhrn požadavků Chování systému B Bezp. Prvky řídícího systému, nebo ochranných zařízení, dle příslušných norem V případě poruchy může dojít ke ztráěbezp. fce 1 2 3 4 stejné jako u B + použití ověřených principů Stejné jako B + ověřené principy + kontrola bezp. funkcí ve vhodných intervalech ( vhodné - dle aplikace a typu stroje) Jako u B + ověřené principy + 1. jedna porucha nezpůsobí ztrátu bezp. fce 2. tam, kde to splní účel bude porucha zjištěna Jako u B + ověř. principy,jednotlivá porucha nezpůsobí ztrátu bezp. fce,porucha bude zjištěna před dalším cyklem, akumulace poruch nesmí způsobit ztrátu bezp. fce. Jako v kat. B, ale s vyšší bezpečností Chyba odhalena kontrolou Nìkteré poruchy zjištěny, bezp. fce zachována, nahromadění poruch-ztráta Jednotlivá porucha nezpůsobí ztrátu bezp. fce poruchy budou zjištěny okamžitě a nedojde ke ztrátě bezp. fce.
PŘÍKLAD KARTY POSOUZENÍ RIZIKA
Způsob ochrany Individuální ochrana (např. dvouruční ovl.)
Způsob ochrany Individuální ochrana ( dvouruční ovl.) Kolektivní ochrana (světelná bariéra)
Způsob ochrany Individuální ochrana ( dvouruční ovl.) Kolektivní ochrana (světelná bariéra) Proces ohodnocení rizika pomůže při výběru individuálních nebo kolektivních způsobů ochrany. V tom případě jsou vyloučeny všechny osoby z nebezpečného prostoru ( ne pouze obsluha ).
Základní bezpečnostní funkce Bezpečnostní aplikace Zařízení nouzového zastavení Řízené nouzové zastavení Dvouruční ovládání Ochrana pracovního prostoru Blokovaný kryt Blokovaný kryt s jištěním
Nařízení a normy 1 Existují 3 typy norem - A, B, C 8 7 16 15 17 22 6 9 19 23 21 14 18 2 10 20 11 12 13 5 4 3 Norma typu A: Základní bezpečnostní normy (zásady projektování, pojmy, obecné aspekty) např. EN 414, EN 292, EN 14121-1) Norma typu B: Skupinové bezpečnostní normy (aplikace u velkého množství strojů) např.en 60204-1, EN ISO 13849-1) Norma typu C: bezpečnostní normy pro jednotlivé stroje např. EN 201, EN 691, EN 692 (vstřikolisy, obrábění dřeva, mechanické lisy)
Bezpečnostní logické obvody (BLO) Listopad 2006 doc.ing. V. Vrána,CSc. Duben 2009 Jan Dudek
Obsah: 1. Obecně 2. Přístroje pro bezpečnostní logické obvody elektrických řídicích systémů 3. Vliv délky propojovacího vedení na funkci bezpečnostních kombinací 4. Splnění požadavků jednotlivých kategorií dle ČSN EN ISO 13849-1 5. Příklady aplikací BLO Literatura
Obecně - definice Bezpečností logické obvody elektrické obvody řídícího systému, určené k zajišťování bezpečnostních funkcí. Hlavní smysl jejich použití v řídícím systému: dosažení vyšší (zvýšené) úrovně ochrany proti možnému ohrožení: osob, zařízení nebo výrobního procesu.
Hlavní bezpečnostní funkce u strojů a strojního zařízení zajištovány bezpečnostními obvody: nouzové vypnutí, (zapnutí) nouzové zastavení NZ (kategorie 0, 1), (spuštění) blokování pohonu nebezpečných pohybů v závislosti na: - poloze ochranných krytů - signálech od bezpečnostních ochranných zařízení, kontrola dvouručního ovládacího zařízení, kontrolu ventilů a doběhů u hydraulických a mechanických lisů apod.
Nouzové zastavení (NZ) - požadavky Při NZ musí být, ve srovnání s normálním zastavením, navíc splněny ještě tyto požadavky: při aktivaci řídicího přístroje obvodu pro NZ (požadavku na funkci), musí být přerušen přívod energie ke všem výkonovým prvkům stroje (např. pohonům), které mohou způsobit nebezpečný stav funkce NZ musí být nadřazena všem ostatním funkcím a úkonům, (ve všech pracovních režimech stroje ) vrácení řídicího přístroje obvodu pro NZ do neaktivního stavu (zrušení požadavku na bezpečnostní funkci) nesmí vést ke spuštění stroje. zpět
Kategorie funkce STOP (zastavení) Kategorie 0 - neřízené zastavení bezpečnostním vypnutím,(v činnosti jsou brzdy a mechanické přístroje určené k zastavení). Kategorie 1 - řízené zastavení, (výkonové cásti stroje zůstanou během zastavování pod napětím). Kategorie 2 - řízené zastavení, (akční členy řídícího systému zůstávají pod napětím).
Základní struktura BLO včetně zapojení. struktůra obvodu silový obvod ovládací obvod
Požadavky na přístroje pro BLO nucené rozpínání kontaktů - pozitivní vypínací funkce kontaktu - označení pozitivní negativní vypínací funkce
Požadavky na přístroje pro BLO nucené vedení kontaktů Nesmí dojít k současnému spojení obou kontaktů (např. při svaření jednoho kontaktu)
Bezpečnostní moduly logické jednotky určené pro použití v BLO slouží k zajištování konkrétních bezpečnostních funkcí závada uvnitř samotného bezpečnostního modulu - musí být detekována automatickou kontrolou a - nesmí být příčinou ztráty bezpečnostní funkce do doby odstranění závady musí být znemožněno nové uvedení strojního zařízení do provozu
Bezpečnostní kategorie řídících systémů
Struktura BLO pro splnění požadavků kategorie 2 a příklad jeho zapojení struktůra obvodu silový obvod ovládací obvod
Struktura BO pro splnění požadavků kategorie 3 a příklad jeho zapojení
Příklady aplikací BLO Nouzového zastavení (NZ) provedeného pomocí : přístrojů pro provozní spínání- kategorie 2 s pomocnými relé kategorie 3 s bezpečnostními moduly kategorie 3, 4
NZ s použitím přístrojů pro provozní spínání Kategorie 1 dle ČSN EN 954-1
NZ s pomocnými relé (se čtyřmi uvolňovacími obvody ) Kategorie 2 dle ČSN EN 954-1
NZ s bezpečnostním modulem (zapojení s jedním kanálem) Kategorie 2 dle ČSN EN 954-1
NZ s bezpečnostním modulem (zapojení se dvěma kanály) Kategorie 3 dle ČSN EN 954-1
NZ s bezpečnostním modulem (zapojení s kontrolou přívodn. vedení) Kategorie 4 dle ČSN EN 954-1