I dispositivi di sicurezza sono utilizzati per controllare l’accesso alle zone protette negli impianti automatizzati. Ma la progettazione deve anche tener conto degli interventi effettuati dagli operatori e dagli addetti alla manutenzione che, per vari motivi, volontariamente, eludono i sistemi di sicurezza.
Maurizio Di Carlo, Francesco Maniscalco
L’automazione dei processi produttivi richiede notevoli investimenti. Per questo motivo è necessario evitare i fermi macchina che risultano dispendiosi, non solo in termini di costi ma anche in termini di mancata produzione.
Poiché nella ricerca dei guasti il personale specializzato necessita di accedere all’interno del sito automatizzato, gli addetti alla manutenzione sono spesso portati ad entrare nell’area protetta evitando o eludendo l’intervento dei sistemi di sicurezza.
L’impiego di dispositivi sensibili (barriere ottiche, pedane) per il controllo dell’accesso alle zone protette dovrà quindi tener conto della volontarietà dell’intrusione e della eludibilità di tali sistemi.
Per questo motivo le protezioni, in particolare i ripari mobili, ad esempio, non dovrebbero essere restrittivi, bensì permettere un facile utilizzo della macchina. Spesso, infatti, l’apertura del riparo mobile determina l’arresto totale dell’impianto, rendendo così più difficili le operazioni di sblocco o di regolazione dello stesso.
Non di rado, quindi, i manutentori e gli operatori, per eseguire alcune operazioni, si fanno chiudere all’interno dell’area protetta mentre altri colleghi movimentano l’impianto dall’esterno. Tale procedura, però, è molto pericolosa e costituisce una delle cause più frequenti di infortuni per disattenzione o eccesso di fiducia.
Muting e problematiche relative
Ma andiamo con ordine, analizzando gli aspetti legati all’accesso tramite aperture della macchina per il carico della materia prima e lo scarico del materiale lavorato.
I dispositivi di sicurezza posti in corrispondenza delle aperture devono essere in grado di distinguere le persone dai prodotti in lavorazione, così che la produzione non venga fermata mentre il prodotto viene movimentato ma siano arrestati tutti i movimenti pericolosi effettuati da chi entra nell’area protetta.
Un sistema di accesso protetto di questo tipo si chiama “muting” che, più precisamente, è l’automatica e temporanea sospensione delle funzioni di sicurezza (ad esempio l’acceso controllato da barriere ottiche) in modo da lasciar passare pallet o unità di trasporto attraverso le aperture presenti nei sistemi di protezione perimetrali.
I problemi più frequentemente riscontrati sono i seguenti:
• fallibilità della distinzione tra persone e materiale;
• possibilità del passaggio dell’operatore all’interno dell’area protetta mentre transita il materiale;
• funzione di muting gestita con basso livello di sicurezza;
• stato di muting permanente;
• reset non controllato in maniera dinamica;
• zone di intrappolamento tra pallet ed estremità delle aperture di carico e/o scarico;
• manomissioni delle protezioni nel caso l’arresto non sia coordinato con quello dell’intero impianto, causando complicazioni al successivo riavvio;
• manomissioni delle protezioni a causa di non voluti arresti per le vibrazioni;
• deliberata “chiusura” dell’operatore all’interno di alcune zone per il controllo di malfunzionamenti dell’impianto.
In ogni caso, le problematiche più comuni, imputabili alla configurazione del muting all’interno del circuito di comando sono le seguenti:
• nessun monitoraggio delle sequenze operative dei sensori di muting;
• by-pass dei segnali di uscita della barriera ottica mediante un dispositivo sensibile (ad esempio barra) che aziona contatti normalmente aperti di un finecorsa;
• by-pass dei segnali di uscita della barriera ottica mediante un segnale di uscita del PLC.
Ma è altrettanto interessante segnalare i dati evidenziati da un’analisi condotta sui sistemi di muting già installati e operativi nei siti automatizzati.
In particolare, è emerso che il monitoraggio evidenzia il tempo totale del muting e non quello della sequenza dei sensori di muting (la finestra temporale era frequentemente regolata a 10 minuti); l’apertura angolare dei sensori di muting era eccessiva o i sensori erano mal diretti, quindi veniva rilevato il pallet ma non il prodotto, così che era possibile entrare nell’area protetta senza essere rilevati semplicemente saltando su un pallet vuoto in ingresso. Altri aspetti hanno interessato poi l’attivazione del muting con singolo sensore o la possibile manomissione mediante simulazione del pallet con una scatola delle stesse dimensioni.
I requisiti della direttiva macchine
Affinché la funzione di muting sia rispondente ai requisiti di sicurezza e salute previsti dall’allegato I della direttiva macchine, vanno rispettati alcuni presupposti tecnici. L’attivazione e la sospensione del muting deve essere una procedura completamente automatica, senza intervento dell’operatore; il circuito deve essere in grado di distinguere una persona dal materiale in transito; la funzione di muting deve avvenire solo durante le fasi del ciclo in cui la sicurezza è garantita con altri mezzi, per esempio quando il pallet carico non permette l’accessibilità perché funge da ostacolo. I dispositivi di sicurezza, inoltre, devono essere progettati in modo che sia impossibile accedere all’area protetta senza essere rilevati, davanti, dietro o insieme al prodotto; i sensori di muting devono essere installati in modo che tutti gli spazi morti siano evitati (sia geometricamente che durante la fase di muting); quando il prodotto lascia la sezione monitorata del muting la funzione di sicurezza deve essere reinserita. È importante inoltre che i sensori siano in grado di rilevare il carico e non l’unità di trasporto evitando così che le persone accedano, salendo, sull’unità di carico, ma anche che il muting non abbassi il livello di sicurezza della barriera ottica. Un guasto ai sensori o al circuito di muting deve essere poi rilevato e non permetterne l’attivazione; le manomissioni non devono essere semplici, quindi l’attivazione dei sensori di muting deve essere monitorata e questi devono essere protetti da urti e vibrazioni, da accidentali o deliberati disallineamenti così come da prevedibili cattivi impieghi (facili by-pass mediante oscuramenti).
La direttiva richiede inoltre che venga preso in considerazione l’intrappolamento di parti del corpo umano tra gli elementi fissi dell’impianto e l’unità di trasporto; l’installazione di un lampeggiante presso i varchi di accesso/evacuazione prodotti e la sua attivazione durante la fase di muting.
Infine, quando il pallet con il carico si arresta nel campo di azione dei sensori di muting, questo deve essere disattivato consentendo così alla barriera ottica di esercitare la funzione di sicurezza; un comando manuale deve consentire poi l’evacuazione del pallet e la ripartenza dell’impianto deve avvenire solo quando le condizioni di sicurezza sono state ristabilite.
Meglio prevenire
Sono diverse le soluzioni adottabili per evitare l’intrusione deliberata tramite i varchi di carico/scarico del materiale.
In ogni caso, si devono intraprendere delle azioni preventive al fine di eliminare le necessità di accesso all’interno degli impianti mediante, per esempio, l’installazione di sistemi video di sorveglianza, di sistemi di diagnostica del ciclo di produzione e la collocazione dei punti di manutenzione al di fuori dell’area protetta (ad esempio lubrificazione).
Ma possono essere utili anche la rivisitazione dei punti operatore in modo da permettere la sorveglianza al di fuori dell’area protetta e la suddivisione dell’impianto in aree omogenee per consentire operazioni su una parte dello stesso senza dover fermare l’intero impianto.
Infine è indispensabile che le fasi preliminari di progettazione dell’impianto coinvolgano tutte le parti (operatori, manutentori, produzione, sicurezza, ecc.) al fine di ottimizzare il funzionamento dei sistemi di sicurezza.
Maurizio Di Carlo, Francesco Maniscalco
(specialisti sicurezza macchine e impianti della società Norma di Vimercate, MI).
|
 |
Move in safety
Safety devices are used to control the access of protected areas in automated systems. But their design also has to consider the operations carried out by operators and maintenance technicians that, for various reasons, voluntarily elude the control systems.
Maurizio Di Carlo, Francesco Maniscalco
The automation of production processes requires considerable investments. This is why machine stoppages and down time with the resulting losses in terms of cost and non production have to be avoided. Since in searching for the malfunction specialised personnel have to gain access to the automated site, the maintenance workers often have to enter into the protected area, avoiding or eluding the activation of the safety devices. The usage of sensors (optical barriers, rostrums) to control access to protected areas has to hence consider the voluntary nature of the intrusion and the eludibility of the said systems.
This is why the protection systems, and in particular mobile guards for example, should not be restrictive, but they should permit an easy usage of the machine. Often in fact, the opening of the mobile guard leads to the arrest of the entire system, thus hampering the deblocking operations or the adjustment to the machines. Hence it is no rare thing that, in order to carry out some operations, the maintenance workers and operators are closed inside the protected area while colleagues operate the system from outside the area. This procedure though is very dangerous and constitutes one of the most frequent causes of accidents due to absentmindedness or overconfidence.
Muting and relative problems
But let us first analyse the aspect linked to access by way of opening the machine for loading raw material and the offloading of the processed material. The safety devices placed in correspondence to the opening have to be capable of distinguishing persons from the product being worked, so that production is not stopped while the product is being handled but that all the dangerous movements lead to stoppage on a person entering the protected area.
A system of protected access of this type is called “muting” that, more precisely, is the automatic and temporary suspension of the safety functions (for example access controlled by optical barriers) so as to enable the pallets or transportation units to pass through the opening in the perimetral protection system.
The most frequent problems come across are the following:
• fallibility of the distinction between person and material;
• possibility of passing of operator inside the protected area while material is transiting;
• muting function with low level of safety;
• permanent state of muting;
• reset not controlled in dynamic way;
• entrapment zone between pallet and extremity of the loading/unloading opening;
• tampering with protection in the event that the arrest is not coordinated with that of the entire system, causing complications to the following restart;
• tampering with protection due to the non desired arrest due to vibrations;
• deliberate “closure” of the operator inside some areas in order to check a malfunctioning of the system.
In any case the most common problems, to be put down to the configuration of the muting inside the command circuit, are the following:
• no monitoring of the work sequence of the muting sensors;
• by-pass of the output signals of the optical barrier by way of a sensing device (for example a bar) that activates contacts normally opened at a buffer;
• by-pass of output signals of the optical barrier by way of an output signal from the PLC. But it is equally interesting to note the data highlighted by an analysis carried out on a muting system already installed and up and running in the automated site.
In particular, it emerged that the monitoring highlighted the total time of the muting and not that of the sequence of muting sensors (the time window was frequently set to 10 minutes); the angle opening of the muting sensors was excessive or the sensors were poorly aimed, hence the pallet was sensed but not the product, thus entry into the protected area without being noticed was possible by simply jumping onto an empty ingoing pallet. Other questions concerned the activation of the muting with single sensors or possible tampering by simulation of the pallet with a box of the same size.
The requisites of the machine directive
In order that the muting function responds to the health and safety requisites as laid down in attachment I of the machine directive, some technical features must be respected. The activation and the suspension of the muting has to be a completely automatic procedure, without operator intervention; the muting circuit has to be capable of distinguishing a person from material in transit; the muting function has to occur only during the phase of the cycle in which safety is guaranteed by other means, for example when the loaded pallet does not enable accessibility because it acts as an obstacle. As well as that the safety device have to be planned so as it is impossible to gain access to the protected areas without being sensed, this before, behind and along with the product; the muting sensors have to be installed so that all the blank spaces are avoided (both geometrically and in the muting phase); when the product leaves the section monitored by the muting, the safety function has to be switched on again. It is also important that the sensors are capable of sensing a load and not the transport unit, avoiding thus that persons gain access by getting onto the load unit, but also that the muting does not lower the safety level of the optical barrier. A sensor or muting circuit malfunction has to be sensed and should prevent activation; tampering should not be simple, also the activation of the muting sensors should be monitored and these should be protected from jolts and vibrations, from accidental or deliberate disalignments the same as foreseeable misuses (easy bypass by blocking the same).
The directive also requires consideration of the entrapment of the human body between the fixed elements of the system and the transport system; the installation of a flashing light at the product access/evacuation gaps and its activation during the muting phase.
Finally, when the pallet with its load stops in the field of action of the muting sensors, these have to be deactivated, thus enabling the optical barrier to carry out its safety function; a manual command has to then enable the evacuation of the pallet and the restart of the system must only occur when the safety conditions have been re-established.
It is better to take preventive action
Different solutions can be adopted to avoid the deliberate intrusion through the material input/output gaps.
In any case, preventive action has to be taken so as to eliminate the necessary access inside the system for example by way of the installation of a video surveillance system, installing of a production cycle diagnostics systems and the location of the maintenance system outside the protected area (ie lubrication). But the operator positions should also be reviewed so as to enable surveillance outside the protected areas. The dividing up of the system into homogeneous areas to enable operations on a part of the same without having to shut down the entire system should also be considered. Finally, it is indispensable that the preliminary design phase of the system involves all parties (operators, maintenance workers, production, safety, etc) so as to optimise the functioning of the safety system.
Maurizio Di Carlo, Francesco Maniscalco (specialists in machine and system safety of the Norma concern, Vimercate, MI).
|
