Mechatronika Modul 7: Biztonság, üzembe helyezés, hibakeresés Jegyzet (Elképzelés) Készítették: Matthias Römer Chemnitz-i Műszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete, Németország Cser Adrienn Corvinus Egyetem, Információtechnológiai Intézet, Magyarország EU-Projekt: 2005-146319 MINOS, 2005-2007 Európai elképzelés a globális ipari termelésben résztvevő szakemberek mechatronika témakörben történő továbbképzéséről Az Európai Bizottság támogatást nyújtott ennek a projektnek a költségeihez. Ez a kiadvány (közlemény) a szerző nézeteit tükrözi, és az Európai Bizottság nem tehető felelőssé az abban foglaltak bárminemű felhasználásért. www.minos-mechatronic.eu
A szakmai anyag elkészítésében és kipróbálásában az alábbi magáncégek és intézmények vettek részt Chemnitz-i Műszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete, Németország Projektvezetés Corvinus Egyetem, Informatikai Intézet, Magyarország Stockholm-i Egyetem, Szociológiai Intézet, Svédország Wroclaw-i Műszaki Egyetem, Gyártástechnológiai és Automatizálási Intézet, Lengyelország Henschke Consulting Drezda, Németország Christian Stöhr Unternehmensberatung, Németország Neugebauer und Partner OHG Drezda, Németország Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Lengyelország Euroregionális Ipari és Kereskedelmi Kamara Jelenia Gora, Lengyelország Dunaferr Dunaújváros, Magyarország Knorr-Bremse Kft. Kecskemét, Magyarország Nemzeti Szakképzési Intézet Budapest, Magyarország Tartalom: Jegyzet, munkafüzet és oktatói segédlet az alábbi témakörökhöz Modul 1: Alapismeretek Modul 2: Interkulturális kompetencia, Projektmenedzsment Modul 3: Folyadékok Modul 4: Elektromos meghajtók és vezérlések Modul 5: Mechatronikus komponensek Modul 6: Mechatronikus rendszerek és funkciók Modul 7: Üzembehelyezés, biztonság, teleservice Modul 8: Távkarbantartás és távdiagnosztika További információ: Technische Universität Chemnitz Institut für Werkzeugmaschinen und Produktionsprozesse (Chemnitz-i Műszaki Egyetem, Szerszámgépek és Gyártási Folyamatok Intézete) Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Reimund Neugebauer Prof. Dr.-Ing. Dieter Weidlich Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz, Deutschland Tel.: +49(0)0371 531-23500 Fax: +49(0)0371 531-23509 Email: wzm@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch
Minos Tartalom 1 Biztonság...5 1.1 Bevezetés...5 1.2 Megbízhatóság...6 1.2.1 Műszaki megoldási elvek...7 1.3 Pneumatikus berendezések biztonsága...8 1.4 Hidraulikus berendezések biztonsága...10 1.5 Elektromos berendezések biztonsága...12 2 Üzembe helyezés...15 2.1 Bevezetés...15 2.2 Az üzembe helyezésre vonatkozó általános irányvonalak...16 2.3 Pneumatikus berendezések üzembe helyezése...17 2.3.1 Olajködkenő használata...17 2.3.2 Üzembe helyezés...18 2.3.3 Inspekció...19 2.4 Hidraulikus berendezések üzembe helyezése...20 2.4.1 A berendezés hidraulikafolyadékkal való feltöltése...20 2.4.2 Üzembe helyezés...21 2.4.3 Inspekció...22 2.5 Elektromos berendezések üzembe helyezése...23 2.6 PLC-k üzembe helyezése...24 2.6.1 Gyakori programozási hibák...24 3 Hibakeresés...25 3.1 Hibák és zavarok lokalizálása az üzembe helyezés során...25 3.2 Eljárás hibák és zavarok keresésekor...25 3.2.1 Hibakeresés funkciódiagram segítségével...25 3.2.2 Hibakeresés hibakereső programok segítségével...26 3.3 Üzembe helyezés során gyakran fellépő hibák...28 3.3.1 PLC használata hibakereséskor...28 3.4 Hibakeresés üzembe helyezéskor...29 3
Minos 1 Biztonság 1.1 Bevezetés A gépek és berendezések számtalan veszélyforrást rejthetnek. Ezek változatos formát ölthetnek, lehetnek például: - hibás alkatrészek - hiányzó lezárások, vagy göröngyös padlórészek - a veszélyforrások ismeretének hiánya. A veszélyt okozhatja kapkodás vagy a tapasztalat hiánya is. A veszély minden, a géppel dolgozó személyre kiterjed, azaz már a gépet üzembe helyező technikusokat is érinti. Érintettek azonban a mindennapi munkát végző operátorok, vagy a rendszeres karbantartást végző műszerész is. Mivel az emberek biztonságra vágynak, a veszélyektől való megóvásunk érdekében számtalan szabály született. Ezek kommunikálására és rendszeres oktatására van szükség. Európában a törvényekhez hasonló szabályozások érvényesek. Az iránymutatásokat biztonsági szabványok támasztják alá, melyek a gépek és berendezések építésének különböző biztonsági szempontokból történő konstrukciójára tartalmaznak megoldási javaslatokat. Az európai biztonsági szabványok egy háromfokozatú rendszert alkotnak. - Az A-típusú szabványok biztonsági alapszabványok, melyek az alapvető kifejezéseket definiálják és lefektetik a berendezések kialakításának általános alapelveit. Ezek tartalmazzák a kockázati besorolásokat is. - A B1-típusú szabványok tartalmazzák például a biztonsági távolságokat, védőberendezéseket vagy a karok sebességeit. - A B2-típusú szabványok a műszaki védőberendezésekre vonatkozó előírásokat tartalmazzák. Ide tartoznak a reteszelő mechanizmusok, de a kétkezes vagy vészkikapcsoló gombok is. - A C-típusú szabványok gépspecifikusak. Ide tartoznak a mechanikus vagy hidraulikus sajtológépekre, és az ipari robotokra vonatkozó előírások. A C-típusú szabványok az A- és B-típusú szabványok felett állnak, azaz akkor is érvényesek, ha a két típusú szabvány között ellent- 5
Minos 1.2 Megbízhatóság mondás lép fel. A CE-jelzés vagy az EG-gép-irányvonal csak mindhárom (A, B és C) szabványtípus teljesítése esetén adható ki. Egy gép vagy berendezés biztonságát az emberekre vagy a környezetre irányuló veszélyek elhárítására vagy csökkentésére irányuló intézkedések megtétele jellemzi. A megbízhatóság ezzel szemben a funkció végrehajtásának képességét jellemzi. Egy megbízható funkció tehát nem feltétlenül biztonságos is. A szükséges megbízhatóság határozza meg a rendszer felépítését. Így például rendelkezésre kell állniuk a tartalék alkatrészeknek, és a karbantartást is előre meg kell tervezni. Példa A relék csatlakozóit egy adott elektromos áramra és feszültségre méretezték. Élettartamuk gyakran elérheti a több millió kapcsolást. Az élettartam végének elérésekor a reléket ki kell cserélni. Ez a csere mindenképpen szükséges, ha a relé a biztonság szempontjából kritikus funkciót lát el. A rendszerek megbízhatóságának, és ezáltal azok biztonságának meghatározhatósága érdekében különböző megbízhatósági paramétereket alkalmazunk. Ekkor két állapotot ( működőképes és nem működőképes ) különböztetünk meg. Az első alkalommal működésbe állítandó gépek esetén az alábbi megbízhatósági paramétereket alkalmazzuk: - meghibásodási ráta - élettartam eloszlása - meghibásodási valószínűség - túlélési valószínűség - meghibásodási valószínűség-sűrűség. Ezzel szemben az újból működésbe állítandó gépek esetén az alábbi megbízhatósági paramétereket alkalmazzuk: - közepes élettartam az első meghibásodásig - a meghibásodások közepes távolsága - két meghibásodás közötti átlagos üzemidő - meghibásodás átlagos tartama - jelenlegi és stacionárius rendelkezésre állás - üzembetarthatóság. 6
Minos 1.2.1 Műszaki megoldási elvek Az egyes mértékek szemrevételezésekor kitűnik, hogy a matematikai leíráshoz a valószínűség számítást hívjuk segítségül. A biztonságtechnikában különböző megoldási elvek találnak alkalmazást. A következőkben ezekkel foglalkozunk majd. A feladatmegosztás elve az egyes funkciók viselőinek különböző, az alkatrész által ellátandó feladatokat rendel alá. Lehet például egy nyomás alatt álló tartály belülről rozsdamentes acél burkolatú, mely így megóvja a rozsdásodástól. A tartályban fellépő erőket azonban a közönséges acél veszi fel. A biztonságos terhelhetőség elve azt jelenti, hogy egy alkatrészcsoport minden eleme, de maga a csoport is túléli a tervezett élettartamot. Ennek érdekében minden egyes alkatrészt egy bizonyos biztonsági faktorral túl kell dimenzionálni. A korlátozott meghibásodás elve megengedi a zavarok fellépését, melyek azonban nem járhatnak súlyos következményekkel. Ekkor az alábbi feltételek érvényesek: - A meghibásodás csak annyiban korlátozhatja a működést, hogy az ne veszélyeztessen embereket, a környezetet vagy a berendezés környékén elhelyezkedő tárgyakat. - Az alkatrésznek addig képesnek kell még lennie a korlátozott működésre, amíg azt biztonságosan ki lehet cserélni. - Az alkatrész hibás működésének egyértelműen felismerhetőnek kell lennie. - Az alkatrész meghibásodása esetén lehetségesnek kell lennie a teljes berendezés biztonságosságának megítélése. A redundáns tervezés (redundancia) elve szerint több alkatrész helyezkedik el úgy, hogy amennyiben az egyik meghibásodik, azok egymás funkcióit teljesen, vagy legalábbis részlegesen át tudják venni. A redundanciát aktív és passzív redundanciára osztjuk. Aktív redundancia esetén minden alkatrészcsoport egyidejűleg működik, azonban képes átvenni egy másik csoport funkcióját. Ez ugyan az élettartam csökkenését vonja maga után, azonban nem szükséges a berendezés leállítása. 7
Minos Passzív redundancia esetén a redundáns alkatrészek tartalékként vannak jelen, aktiválásukhoz be kell őket kapcsolni a gép működésébe. A különbözőképpen kivitelezett redundancia hasonló az egyszerű redundanciához, azonban itt az azonos funkciójú alkatrészcsoportok hatásmechanizmusa eltérő. Egy szivattyú lehet tehát elektromos, míg a tartalékszivattyú robbanómotoros. 1.3 Pneumatikus berendezések biztonsága A pneumatikus berendezések és alkatrészeik biztonságával kapcsolatos előírásokat a DIN EN 983 európai szabvány rögzíti. Ez a szabvány elveket és viselkedésmintákat tartalmaz, melyek az alkatrészek vagy rendszerek tervezésére, konstrukciójára és átalakítására vonatkoznak. Ezen túl tartalmaz még a felszerelésre, felállításra, üzemeltetésre és a karbantartásra vonatkozó utasításokat is. A legfontosabbakat az alábbiakban ismertetjük. A berendezésben felhasznált alkatrészeket csak a gyártó vagy szállító által megadott körülmények között szabad használni. A mechanikai mozgás során személyek veszélyeztetése nem megengedett. A kiáramló levegő nem okozhat veszélyt. Az energiaellátás ki- és bekapcsolása, csökkenése, kimaradása és visszakapcsolása nem okozhat veszélyhelyzetet. A nyomáscsökkenés nem veszélyeztetheti a hatósugárban tartózkodó személyeket. A berendezés legyen úgy megtervezve és felépítve, hogy minden alkatrész biztonságosan megközelíthető és karbantartható legyen. Védőberendezések segítségével biztosítani kell a megadott menynyiségek határérték alatti értékét. A pneumatikában például a maximális munkanyomást biztonsági szelepek szabályozzák. A pneumatikus végrehajtók, például munkahengerek és motorok konstrukciójukból adódóan bizonyos alkalmazások esetére vannak méretezve. A gyártó által megadott nyomást, forgatónyomatékot vagy fordulatszámot, a rögzítési és csatlakozási módokat be kell tartani. Ügyelni kell arra, hogy a meghajtókat úgy építsük be, hogy minden előrelátható mértékű erőt fel tudjanak venni. Az idevonatkozó adatokat a katalógus vagy a használati utasítás tartalmazza. 8
Minos Pneumatikus munkahengerek esetén különösen ügyelni kell a kihajlás elkerülésére, a löketvégek szélső pozíciójára, a rögzítés irányára és módjára, valamint a dugattyúrúd védelmére. Pneumatikus szelepek esetén már azok beépítésénél figyelembe kell vennünk bizonyos dolgokat. Ide tartozik például a szelep típusa és beépítésének módja, a beépítés orientációja és rögzítése. Ezen túl ügyelnünk kell a szelep működtetésének módjára, valamint az elektromosan működtetett szelepek esetén a kisegítő kézi működtetés hozzáférhetőségére is. A szelepeknél a szabványos jelöléseket kell alkalmazni. A felhasznált kenőanyagoknak minden alkatrésszel, műanyaggal, tömítéssel és az összes csővel és tömlővel kompatibilisnek kell lenniük. Ügyeljünk a gyártók ajánlásaira! Manapság már sok szelepet egyszeri zsírozással gyártanak, ez a teljes élettartam idejére elegendő kenést biztosít. Ebben az esetben a sűrített levegő olajköddel való dúsítása nem szükséges, sőt, adott esetben akár káros is lehet. Az olyan szelepeket, melyeket egyszer már olajköd segítségével kentünk, a továbbiakban is ezen a módon kell kenni. A sűrítettlevegő-vezetékeket úgy kell elrendezni, hogy azok egyéb célra, például kötéllétraként történő felhasználása ne legyen lehetséges. Ne legyen lehetséges a helytelen módon történő összekapcsolás, mivel ez veszélyforrás lehet. A vezetékek vagy a vezetékek kapcsolatai nem akadályozhatják a munkafolyamatokat. Nem gátolhatják a beállítási és szerelési vagy karbantartási munkálatokat, de az egyes alkatrészek vagy alkatrészcsoportok cseréjét sem. A csatornák, vezetékek és vezetékkapcsolatok nem tartalmazhatnak idegen tárgyakat. A csövek végeit biztonságosan kell rögzíteni, azonban a rögzítéseket nem szabad a csövekhez hegeszteni. A csöveket a rögzítések semmilyen módon nem károsíthatják. A csővezetékeket nem használhatjuk a berendezések rögzítésére. A pneumatikában a csővezetékek készülhetnek műanyagból is, azonban ekkor ügyelni kell a csövek műszaki tulajdonságaira. 9
Minos Nyomás alatt álló tartályok esetén a DIN EN 286-1 szabályozásai vannak érvényben. Az ilyen tartályokat lehetőleg hűvös helyen kell tárolni, és biztosítani kell azok megközelíthetőségét. A nyomás alatt álló tartályokat rozsdásodás ellenni védelemmel kell ellátni. Ez egyrészt a különösen agresszív környezet esetén érvényes, másrészt pedig abból kell kiindulni, hogy a sűrített levegő vizet (párát) is tartalmazhat. A levegő szűréséhez és páramentesítéséhez megfelelő helyeken biztosítani kell a szükséges berendezéseket. A nem fémes tartályokat a lehető legbiztonságosabb védelemmel kell körülvenni. 1.4 Hidraulikus berendezések biztonsága A hidraulikus berendezések és alkatrészeik biztonságával kapcsolatos előírásokat a DIN EN 982 európai szabvány rögzíti. Ez a szabvány elveket és viselkedésmintákat tartalmaz, melyek az alkatrészek vagy rendszerek tervezésére, konstrukciójára és átalakítására vonatkoznak. Ezen túl tartalmazza a felszerelésre, felállításra, üzemeltetésre és a karbantartásra vonatkozó utasításokat is. A legfontosabbakat az alábbiakban ismertetjük. A berendezésben felhasznált alkatrészeket csak a gyártó vagy szállító által megadott körülmények között szabad használni. A mechanikai mozgás során személyek veszélyeztetése nem megengedett. Minden beépített alkatrészt védeni kell a maximális munkanyomást meghaladó nyomással szemben. Ezt általában nyomáshatároló szelepek segítségével biztosítják. A berendezés tervezésénél, konstrukciójánál és felállításánál ügyeljünk arra, hogy a nyomáslökések minimálisak legyenek. A nyomáslökések alapvetően soha nem okozhatnak veszélyhelyzetet. Az energiaellátás ki- és bekapcsolása, csökkenése, kimaradása és visszakapcsolása nem okozhat veszélyhelyzetet. A nyomáscsökkenés személyeket nem veszélyeztethet. Az alkatrészek belső szivárgása nem vezethet veszélyes helyzetek kialakulásához. A berendezés legyen úgy megtervezve és felépítve, hogy minden alkatrész biztonságosan megközelíthető és karbantartható legyen. 10