Przepisy i bezpieczeństwo12 sierpnia 20267 min czytaniaTomasz Belka

Osłony i układy bezpieczeństwa maszyn — kurtyny, wygrodzenia, blokady i wyłączniki awaryjne

Osłona kosztuje ułamek ceny maszyny, a decyduje o tym, czy operator wróci ze zmiany zdrowy. Jest też elementem najczęściej obchodzonym — prawie zawsze dlatego, że zaprojektowano ją bez zrozumienia, jak naprawdę wygląda praca na stanowisku. Oto co trzeba wiedzieć, żeby zabezpieczenia działały, zamiast przeszkadzać.

Stanowisko zrobotyzowane z wygrodzeniem — osłony i układ bezpieczeństwa maszyny

W skrócie

  • Rodzaj osłony bezpieczeństwa maszyny wynika przede wszystkim z tego, jak często ktoś musi wejść do strefy niebezpiecznej: przy dostępie rzadkim stosuje się osłony stałe, demontowane wyłącznie narzędziem, przy dostępie regularnym — osłony ruchome z blokadą, których otwarcie zatrzymuje maszynę i uniemożliwia jej ponowne uruchomienie, a przy maszynach o długim wybiegu — osłony z blokadą i ryglowaniem, pozostające zamknięte aż do ustania ruchu.
  • Kurtyna świetlna, skaner obszarowy i mata czuła na nacisk zastępują osłonę fizyczną tam, gdzie dostęp do strefy jest częsty, ale muszą być zamontowane w odległości uwzględniającej czas reakcji układu i czas wybiegu maszyny, inaczej nie zdążą zatrzymać ruchu przed dojściem ręki.
  • Wyłącznik awaryjny jest środkiem uzupełniającym, a nie ochronnym: wymaga świadomej reakcji człowieka już po zdarzeniu, więc nie zastępuje osłony ani urządzenia ochronnego, a niezawodność całej funkcji bezpieczeństwa opisuje performance level według PN-EN ISO 13849-1, wyznaczany przez najsłabsze ogniwo łańcucha czujnik–logika–element wykonawczy.

Dobre osłony i układy bezpieczeństwa maszyn są w codziennej pracy niewidoczne: nie spowalniają obsługi, więc nikt nie ma powodu ich obchodzić. Złe poznaje się po drzwiach podpartych paletą i po kurtynie przestawionej „na chwilę" trzy lata temu. Różnica rzadko wynika z budżetu, a niemal zawsze z tego, czy zabezpieczenie powstało razem z maszyną, czy po niej.

Gdzie w hierarchii zmniejszania ryzyka stoją osłony

Norma PN-EN ISO 12100 porządkuje środki zmniejszania ryzyka w trzy stopnie, stosowane wyłącznie w tej kolejności: najpierw rozwiązania konstrukcyjne bezpieczne samoistnie — usunięcie strefy zgniotu, ograniczenie siły lub prędkości, wyprowadzenie napędu poza zasięg operatora; potem techniczne środki ochronne, czyli osłony, urządzenia ochronne i układy sterowania związane z bezpieczeństwem; na końcu informacje dla użytkownika — piktogramy i instrukcja.

Osłona jest więc przyznaniem, że zagrożenia nie dało się usunąć konstrukcyjnie — dlatego zanim zaprojektujemy barierę, sprawdzamy, czy strefy da się pozbyć. Reszta wynika z oceny ryzyka maszyny: ile osłon potrzeba, gdzie mają stanąć i jak niezawodnie mają działać.

Rodzaje osłon i kiedy stosuje się którą

O rodzaju osłony decyduje jedno pytanie: jak często ktoś musi wejść do strefy. Odpowiedź „raz na kwartał, przy przeglądzie" prowadzi do innego rozwiązania niż „kilkadziesiąt razy na zmianie".

Osłony stałe

Demontaż wymaga narzędzia — rozwiązanie najprostsze i najtrudniejsze do obejścia, właściwe dla stref o rzadkim dostępie. Warto stosować elementy złączne pozostające w osłonie po odkręceniu — wtedy osłona częściej wraca na miejsce.

Osłony ruchome z blokadą

Drzwi lub klapa sprzężona z urządzeniem blokującym: otwarcie wywołuje polecenie zatrzymania, a uruchomienie jest możliwe dopiero po zamknięciu. Zasada, o którą najczęściej się potyka: samo zamknięcie osłony nie może uruchamiać maszyny — zdejmuje jedynie zakaz, a start wydaje operator. Liczy się też odporność blokady na obejście: czujnik, który da się oszukać zapasowym magnesem, nie pełni swojej funkcji.

Osłony ruchome z blokadą i ryglowaniem

Konieczne, gdy maszyna po wyłączeniu jeszcze się porusza — wirnik wybiega, wrzeciono zwalnia. Osłona pozostaje zaryglowana aż do potwierdzenia zatrzymania albo do upływu czasu z zapasem względem najdłuższego wybiegu — mierzonego na gotowej maszynie, a nie szacowanego z katalogu.

Osłony nastawne i samoczynne

Nastawną reguluje operator do wymiaru materiału — typowe rozwiązanie przy obróbce drewna, gdzie odsłonięta zostaje tylko pracująca część narzędzia. Samoczynna odsuwa się pod naporem detalu i wraca sama. Oba typy dają najsłabsze zabezpieczenie, bo zależą od dyscypliny obsługi — stosuje się je tam, gdzie geometria procesu wyklucza zamknięcie strefy.

Rodzaj osłonyKiedy ją stosowaćNa co uważać
StałaStrefy o rzadkim dostępie, gdzie wejście nie jest potrzebne w takcie produkcjiElementy złączne powinny pozostawać w osłonie po odkręceniu — wtedy częściej wraca na miejsce
Ruchoma z blokadąStrefy wymagające regularnego dostępu, gdy maszyna zatrzymuje się natychmiastZamknięcie osłony nie może uruchamiać maszyny; blokada musi być odporna na obejście zapasowym magnesem
Ruchoma z blokadą i ryglowaniemMaszyny z wybiegiem — wirnik, wrzeciono, masy wirująceCzas ryglowania mierzy się na gotowej maszynie, a nie szacuje z katalogu
Nastawna i samoczynnaProcesy, w których geometria wyklucza zamknięcie strefy — typowo obróbka drewnaNajsłabsze zabezpieczenie z całej tabeli, bo zależy od dyscypliny obsługi
Im niżej w tabeli, tym bardziej zabezpieczenie zależy od dyscypliny obsługi — i tym ostrożniej trzeba je stosować.

Kiedy zamiast osłony stosuje się urządzenie bezdotykowe

Bariera fizyczna przegrywa tam, gdzie granicę strefy trzeba przekraczać w takcie produkcji. Wtedy sięgamy po urządzenia, które dostępu nie blokują, tylko wykrywają.

Kurtyna świetlna

Kurtyna świetlna tworzy zasłonę wiązek; przerwanie którejkolwiek wyzwala zatrzymanie. Dobiera się ją przez dwa parametry: rozdzielczość, czyli najmniejszy obiekt, który na pewno wykryje — inna chroni palce, inna wykrywa wejście — oraz odległość montażu od strefy niebezpiecznej, wyliczaną z sumy czasu reakcji kurtyny, czasu przetwarzania logiki i czasu wybiegu maszyny. Kurtyna zamontowana zbyt blisko jest droższą wersją braku zabezpieczenia: zdąży wykryć rękę, ale maszyna nie stanie.

Skaner obszarowy i maty czułe na nacisk

Skaner obszarowy chroni płaszczyznę poziomą — obszar wokół stanowiska, przejście, drogę pojazdu — i rozdziela pole ostrzegawcze, które spowalnia proces, od ochronnego, które go zatrzymuje. Mata czuła na nacisk zabezpiecza podłogę w martwym polu innych czujników, a listwy i krawędzie czułe — element zamykający się lub przesuwający, którego nie da się osłonić.

Jak wygrodzić stanowisko zrobotyzowane

Wygrodzenie robota projektuje się nie wokół ramienia, lecz wokół całej przestrzeni, jaką robot osiąga razem z chwytakiem i detalem, powiększonej o strefę, w którą detal może zostać wyrzucony przy utracie chwytu. Wysokość paneli, prześwit pod nimi i wielkość oczek siatki dobiera się razem z odległością: im dalej stoi bariera, tym większy otwór jest dopuszczalny.

Najtrudniejsza jest granica, przez którą przechodzi materiał: śluza o geometrii uniemożliwiającej wejście człowieka, stół obrotowy oddzielający operatora od robota albo przejazd przez kurtynę z czasowym wygaszaniem wiązek, które przepuszcza paletę i zatrzymuje człowieka idącego tuż za nią. Do tego drzwi serwisowe z blokadą i ryglowaniem oraz przycisk kasowania na zewnątrz, z widokiem na całą strefę. Przy stanowiskach zrobotyzowanych układ bezpieczeństwa projektujemy równolegle z mechaniką i z doborem chwytaka. Cobot nie zwalnia przy tym z wygrodzenia: o pracy bez bariery decyduje ocena ryzyka aplikacji — narzędzie w chwytaku, masa detalu i strefy zgniecenia względem stołu.

Wyłącznik awaryjny — czym jest, a czym nie jest

Wyłącznik awaryjny to środek uzupełniający: ma ograniczyć skutki zdarzenia, które już się rozwija, a nie zapobiec dostępowi do strefy niebezpiecznej. Działa dopiero wtedy, gdy człowiek zauważy problem i naciśnie grzybek — przy ruchach liczonych w dziesiątych częściach sekundy to reakcja spóźniona. Zdanie „przecież tam jest wyłącznik awaryjny" nigdy nie jest odpowiedzią na pytanie o brak osłony.

Wymagania są za to jednoznaczne: osiągalny z każdego miejsca, z którego operator może wywołać ruch maszyny, i z zatrzaskiem utrzymującym zatrzymanie do ręcznego odblokowania. Odblokowanie nie może uruchamiać maszyny — zdejmuje tylko zatrzymanie, po którym następuje osobne polecenie startu. Zatrzymanie realizuje się przez odcięcie zasilania napędów albo — gdy nagłe odcięcie samo tworzy zagrożenie, na przykład opadaniem ciężaru — przez zatrzymanie sterowane, po którym zasilanie zostaje odcięte.

Performance level: układ bezpieczeństwa jest łańcuchem

Każda funkcja bezpieczeństwa — „otwarcie osłony zatrzymuje napęd" — składa się z trzech ogniw: czujnika (blokada, kurtyna, skaner), logiki (przekaźnik lub sterownik bezpieczeństwa) i elementu wykonawczego (stycznik, zawór, moduł odcinający napędu). Norma PN-EN ISO 13849-1 opisuje wymaganą niezawodność takiej funkcji jako performance level (PL, w skali od a do e). Poziom bierze się nie z katalogu, tylko z oceny ryzyka: im cięższy możliwy uraz, im częstsze przebywanie w strefie i im trudniej zagrożenia uniknąć, tym wyższy PL.

Poziom całej funkcji wyznacza jej najsłabsze ogniwo. Najlepsza kurtyna wpięta w zwykły stycznik, bez kontroli styków i bez drugiego kanału, daje funkcję o niskiej niezawodności — wystarczy sklejenie styków, żeby maszyna nie stanęła mimo wykrycia człowieka. Na wynik pracują struktura układu, niezawodność elementów i zakres diagnostyki.

Performance level jest więc wymaganiem zakupowym: przesądza o osprzęcie, okablowaniu i o tym, ile miejsca zajmie szafa sterownicza. Prowadząc automatykę przemysłową, część bezpieczeństwa projektujemy razem ze sterowaniem procesowym — dokładana później kończy się przebudową szafy. Na końcu idzie weryfikacja: obliczenie osiągniętego poziomu i test każdej funkcji z osobna.

Najczęstsze błędy i co zmienia modernizacja

Dwa pozostałe błędy z tej samej rodziny — obie sytuacje wychodzą dopiero podczas eksploatacji:

Co sprawdzić, zanim uznasz temat za zamknięty

  • Czy osłona nie zasłania procesu ani punktów serwisowych? Pełny panel tam, gdzie operator musi obserwować narzędzie, kończy się wyciętym otworem „na podgląd”.
  • Czy po każdej modernizacji przeliczono odległości montażu urządzeń bezdotykowych? Mocniejszy napęd wydłuża wybieg, więc kurtyna policzona przy starym silniku wisi nagle za blisko.
  • Czy zmianę zweryfikowano testem na gotowej maszynie, a nie tylko na papierze?

Osłony wynikają z oceny ryzyka i są częścią dokumentacji technicznej, więc ich zmiana bez aktualizacji oceny zostawia dokumentację opisującą maszynę, która już nie istnieje. Maszyny wprowadzane dziś do obrotu podlegają dyrektywie maszynowej 2006/42/WE, a od 20 stycznia 2027 r. stosowane będzie rozporządzenie (UE) 2023/1230; już użytkowane muszą spełniać wymagania minimalne w zakresie bhp. Osobno rozstrzyga się, czy zakres prac to istotna modyfikacja: jeśli przebudowa wprowadza nowe zagrożenie albo zwiększa ryzyko ponad to, co opanują dotychczasowe środki, wykonawca zmian przejmuje obowiązki producenta wraz z oceną zgodności i oznakowaniem CE.

Wniosek? Zabezpieczenia projektuje się razem z maszyną i pod rzeczywisty sposób pracy — łącznie z czyszczeniem, przezbrojeniem i usuwaniem zakleszczeń, bo w tych trybach dochodzi do większości wypadków. Gdy na hali stoją maszyny z osłonami dorobionymi po latach, zaczynamy od audytu stanu faktycznego, a modernizację i dostosowanie do CE planujemy dopiero na jego podstawie.

Częste pytania

Osłona stała jest zamocowana tak, że da się ją zdjąć wyłącznie narzędziem — stosuje się ją tam, gdzie dostęp do strefy potrzebny jest rzadko, na przykład przy przeglądzie. Osłona ruchoma z blokadą to drzwi lub klapa sprzężona z urządzeniem blokującym: dopóki są otwarte, maszyna nie może pracować ani zostać uruchomiona. Wybór między nimi wynika z częstości dostępu, a nie z ceny rozwiązania — osłona stała w miejscu, do którego sięga się co zmianę, zostanie prędzej czy później odkręcona na stałe.

Kurtyna świetlna sprawdza się tam, gdzie materiał lub operator muszą regularnie przekraczać granicę strefy — przy ręcznym podawaniu detali, załadunku i rozładunku stanowiska. Warunkiem jest to, żeby maszyna dała się zatrzymać w czasie krótszym, niż człowiek potrzebuje na dojście do strefy niebezpiecznej. Przy długim wybiegu, ryzyku wyrzucenia elementu lub rozprysku kurtyna nie wystarczy i konieczna jest bariera fizyczna.

Nie. Zatrzymanie awaryjne wyzwala człowiek, który musi najpierw zauważyć zagrożenie i zdążyć zareagować — a ruch maszyny bywa od tej reakcji szybszy. W hierarchii zmniejszania ryzyka jest to więc środek uzupełniający, a nie ochronny. Jedno nie jest alternatywą dla drugiego: osłona ma nie dopuścić do kontaktu ze strefą niebezpieczną, a wyłącznik awaryjny pozwala przerwać sytuację, która już wymknęła się spod kontroli.

Nie ma jednej odpowiedzi ważnej dla wszystkich maszyn — wymagany poziom wyprowadza się z oceny ryzyka konkretnego stanowiska według PN-EN ISO 13849-1, na podstawie ciężkości możliwego urazu, częstości narażenia i możliwości uniknięcia zagrożenia. Te same drzwi przy przenośniku i przy prasie będą więc wymagały innego układu, innego okablowania i innego sposobu diagnostyki. Osiągnięty poziom trzeba na koniec obliczyć i udokumentować — parametry pojedynczego komponentu same w sobie nie przesądzają o poziomie całej funkcji.

Sama konstrukcja ramienia tego nie przesądza — rozstrzyga ocena ryzyka całej aplikacji. Liczy się to, co robot trzyma i co robi: chwytak z ostrymi krawędziami, obracające się narzędzie albo ciężki detal potrafią sprawić, że praca bez bariery staje się niedopuszczalna. Ograniczenie siły i prędkości trzeba przy tym zweryfikować pomiarowo, a nie przyjąć na podstawie deklarowanego trybu pracy.

Prawie zawsze dlatego, że zabezpieczenie przegrywa z tempem pracy: drzwi trzeba otwierać przy każdej poprawce detalu, restart wymaga długiej procedury albo osłona zasłania miejsce, które operator musi obserwować. Mostkowanie jest więc objawem błędu projektowego, a nie tylko niesubordynacji — i dlatego nie usunie go ani szkolenie, ani kolejna naklejka ostrzegawcza. Trwale pomaga dopiero taka przebudowa stanowiska, przy której praca zgodna z zasadami jest szybsza niż obejście zabezpieczenia.

Autor

Tomasz Belka

Konstruktor, właściciel biura konstrukcyjnego THT Projekt. Od ponad 20 lat projektuje maszyny specjalistyczne, linie transportu wewnętrznego i stanowiska zrobotyzowane dla przemysłu drzewnego, meblarskiego i stalowego. Prowadzi modernizacje maszyn wraz z oceną zgodności i dokumentacją CE. Poznaj biuro konstrukcyjne THT Projekt.

Osłony na Twojej maszynie budzą wątpliwości? Sprawdzimy układ bezpieczeństwa i wskażemy zakres zmian.

Skontaktuj się z nami