Репрезентативная ячейка: один оператор, одна открытая сторона, две разные опасности
Это репрезентативная ячейка кривошипного пресса — не названный заказчик или завод, а просто компоновка, которую мы видим снова и снова. Оператор стоит на фиксированном посту и управляет прессом с пульта двуручного управления типа IIIC: две защищённые кнопки, которые нужно нажимать одновременно и синхронно, чтобы инициировать ползун. Это устройство по-настоящему эффективно для оператора: когда обе руки заняты кнопками, ни одна рука не может находиться в зоне обработки во время опасного хода.
Проблема в другой стороне. Зона обработки также обращена к открытой плоскости загрузки и контроля, где второй рабочий — загрузчик, помощник, контролёр ОТК — может приблизиться и потянуться к штампам. Двуручное управление на посту оператора никак не останавливает ход, который оператор законно инициирует, пока рука этого второго человека находится в области штампа. Именно для этой открытой плоскости доступа и нужна вертикальная световая завеса типа 4: прервите поле — и пресс остановится, прежде чем опасность станет достижимой.
Почему одного двуручного управления недостаточно, когда рядом есть люди?
Это несущая мысль всего примера, и она исходит прямо из стандарта. ISO 13851 прямо заявляет, что устройство двуручного управления обеспечивает защиту только тому, кто им пользуется. Двуручное управление вынуждает обе руки оператора находиться на органах управления вдали от опасной зоны, поэтому ни одна из его рук не может находиться в зоне обработки во время хода. Это и есть весь объём его защиты. У него нет никакой возможности знать, находится ли кто-то ещё рядом со штампами.
Поэтому классическая опасная ошибка — считать «у нас есть двуручное управление» равнозначным «пресс огражден». Оно защищает того, кто нажимает кнопки, и больше никого. В тот момент, когда ваша оценка рисков выявляет, что загрузчик, помощник или контролёр может дотянуться до зоны обработки, устройство обнаружения присутствия обязательно, а не опционально. Световая завеса — это то, что распространяет защиту на человека, которого двуручное управление структурно не способно увидеть. (Руководство OSHA по ограждению машин делает тот же вывод с другой стороны: где нужно более одного оператора, у каждого должно быть отдельное двуручное управление, и все они должны приводиться в действие одновременно — двуручное управление по своей сути работает на одного человека.)
Стандарты и что на самом деле регулирует каждый из них
Полезно держать полосы движения раздельно, потому что каждый стандарт отвечает на свой вопрос:
- ISO 13851 (устройства двуручного управления) — определяет типы THCD. Тип IIIC — высший: обе руки (одновременно), синхронное приведение в действие в пределах допуска одновременности ≤ 0,5 с, самоконтроль, реализация по Категории 4 / PLe. И пункт, на котором держится этот пример: оно защищает только пользователя.
- IEC 61496 (ESPE) — стандарт на изделие световой завесы. Тип 4 использует резервирование с непрерывным самоконтролем, пригоден вплоть до SIL 3 / PLe; тип 2 ограничен примерно PLc и не подходит для опасности в зоне обработки пресса.
- ISO 13855 (позиционирование / безопасное расстояние) — куда ставить завесу: S = K·T + C, включая таблицы высот для перекрытия сверху / снизу.
- ISO 13849-1 (SRP/CS) — целостность системы управления: уровни полноты безопасности a–e и Категории. Стоп пресса обычно PLd или PLe, реализованный по Категории 3 или 4 (двухканальный, устойчивый к одиночному отказу, отказ обнаруживается до следующего запроса).
- IEC 62046 (применение обнаружения присутствия) — выбор, размещение, конфигурация, ввод в эксплуатацию и правила мьютинга и бланкинга (редакция 2018 года обновила их).
- ISO 3691-4 (беспилотные тележки / AGV) — актуально только если ячейка обслуживается AGV, где правильным устройством становится горизонтальный лазерный сканер безопасности (с IEC 61496-3 для сканера).
Одно замечание о честности, важное для вашей декларации: IEC 61496 не рассматривается как дающий автоматическую презумпцию соответствия, поэтому ожидается типовое испытание независимого органа — не считайте, что один лишь стандарт вас вывезет.
Как рассчитать, где размещать световую завесу? S = K·T + C
ISO 13855 даёт минимальное расстояние между полем обнаружения и опасностью как:
- K = скорость приближения. 2000 мм/с для обнаружения кисти/руки; 1600 мм/с допустимо только в определённых случаях обнаружения всего тела, где S ≥ 500 мм. Для руки, тянущейся внутрь к штампу, используйте 2000 мм/с — применение 1600 здесь — классическая ошибка занижения.
- T = полное время остановки. Это время остановки пресса + время отклика завесы + время отклика реле сложенные вместе — не только завеса. Устройство, смонтированное слишком близко к опасности, оставляет остаточную опасность именно потому, что кто-то забыл собственный выбег пресса в T.
- C = расстояние проникновения, зависящее от разрешающей способности обнаружения d. Для вертикальной завесы при нормальном приближении C = 8·(d − 14) мм (никогда ниже 0).
Биометрические данные обнаружения за d (по EN ISO 13855): палец = 14 мм, кисть = 30 мм, нога до 70 мм, тело свыше 70 мм. Так, завеса 14 мм (палец) даёт C = 0 мм, а завеса 30 мм (кисть) добавляет C = 128 мм. Выбирайте разрешение под то, как часть тела фактически тянется внутрь, а затем переносите её реальное C в S.
Мы сознательно не публикуем единое рассчитанное значение S для этого условного пресса — T зависит от измеренного времени остановки реальной машины. Используйте формулу и собственные измеренные числа. Полный проработанный метод см. в нашем руководстве по безопасному расстоянию ISO 13855.
Как выглядит таблица разрешений? (член C, бок о бок)
| Разрешающая способность d | Часть тела (EN ISO 13855) | C = 8·(d − 14) мм | Типичное применение |
|---|---|---|---|
| 14 мм | Палец | 0 мм | Точное проникновение в зону обработки; монтируется ближе всего |
| 30 мм | Кисть | 128 мм | Проникновение кистью; монтируется дальше назад, чем завеса для пальца |
| > 40 мм | Нога / тело | Большее C; обнаружение всего тела / доступа, не точное проникновение | Периметр / ограждение доступа всего тела |
Ошибитесь с разрешением — выберите грубую завесу и недосчитайте C — и устройство окажется смонтированным ближе, чем ему разрешено. Это одна из самых частых находок при аудите пресса.
Три других способа, которыми рука проникает внутрь: перекрытие сверху, снизу, сбоку
Вертикальная завеса защищает только ту плоскость, которую перекрывает. Таблицы высот ISO 13855 и хорошая практика монтажа закрывают остальное:
- Перекрытие сверху — если верхний луч слишком низко, человек дотягивается поверх поля. Поднимите верхний луч достаточно высоко согласно таблицам высот ISO 13855.
- Перекрытие снизу — если нижний луч слишком высоко над полом, человек пригибается или дотягивается снизу. Держите нижний луч не более чем примерно на 300 мм (12 дюймов) от пола, если зазор не закрыт жёстким ограждением.
- Перекрытие сбоку — боковые зазоры позволяют человеку обойти поле сбоку. Закройте оставшиеся стороны жёсткими ограждениями.
Каждое из этих обходит завесу, пока она всё ещё сообщает «защищено». Это отказы монтажа, а не отказы устройства — и сделать их правильно целиком на ответственности интегратора.
Точка схождения: реле безопасности DA31 с EDM
Оба защитных пути — выход двуручного управления типа IIIC и пара OSSD завесы — должны командовать одним и тем же стопом пресса через надёжную для управления (Категория 3/4) архитектуру. Они сходятся на реле безопасности, два нормально-разомкнутых защитных контакта которого заведены в управление стоп/муфта-тормоз пресса. По данным DAIDISIKE, DA31 принимает OSSD завесы, коммутирует цепь питания/стопа через пару защитных контактов и выполняет проверку обратной связи EDM.
Почему EDM не подлежит обсуждению: контроль внешних устройств считывает состояние конечных коммутирующих элементов (контакторов) и отказывается разрешить следующий ход, если один из них приварен или залип. Заведите выход завесы или двуручного управления на реле без EDM — и приваренный контактор останется незамеченным: следующий запрос отказывает опасным образом, а ваш достигнутый PL опускается ниже требуемого уровня. DA31 — это единственное место, где путь оператора и путь завесы для находящихся рядом объединяются и где живёт обнаружение одиночного отказа.
Где продукты DAIDISIKE вписываются в эту ячейку
Сформулировано нейтрально к поставщику, по роли — без выдуманных характеристик:
- Серия DQC — линейка типа 4 для защиты пальцев/кистей на плоскости доступа к зоне обработки. Используйте модель с разрешением на палец или кисть, чтобы член C и допущения о приближении соответствовали человеку, тянущемуся внутрь.
- DQS / DQSA / DQV — линейка ограждения периметра / большой высоты защиты. Используйте их для ограждения доступа всего тела в окружающую зону, не для точного проникновения в зону обработки.
- Реле безопасности DA31 — ядро управления безопасностью, которое принимает OSSD завесы, коммутирует цепь стопа через пару защитных контактов и выполняет проверку обратной связи EDM. Точка схождения обоих защитных путей.
- Лидарный сканер серии DLD — только если ячейка обслуживается AGV/AMR или нуждается в горизонтальном напольно-зональном обнаружении присутствия (приближение к контуру пресса). Это датчик для предотвращения столкновений / навигации / периметра, и он не является заменой вертикальной световой завесы зоны обработки — вертикальная плоскость проникновения остаётся работой завесы.
Последовательность «готов к работе» и допускаемые ею режимы отказа
Функционально система ведёт себя так:
- Оператор нажимает обе кнопки одновременно и синхронно (допуск ≤ 0,5 с) → путь двуручного управления разрешает ход.
- Поле завесы над открытой плоскостью доступа должно быть свободным → OSSD высокий. Прерванное поле предотвращает ход независимо от кнопок.
- Оба условия достигают DA31; его двойные защитные контакты разрешают цикл пресса.
- Кто-то прерывает завесу → OSSD падает → реле подаёт стоп пресса в пределах учтённого полного времени остановки S.
- Перед тем как пресс снова сможет работать, требуются EDM и преднамеренный ручной сброс — одно лишь освобождение поля его не перезапускает.
Конструкция должна допускать или обнаруживать: приваренный выходной контактор (ловится EDM до следующего хода); отказ одного канала на любом пути (резервирование Кат 3/4 обнаруживает его до следующего запроса); оптический отказ завесы или потерю юстировки; короткое замыкание между линиями OSSD (перекрёстно контролируемая проводка типа 4); злоупотребление бланкингом/мьютингом; и человеческий режим отказа — второй человек входит во время хода, который инициировал оператор — что и есть именно тот пробел, который закрывает завеса.
Частые ошибки инженеров на этой самой ячейке
- Считать двуручное управление = полное ограждение. Оно защищает только того, кто нажимает кнопки; устройство обнаружения присутствия обязательно, как только до зоны могут дотянуться другие.
- Монтаж завесы слишком близко — забывая, что T в S = K·T + C включает собственное время остановки пресса, а не только отклик завесы.
- Неверный K или неверный C / неверное разрешение — использование 1600 мм/с, когда рука тянется внутрь (должно быть 2000), или грубая завеса с недосчитанным C.
- Обходы перекрытием сверху / снизу / сбоку — верхний луч слишком низко, нижний луч > 300 мм от пола или открытые стороны.
- Нет EDM / нет контролируемых конечных элементов — приваренный контактор остаётся незамеченным и опускает достигнутый PL.
- Злоупотребление мьютингом/бланкингом — мьютинг завесы для подачи материала вместо проектирования по IEC 62046 вновь открывает опасность для находящихся рядом.
- Использование завесы типа 2 или лазерного сканера там, где требуется вертикальная завеса — тип 2 ограничен ~PLc; горизонтальная зона лидара не защищает вертикальную плоскость проникновения.
- Два независимых стопа без общего безопасного состояния — оба пути должны командовать одним и тем же стопом пресса Кат 3/4; ход должен быть невозможен, пока поле завесы прервано.
Как это сравнивается с оборудованием других брендов?
Классы устройств здесь стандартны для всей отрасли: завеса типа 4 вроде семейств deTec / EZ-Screen от SICK или Banner, модули двуручного управления от Banner или IDEC и реле безопасности вроде Pilz PNOZ или Allen-Bradley (Guardmaster) семейств 440R/MSR — все они выполняют те же задачи в тех же классах устройств IEC 61496 / ISO 13851 / ISO 13849-1. DQC (завеса типа 4) и DA31 (реле безопасности PLe / SIL 3 с EDM) от DAIDISIKE построены по тем же стандартам, напрямую с завода, MOQ 1 комплект. Если вы сравниваете реле, см. наши обзоры альтернатив Pilz PNOZ и альтернатив Allen-Bradley Guardmaster. Прежде чем менять любой бренд, сверьте характеристики удержания/нагрузки, время отклика и PL с вашей оценкой рисков — правят стандарты, а не логотип.
Вывод
На прессе, где оператор управляет ходом с пульта двуручного управления типа IIIC, а второй рабочий может дотянуться до штампов, двуручное управление делает свою работу и при этом оставляет человека без защиты — потому что ISO 13851 защищает только своего пользователя. Добавьте световую завесу типа 4 на открытую плоскость доступа, размещённую с реальным S = K·T + C с использованием измеренного времени остановки машины и правильного разрешения; закройте перекрытие сверху / снизу / сбоку; и сведите оба защитных пути на реле безопасности DA31 с EDM и ручным сбросом на стоп пресса Кат 3/4. Два дополняющих устройства, одно общее безопасное состояние — вот ограждение зоны обработки, сделанное честно.