zastosowanie sterownika bezpieczeństwa z funkcjami

TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
2/2010
ZASTOSOWANIE STEROWNIKA BEZPIECZEŃSTWA
Z FUNKCJAMI LOGICZNYMI W OBRABIARCE
DO GŁĘBOKIEGO WIERCENIA
Janusz KOBIAŁKA, Zbigniew URBAŚ
ściowych – wyłączone),
Automaty powinny być projektowane, konstruowane
• przed startem procesu wiercenia załączenie funkcji
i budowane tak, aby zapewnić bezpieczeństwo obsługującym je ludziom, nie szkodzić zwierzętom, nie degraprzygotowawczych do procesu wiercenia i sprawdować środowiska oraz nie powodować strat materialdzenie poprawności ich zrealizowania (np.: zamonych. Od projektanta wymaga się nie tylko poprawnego
cowanie elementu do obróbki, załączenie pomp
rozwiązania postawionego przed nim technicznego prochłodzących wysokiego ciśnienia itp.),
blemu, ale również dokonania szczegółowej analizy
• umożliwienie otwarcia osłon tylko w stanie
ewentualnych zagrożeń, jakie może stworzyć nowo buzatrzymania maszyny przyciskiem stop. W każdym
dowane urządzenie. Pomocne przy tego typu analizach
innym stanie pracy urządzenia naruszenie strefy
jest dostosowywanie budowy i działania maszyny do
osłon jest traktowane jak wciśnięcie przycisku stop
zgodności z postanowieniami dyrektywy maszynowej
awaria. Zostają wtedy wyłączone pompy chłodzenia
oraz stosowanie norm zharmonizowanych, a także krawysokiego ciśnienia, zatrzymany i wycofany jest
jowych przepisów prawnych. Stosowanie tych przepisów
posuw jednostek wiertarskich, zatrzymane są obroty
zwiększa nie tylko ogólnie bezpieczeństwo, ale też bezzespołu wrzecion uchwytów obrabianych detali oraz
pieczeństwo prawne.
zespołu wrzecion głównych wierteł lufowych jednoW przypadku specjalnej trzywrzecionowej obrabiarki
stek wiertarskich. Wyłączenie części funkcji przy
do głębokiego wiercenia otworu osiowego w listwach
otwartych osłonach (np.: obroty wrzecion głównych,
kierowniczych do samochodów osobowych projekt-rozpompy wysokiego ciśnienia, obroty wrzecion
wiązanie systemu bezpieczeństwa zostało zrealizowane
uchwytów) pozwala na bezpieczne wykonanie opepo wykonaniu analizy ryzyka, a wymagany poziom zaracji serwisowych związanych z wymianą przedbezpieczeń determinował rozwiązania konstrukcyjne
miotu lub wiertła. Jedna z osłon powinna posiadać
(np. osłony). W obrabiarce po otwarciu osłon przedmiot
wyłącznik drzwiowy ryglowany, który zezwala na
obrabiany jest wkładany i wyjmowany ręcznie. Gdyby
otwarcie osłony po zatrzymaniu obrotów wrzecion
nie było urządzeń bezpieczeństwa, zagrożenie wypadgłównych. Wciśnięcie przycisku stop awaria musi
kiem byłoby duże.
być traktowane priorytetowo i w każdej chwili zaOkreślenie kategorii bezpieczeństwa zostało dokotrzymać pracę urządzenia według określonego algonane według schematu:
rytmu,
• przedmiot obrabiany wkładany ręcznie S2,
• monitorowanie poprawności działania obwodów
• przedmiot obrabiany wprowadzany po każdym cyklu
bezpieczeństwa,
F2,
• zezwolenie na otwarcie jednej z osłon jedynie po
• możliwość wyeliminowania zagrożenia – zabezpiezatrzymaniu się wirujących elementów maszyny.
czone osłony i drzwi P1,
• kategoria 4 – pojedynczy błąd nie prowadzi do utraty funkcji bezpieczeństwa, błąd jest wykrywany – kategoria
może być osiągnięta przez zastosowanie ruchomych drzwi z kontrolą położenia i najlepiej z blokadą (ryglem).
Ustalenie wymaganej kategorii bezpieczeństwa dokonane zostało według normy
PN-EN 954 − 1 (rys.1).
Założenia, jakie powinien spełniać m.in.
układ sterowania obrabiarki, to:
• start cyklu po spełnieniu warunków początkowych (tj.: zamknięte osłony bezRys. 1. Wytyczne dotyczące kategorii bezpieczeństwa
pieczeństwa, podzespoły załączające
zasilanie elektryczne na pozycjach wyj-
55
2/2010
Bezpieczeństwo maszyn to stosowanie między innymi bezpiecznych układów sterowania.
Z analizy zagrożeń i przeciwdziałania im wynika,
jakich elementów bezpieczeństwa trzeba będzie
użyć w danym rozwiązaniu układowym. Tymi
elementami mogą być np.: przyciski stop awaria,
optyczne kurtyny bezpieczeństwa, wyłączniki
bezpieczeństwa, czujniki kontroli otwarcia osłon,
rygle elektromagnetyczne i inne.
Istotnym elementem obsługującym powyższe
podzespoły jest logiczny układ nadzorujący
i wiążący je ze sobą, który spełnia następujące
zadania:
• umożliwia start automatu po spełnieniu określonych warunków wstępnych,
• w sposób bezpieczny zatrzymuje maszynę
w stanach zagrożenia i awarii,
• uniemożliwia ponowny samoczynny rozruch
po utracie zasilania,
• monitoruje elementy obwodów bezpieczeństwa i sygnalizuje stany ich niepoprawnej
pracy.
10
Funkcje powyższe realizowane mogą być
przez: moduły – przekaźniki bezpieczeństwa,
programowalne mikroprocesorowe sterowniki
bezpieczeństwa typu PLC lub uniwersalne sterowniki bezpieczeństwa niewymagające specjalnej procedury programowania, a spełniające
funkcje jak sterowniki bezpieczeństwa PLC.
Przekaźniki bezpieczeństwa stosowane są w przypadku nieskomplikowanych układów sterowania, a więc
w małych maszynach. Można ich używać też
w układach większych, ale powoduje to wzrost ich
liczby, a to pociąga za sobą zapotrzebowanie na więcej
miejsca w szafie sterującej i komplikuje elektrycznie
układ sterowania oraz podnosi koszty.
W złożonych rozbudowanych układach sterowania,
o dużym stopniu współzależności poszczególnych jego
elementów, stosujemy programowalne sterowniki bezpieczeństwa PLC. Mają one duże możliwości konfiguracyjne (elastyczność w tworzeniu współzależności poszczególnych elementów układu). Wymagają one jednak opracowania algorytmu działania systemu bezpieczeństwa, a następnie według niego, napisania programu dedykowanego do danego sterownika bezpieczeństwa PLC. Od poprawności tego programu zależy
głównie stopień bezpieczeństwa urządzenia. Rosną
więc koszty wykonania urządzenia związane z tworzeniem takiego oprogramowania, a następnie jego testowaniem i wdrożeniem.
Biorąc pod uwagę przedstawione wyżej zagadnienia
w przypadku tworzenia układu sterowania do wykonanej
w IMBiGS specjalnej trzywrzecionowej obrabiarki do
głębokiego wiercenia otworu osiowego w listwach kierowniczych do samochodów osobowych (rys. 2), zdecydowano się na zastosowanie jednego z uniwersalnych
sterowników bezpieczeństwa − typu FS1A firmy Idec.
56
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
1
2
3
4
5
6
7
9
8
Rys. 2. Konfiguracja specjalnej trzywrzecionowej obrabiarki do
głębokiego wiercenia otworu osiowego w listwach kierowniczych do samochodów osobowych: 1 − zespół pomp chłodzących wysokiego ciśnienia, 2 − główna szafa sterująca układu
sterowania wyposażonego w uniwersalny sterownik bezpieczeństwa, 3 − zespół wrzecion głównych wierteł lufowych jednostek wiertarskich, 4 − pulpit operatorski z ekranem ciekłokrystalicznym wyposażony w zespół przycisków sterujących oraz
przycisk stop awaria, 5 − ruchoma osłona mechaniczna kontrolowana przez wyłącznik drzwiowy bezpieczeństwa z blokadą
elektromagnetyczną, 6 − pulpit operatorski do sterowania dwuręcznego z przyciskiem stop awaria, 7 − ruchoma osłona mechaniczna kontrolowana przez wyłącznik drzwiowy bezpieczeństwa, 8 − zespół wrzecion uchwytów obrabianych przedmiotów,
9 − zespół napędu i sterowania hydraulicznego, 10 − zespół
chłodzenia i odwiórowania oleju
Po wybraniu kategorii bezpieczeństwa, ze względu
na funkcjonalność działania maszyny, system bezpieczeństwa został podzielony na strefy:
− strefa A – system wyłączenia globalnego (jednostka
posuwu, filtr, chłodnica, pompy niskiego ciśnienia,
pompa hydrauliczna, rozdzielacze hydrauliczne).
Moduł czasowy w tej strefie z opóźnieniem wyłącza
– styczniki wrzecion,
stycznik
od
posuwu,
przekaźnik rygla,
− strefa B – system wyłączenia lokalnego (falowniki
wrzecion głównych wierteł lufowych jednostek wiertarskich i falowniki wrzecion uchwytów obrabianych
przedmiotów, zezwolenie dla jednostki posuwu jednostek wiertarskich, pompy wysokiego ciśnienia).
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
2/2010
Możliwości wybranego sterownika
bezpieczeństwa – odpowiednia liczba
określonych wejść (m.in. przyciski
bezpieczeństwa, wyłączniki drzwiowe
z ryglem) i wyjść informujących
o stanie modułu (podłączonych do
wejść sterownika PLC nadzorującego
pracę całego systemu sterowania) −
pozwoliły na realizację założonego
systemu bezpieczeństwa.
Wybrano ósmy schemat przeznaczony do realizacji funkcji zatrzymania
częściowego lub całkowitego maszyny z dwiema strefami o działaniu
Rys. 3. Schematyczne przedstawienie działania ósmego programu uniwersalnego sterownika bezpieczeństwa (na podstawie dokumentacji SafetyOne FS1A)
priorytetowym, tj. zatrzymanie tylko
jednej ze stref jest możliwe, ale zatrzymanie drugiej powoduje zatrzyLITERATURA
manie obu (rys. 3). Sterownik posiada też wbudowaną
funkcję opóźnionego wyłączenia (od 0 do 30 sekund).
1. PILZ: Przegląd europejskich norm bezpieczeństwa
Stosowana jest ona, gdy zatrzymanie napędu pod konwraz przykładowymi rozwiązaniami. Książka wytrolą falownika jest szybsze i bezpieczniejsze niż swodana przez firmę Pilz.
bodny wybieg silnika. Wybranie schematu działania,
2. IDEC: Manual − SafetyOne FS1A Safety Controller.
Katalog firmy Idec.
czyli inaczej programowanie sterownika bezpieczeństwa, odbywa się jedynie za pomocą mikroprzełączni_________________________
ków. Zastosowanie tego typu sterownika pozwala uzyMgr inż. Janusz Kobiałka i inż. Zbigniew Urbaś są praskać 4. kategorię bezpieczeństwa.
cownikami Instytutu Mechanizacji Budownictwa i GórUrządzenie zostało uruchomione i wdrożone w kraju
nictwa Skalnego w Warszawie.
u jednego z poddostawców części dla przemysłu motoryzacyjnego.
ciąg dalszy ze str. 54
W celu pokazania przykładu optymalizacji schematu
rozmieszczenia punktów zgrzewania, w końcowej części
artykułu przedstawiony jest montaż uchwytu tylnej
lampy. Uzyskane wyniki pokazują, że algorytm jest
efektywny do generowania zoptymalizowanych systemów punktów zgrzewania zespołów z blachy.
Variation propagation modeling and analysis at preliminary design phase of multi-station assembly
systems.
Analiza i modelowanie rozwoju zmian na wstępnym
etapie projektowania wielostanowiskowych systemów montażu.
Zarządzanie zmianami wymiarów jest istotnym wyzwaniem w wielu procesach montażowych zespołów złożonych z arkuszy blach, takich jak nadwozia pojazdów
i kadłuby samolotów. Bardzo niewiele badań rozpatruje
to zagadnienie na wstępnym etapie projektowania, biorąc pod uwagę wpływ deformacji na powstawanie zmian
wymiarowych. Na ogół początek fazy projektowej,
z niewielką lub niekompletną wiedzą o produkcie
i procesie jego wytwarzania, polega na opracowaniu
nieprecyzyjnego modelu projektu. Celem niniejszego
artykułu jest przedstawienie modelu uwzględniającego
zmiany, które mogą być wprowadzane w fazie wstępnej
projektu, biorąc pod uwagę wszystkie istniejące interakcje między elastycznymi częściami i narzędziami na
wielu stanowiskach w procesie montażu elementów
z blach. Artykuł rozwiązuje ten problem, po pierwsze,
przedstawiając produkcję strumieniową i modelowanie
procesu produkcyjnego o tej samej strukturze danych co
model B-Rep CAD, co umożliwia wbudowanie
w systemy CAD wykorzystywane przy automatycznym
projektowaniu, po drugie, określając wpływ deformacji
części, dla różnych rodzajów połączeń, na powstawanie
i rozwój zmian, po trzecie, przedstawiając wykorzystanie
tych informacji do tworzenia grafiki wektorowej w postaci
modelu rozprzestrzeniania się zmian w procesie montażu zespołów składanych z arkuszy metalowych.
W celu wykazania korzyści z proponowanego modelu
i podejścia, przy zastosowaniu w produkcji zespołów
z blach, przedstawiono przykład montażu kabiny samochodowej.
Opracował: Mieczysław Korzyński
57