Dette læreverket dekkjer den nye læreplanen i programfaget automatiseringssystem for vg2 og vg3 etter fagfornyinga. Automatiseringssystem er eit læreverk som ønskjer å skape forståing, inspirere og pirre nyfikna til elevane. Læreverket består av to trykte lærebøker og ein innhaldsrik nettressurs med mellom anna fagomgrep, yrkesoppdrag og animasjonar. Automatiseringssystem 2 dekkjer temaa sikkerheit, mekanisk arbeid, pådragsorgan, hydrauliske anlegg, reguleringsteknikk, system, standardar og protokollar, utstyr og prosessar, metodar for gass- og væskeanalyse, robotisering og programmering, og dessutan vedlikehald og tilstandskontroll.
Automatiseringssystem 2
Automatiseringssystem 2
Automatiseringssystem 2 Reguleringsteknikk og sikkerhet
Forfattarar Jon Eirik Standal Darre er utdanna fagskuleingeniør innanfor automasjon og har fagbrev som automatikar med bakgrunn frå prosessindustrien. Han har undervist i automatiseringsfaget i ti år og jobbar no ved Laksevåg og Bergen maritime vgs. Med praktisk-pedagogisk utdanning og fem yrkespedagogiske vidareutdanningar går han no på masterutdanning.
Elektro og datateknologi
NYN
Vg2 Vg3
ISBN 978-82-11-04416-7
Vg2
Vg3
NYNORSK
Petter Skaraas er utdanna fagskuleingeniør innan industriell automasjon. Han har fagbrev som automatikar og skipselektrikar. I tillegg har han vidareutdanning frå Oslomet og UiB innan leiing, psykologi og coaching. Han har i største delen av karrieren hatt leiarroller i selskap som har automasjon og måling som kjerneverksemda si, mellom anna ti år som salsdirektør i Emerson.
Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas
Jon Eirik Standal Darre og Petter Skaraas
Automatiseringssystem 2 Reguleringsteknikk og sikkerheit
Automatiseringssystem vg2 og vg3 Nynorsk
Innhald Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit ................................................. 7 Innleiing ....................................................................................... 7 Sikkerheitsbarrierar ..................................................................... 8 Kva kostar ei ulykke? ................................................................ 10 HMS-plan .................................................................................. 10 Kjemikaliar og gassar ................................................................ 11 Arbeid i høgda ........................................................................... 15 Sikkerheit i elektriske anlegg ..................................................... 17 Handhaldne måleinstrument ..................................................... 20 Tilleggsutstyr ............................................................................. 22 Maskinsikkerheit ........................................................................ 23 Farlege hendingar...................................................................... 25 Sikkerheitsbrytar med interlock................................................. 27 Kapittel 14 Mekanisk arbeid .................................................................... 31 Innleiing ..................................................................................... 31 Materiale og galvanisk korrosjon............................................... 32 Maskinskruar og mutrar ............................................................ 35 Teikning, målsetjing og merking ................................................ 38 Tilarbeiding og produksjon av mekaniske delar ........................ 40 Montering .................................................................................. 48 Demontering og vedlikehald...................................................... 50 Dokumentasjon for mekanisk oppkopling ................................. 51 Instrumentrøyrlegging ............................................................... 53 Kapittel 15 Pådragsorgan ........................................................................ 89 Innleiing ..................................................................................... 89 Reguleringsventilen i reguleringssløyfa ..................................... 90 Elektrisk strøymingskrins og vasskrinsløp................................. 91 Arbeidsforhold ........................................................................... 92 Ventiltypar .................................................................................. 92
2
Kapittel 16 Hydrauliske anlegg .............................................................. 133 Innleiing ................................................................................... 133 Hydraulikkvæske som energiberar .......................................... 134 Sikkerheit ................................................................................. 134 Dokumentasjon, forskrifter og standardar............................... 135 Utstyr- og komponentforståing ............................................... 135 Systembeskrivingar av hydrauliske anlegg ............................. 149 Kapittel 17 Reguleringsteknikk ............................................................. 157 Innleiing ................................................................................... 157 Omgrep og definisjonar ........................................................... 168 Regulatoren ............................................................................. 174 Regulatorinnstilling og regulatorjustering ................................ 190 Reguleringsprinsipp ................................................................ 200 Kapittel 18 System, standardar og protokollar .................................... 211 Innleiing ................................................................................... 211 Styringssystem ........................................................................ 212 Reguleringssystem .................................................................. 212 Kontrollsystem......................................................................... 214 Databuss og busskablar med konnektor ................................ 224 Seriell kommunikasjonsstandard ............................................ 226 Kommunikasjonsprotokollar .................................................... 232 Systemarkitektur ..................................................................... 263 Visualisering og akustikk ......................................................... 268 Sikkerheitssystem ................................................................... 273 Støttesystem ........................................................................... 275 Fjernstyrte og autonome system............................................. 276 Kapittel 19 Utstyr og prosessar ............................................................. 279 Innleiing ................................................................................... 279 Standardar ............................................................................... 280 Utstyr og komponentar ........................................................... 283 Prosess- og anleggsbeskriving ............................................... 295
3
Kapittel 20 Metodar for gass- og væskeanalyse ................................. 305 Innleiing ................................................................................... 305 Luftfukt .................................................................................... 306 Måling av luftfukt ..................................................................... 308 Væskeanalyse.......................................................................... 309 Måling av pH ........................................................................... 311 Kombinerte pH-elektrodar....................................................... 315 Målefeil og vedlikehald ............................................................ 316 Reingjering og kalibrering ........................................................ 317 Leiingsevne ............................................................................. 318 Måling av oksygeninnhald i vatn ............................................. 322 Måling av slaminnhald i vatn ................................................... 326 Gassanalyse ............................................................................ 326 Hjelpeutstyr og montasje ........................................................ 328 Gassanalysatorar..................................................................... 331 Kapittel 21 Robotisering og programmering ....................................... 341 Innleiing ................................................................................... 341 CNC-styrte maskinar ............................................................... 342 Robotar.................................................................................... 363 Programmering av robotar ...................................................... 374 Sikkerheit ................................................................................. 377 Kapittel 22 Vedlikehald og tilstandskontroll ......................................... 379 Innleiing ................................................................................... 379 Teknologi og konkurransekraft ................................................ 380 Overvaking av prosesskomponentar....................................... 383 Måling av vibrasjon.................................................................. 385 Deteksjon av lagerskadar ........................................................ 391 Overvaking av HMS-relatert utstyr .......................................... 392 Overvaking av energiforbruk og utslepp ................................. 394 Stikkord ................................................................................ 398 Foto og andre illustrasjonar ............................................... 404
4
Føreord Hausten 2019 blei vi spurde om å revidere lærebøkene i faget automatiseringsteknikk som Bjørnar Larsen har skrive. Læreverket skulle reviderast i samband med at det blei utvikla nye læreplanar til Kunnskapsløftet 2020. Med stor respekt for det arbeidet Bjørnar har lagt ned i å utvikle læringsressursar for automatiseringsfaget, takka vi naturlegvis ja til oppdraget. Vi har begge hatt Bjørnar som lærar i automatisering på vidaregåande skule, og vi har førstehandskjennskap til den solide kunnskapen han har tilført faget. Læreverket består av to trykte bøker og ein digital læringsressurs. Denne boken har fått tittelen Automatiseringssystem 2: Reguleringsteknikk og sikkerheit. Boka blir gitt ut i både trykt og digital utgåve. Vi har valt å endre litt på den opphavlege tittelen på læreverket, og vi har omstrukturert og skrive enkelte kapittel på nytt. Saman med Automatiseringssystem 1: Styringsteknikk og måleteknikk er boka meint som eit oppslagsverk for elevar på vg2 og vg3 og dessutan for lærlingar i faget. Boka kan også brukast som eit oppslagsverk av studentar på teknisk fagskule, og av fagarbeidarar og teknikarar som ønskjer å friske opp kunnskapen sin. Boka er eit resultat av eit godt samarbeid, ikkje berre mellom oss forfattarar, men også med fagkonsulentar, kollegaer frå leverandørindustrien og andre som har støtta oss under arbeidet. Heile boka blei skriven under covid-19-pandemien utan at det var mogleg å møtast fysisk. Arbeidsprosessen har dermed gått føre seg digitalt. Vi rettar ein stor takk til fagkonsulentane Agnar Sæland, Svein Jarle Antun, Svein Ole Opdahl, Finn Aakre Haugen, Jonas Kjærnli, Jarle Birkeli, Linda Tegner, Jon-Olav Hjelmtveit, Erik Christensen, Øystein Moe og Cecilie Refsnes Milenkovic for viktig støtte i arbeidet. Vi ønskjer også å takke Bjørnar Larsen, som har lagt grunnlaget for boka med læreverket sitt. Det var ei stor ære for oss å overta ansvaret for å tilpasse og vidareutvikle læreverket etter nye læreplanar. Takk også til Fagbokforlaget, som har spelt ei stor rolle for at boka har blitt til det ho er i dag. Ein stor takk også til familiane våre som har støtta oss gjennom ein tidkrevjande skriveprosess. Lærevilje, interesse og engasjement for automatiseringsfaget, saman med ein god dose pågangsmot, er viktige stikkord for elevar som tek dette faget. Den teoretiske kunnskapen, saman med praktiske ferdigheiter og riktige haldningar, dannar grunnlaget for den heilskaplege kompetansen som skal til for å lykkast! Bergen / Langangen, juni 2022 Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas
5
Kapittel 13
Person- og maskinsikkerheit Automatikarar jobbar ofte på fabrikkar og i miljø der det kan vere fare for at dei skader seg. Måleutstyr kan vere kopla inn mot prosessanlegg med høgt trykk og høge temperaturar, og arbeid der må ein derfor utføre varsamt. Det same gjeld når du arbeider på spenningssette anlegg, maskiner, mekaniske prosesskomponentar og robotar. Sikkerheit skal alltid ha førsteprioritet. Innleiing Før arbeidet startar, er det alltid viktig å tenkje gjennom kva som kan gå gale. Slike vurderingar er ofte sette i system, og det må utferdast arbeidsordrar og løyve før du får lov til å starte opp arbeidet. Når vi snakkar om sikkerheit i automatiseringsbransjen, meiner vi at risikoen for skadar på personar, miljø og produksjonsutstyr skal vere under kontroll. Det vil seie at vi alltid må ha oversikt over risikofaktorane, slik at faren for ulykker er så låg 7
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
som mogleg. Dette inneber ikkje at all mogleg risiko er fjerna, men at målsetjinga vår er null skadar. Vi kan nemleg aldri nå 100 prosent sikkerheit. Derfor må alle på arbeidsplassen ha sikkerheita i bakhovudet heile tida. Det gjeld for alt arbeid som blir utført eller planlagt. Styresmaktene krev at bedrifta kartlegg og dokumenterer farar som kan oppstå under arbeid. Det er derfor utarbeidd ei forskrift som alle verksemder må ta omsyn til. Dette er internkontrollforskrifta, og i § 5 nummer 6 står det at «virksomheten skal kartlegge farer og problemer og på denne bakgrunn vurdere risiko, samt utarbeide tilhørende planer og tiltak for å redusere risikoforholdene», og at dette «må dokumenteres skriftlig». Sikkerheit på tre nivå Vi arbeider med sikkerheit på tre ulike nivå: → Førebyggjande arbeid: Korleis sikrar vi oss mot uønskte situasjonar? → Handling: Kva gjer vi dersom det oppstår ein nødssituasjon? → Etterarbeid: Kva gjer vi etter ei uventa og kritisk hending? Det er viktig at alle verksemder har ein plan for alle dei tre nivåa, og at det blir jobba systematisk med sikkerheit. Dette skal vi no sjå nærare på.
Sikkerheitsbarrierar For å arbeide så sikkert som mogleg er det viktig at vi set i verk tiltak som kan forhindre farlege situasjonar. Desse tiltaka kallar vi sikkerheitsbarrierar. Dess fleire og meir innarbeidde barrierar vi har, dess betre sikkerheit oppnår vi. Om du hoppar ut av eit fly med ein fallskjerm på ryggen, er det ikkje gitt at du landar mjukt på bakken. Du ville aldri ha hoppa ut av flyet utan sikkerheitsbarrierar som til dømes → grundig opplæring → analyse av risiko → planlegging → rett utstyr → vurdering av vêr og lokale forhold Slik må du òg tenkje på arbeidsplassen. Eit av dei viktigaste elementa ved sikkerheitsbarrierane er å gjere ein analyse av 8
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
risikoen ved å utføre ei handling. I industrien er dette kjent som sikker-jobb-analyse (SJA). Dette skal vi sjå nærare på nedanfor. Figur 13.1 viser ein illustrasjon av ulike sikkerheitsbarrierar. Hola viser svakheiter i barrierane. Er det hol i alle barrierane, vil det vere sannsynleg at ei ulykke kan skje. Figur 13.1 Ulike typar sikkerheitsbarrierar.
Sikker jobbanalyse
Planlegging
Kommunikasjon
Deg sjølv
Uønskt hending
Teknisk tilstand
Arbeidsleiing og Opplæring og arbeidsrutinar kompetanse
Sikker-jobb-analyse (SJA) Sikker-jobb-analyse er ei kartlegging av risiko som du skal gjennomføre før du startar eit arbeid. Figur 13.2 viser eit døme på eit SJA-skjema. Figur 13.2 Sikker-jobb-analyseskjema.
Sikker-jobb-analyse (SJA) Nr.
Spør deg sjølv
1
Har du arbeidsløyve?
2
Er du på rett stad i anlegget?
3
Har du gjennomført gasstest?
4
Har du teke med gassmålar?
5
Har du brannsløkkingsutstyr?
6
Har du gitt alle partane det vedkjem, nødvendige meldingar?
7
Har du inspisert området?
8
Har du alt nødvendig verneutstyr?
9
Er alt verktøyet godkjent for dette arbeidsoppdraget?
10
Har du alt nødvendig sikringsutstyr for denne jobben?
Stadfest med X
Dato: ……………………….........… Signatur: ……………………………
9
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
SJA-skjemaet er ei sjekkliste som skal fyllast ut og signerast før du startar arbeidet. Nokre verksemder deler sikker-jobb-analysen i to nivå. Til dømes kan SJA1 vere ein personleg sikker-jobbanalyse, noko alle skal gjere før arbeidet startar, medan SJA2 kan vere ein utvida sikker-jobb-analyse med eit formelt møte der alle dei involverte personane er med og gjer ei heilskapleg risikovurdering.
Kva kostar ei ulykke? Sjukdommar og skadar som kan knytast til arbeid, rammar enkeltmenneske og bedrifter hardt. Det verst tenkjelege er at nokon døyr i ei arbeidsulykke. Ifølgje Statistisk sentralbyrå døyr cirka 30 personar i arbeidsulykker i Noreg kvart år. Ein rapport frå SINTEF konkluderer med at samfunnskostnaden for sjukdom og skadar i samband med jobb er om lag 30 milliardar kroner per år. Dei aller fleste sjukdommane og skadane kunne ha vore unngått dersom ein hadde sett i verk tiltak som berre kostar en brøkdel av dette. Arbeid med helse, miljø og sikkerheit (HMS) lønner seg derfor for alle partar: sikkerheita og helsa til dei tilsette, bedriftene sjølve og samfunnsøkonomien. Tap og skadar som kjem av dårleg HMS-arbeid, kan til dømes vere → tapte arbeidsinntekter for • den skadde • andre tilsette • kunden → produksjonstap for bedrifta → tapte marknadsdelar som fører til tap av kundar → materielle øydeleggingar, som • skadar på produksjonsutstyr • skadar på bygningar → miljømessige øydeleggingar
HMS-plan Som nemnt ovanfor er alle verksemder pålagde å ha planar for sikkerheitsarbeidet sitt. Verksemder med personell som utfører installasjons- og vedlikehaldsarbeid, typisk der automatikarar jobbar, har normalt ein detaljert helse-, miljø- og sikkerheitsplan (HMS-plan). Figur 13.3 viser eit døme på eit skjema med punkt 10
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
som bør inngå i ein HMS-plan for arbeidsplassen. I kolonnen til høgre er det sett av plass slik at personellet kan notere kva som er gjort med kvart punkt i planen. Figur 13.3 Ein helse-, miljø- og sikkerheitsplan.
Pkt.
HMS-verktøy
1
arrangere vernerundar
2
kartleggje farar
3
opprette og registrere tiltak om helse, miljø og sikkerheit
4
registrere avvik knytte til helse, miljø og sikkerheit for å lære korleis ein kan hindre at dette skjer fleire gonger
5
registrere sjukefråvær
6
utarbeide arbeidsinstruksar
7
lage eit opplæringsprogram
8
lage stoffkartotek over farlege stoff som blir nytta i bedrifta
9
ha regelmessige reinhalds-, ordens- og vedlikehaldsrutinar
Kommentar til hovudpunkta
HMS-planen blir nytta som eit verktøy for systematisk og jamleg å gå gjennom viktige element i den daglege drifta av verksemda. Dette skaper engasjement og forståing for HMS og vil vere med på å byggje positive haldningar til arbeidet med helse, miljø og sikkerheit.
Kjemikaliar og gassar Kjemikaliar er ei fellesnemning på stoff som blir nytta i industrien og på laboratorium. Kjemikaliane kan vere baserte på grunnstoff eller kjemiske sambindingar. Dei kan finnast i både væske- og gassform. Farlege kjemikaliar er stoff eller sambindingar som kan føre til helse-, miljø-, brann- eller eksplosjonsfare. Figur 13.4 viser korleis farlege kjemikaliar skal merkast. Alle verksemder skal ha eit kartotek med ei oversikt over dei farlege kjemikaliane dei bruker. Informasjon i form av eit sikkerheitsdatablad for kvar kjemikalietype skal òg vere lett tilgjengeleg på arbeidsplassen. Datablada skal innehalde informasjon om farlege eigenskapar og tilrådde vernetiltak ved bruk av kjemikaliane.
11
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Figur 13.4 Merking av farlege kjemikaliar.
Oksiderande
Svært brannfarleg
Etsande
Gassar under trykk
Akutt helsefare
Kronisk helsefare
Irriterande
Eksplosiv
Miljøskadeleg
Klassifisering av kjemikaliar Måten kjemikaliane blir klassifiserte, merkte og oppbevarte på, er regulert av forskrifta om klassifisering, merking og emballering av stoff og stoffblandingar (CLP-forskrifta). Forskrifta er laga for å sikre at bruken av kjemikaliar ikkje utgjer ein fare for menneske og miljø. Med giftige kjemikaliar meiner vi kjemiske stoff som endrar eigenskapane til cellene i kroppen på ein slik måte at cellene sin funksjon blir endra eller øydelagd. Grada av giftigheit blir fastsett etter kor stor dose av kjemikalien som gir eit sannsyn for 50 prosent dødelegheit. Løysemiddel Løysemiddel er kjemikaliar i væskeform som vi bruker for å løyse opp faste stoff og tynne ut væsker. Løysemiddel bruker vi mellom anna til reinsing, avfeitting, målararbeid, lakkering, reingjering, fortynning og liming. Døme på løysemiddel er vatn, etanol, raudsprit, white-spirit, aceton, trikloretylen, benzen og bensin. 12
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Løysemiddel, med unntak av vatn, kan vere farlege dersom vi bruker dei på feil måte. Derfor er det viktig å handtere løysemidla riktig. Statistikken viser at kvar tiande arbeidstakar er i kontakt med løysemiddel. Skadar på kroppen som er forårsaka av løysemiddel, lèt seg ofte ikkje lækje. Løysemiddel blir tekne opp i kroppen Dei fleste løysemiddelskadane oppstår fordi vi pustar inn luft som er forureina av løysemiddeldamp. Nokre løysemiddel trengjer òg inn i kroppen gjennom hudcellene og vidare inn i blodomløpet. Gjennom blodet kan løysemidla samle seg i feittvev og skade viktige organ, som til dømes hjernen. Løysemidla kan òg forårsake synleg skade på hud og slimhinner. Når vi pustar inn luft som er forureina med løysemiddel, går løysemidla gjennom lungeblærene og inn blodet. Løysemidla blir transporterte saman med blodet til viktige organ og feittvev, der dei blir lagra i lengre tid. Kor mykje løysemiddel som blir teke opp i blodet, kjem først og fremst an på kor lett løysemidla blir absorberte i blodet. Dette varierer frå løysemiddel til løysemiddel. Nokre løysemiddel kan også takast opp i kroppen gjennom huda, som til dømes løysemidla lynol og xylen. Kroppen tek opp meir løysemiddel viss det er rifter og sår i huda. Løysemiddel kan tørke ut huda og gi tørr, sprokken hud og eksem. Figur 13.5 Kjemikaliar, som til dømes lynol, kan gi tørr hud og eksem.
13
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Løysemiddel skader kroppen Løysemiddel kan øydeleggje hjernen og nervesystemet. Ein kan få symptom som trøyttleik, hovudverk, svimmelheit, rus eller kvalme. Dersom ein blir utsett for løysemiddel over lengre tid, kan desse symptoma bli varige. Konsentrasjonsevna og minnet kan svekkjast. Ein kan òg bli varig ramma av sløvleik, trøyttleik og depresjon. Dersom påverknaden frå løysemiddel er for kraftig, kan ein svime av og i verste fall døy. Løysemiddeldamp irriterer slimhinnene i auga. Resultatet kan bli irriterte, raude auge. Dampen frå løysemidla kan òg skade det ytste laget av hornhinna og gi sterke smerter og tåreflaum. Figur 13.6 Løysemiddeldamp kan gi raude auge.
Forgifting med klorhaldige løysemiddel kan skade hjartet og i verste fall vere dødeleg. Løysemiddelet benzen kan skade beinmergen der blodet blir danna. Som følgje av dette kan ein utvikle blodkreft og andre blodsjukdommar. Andre løysemiddel kan skade nyrene og forårsake langvarige nyrebetennelsar eller nyresvikt. Enkelte løysemiddel kan òg gi alvorlege skadar på levra og lungene. Løysemiddel kan bli i kroppen i lang tid og gi skadar lenge etter at den ytre løysemiddelpåverknaden er fjerna. Enkelte organ tek lettare opp løysemiddel enn andre. Feittvev tek til seg mykje løysemiddel, og det kan ta lang tid før dei forsvinn. Restar av løysemiddel er funne i feittvev opptil to veker etter at dei blei tekne opp. 14
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Figur 13.7 Bruk korrekt verneutstyr når du handterer løysemiddel.
Som du forstår, er det viktig å ta strenge forholdsreglar når du bruker løysemiddel. Følg derfor alltid rutinar for bruk og oppbevaring av kjemikaliar, og bruk alltid riktig verneutstyr.
Arbeid i høgda Ein automatikar vil ofte vere nøydd til å klatre i stigar og stillas for å komme til ventilar og måleutstyr. Fall frå høgda er ei av dei viktigaste årsakene til skadar og dødsfall på arbeidsplassar. Det Figur 13.8 God sikring er viktig når du skal utføre arbeid i høgda.
15
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
er derfor svært viktig å kartleggje farar og vurdere risiko når du skal utføre slike oppdrag. Konsekvensane kan vere store sjølv ved fall frå små høgder. Derfor er det krav til å gjere tiltak for arbeid berre éin meter over bakken. Ved høgder over to meter skal det vere rekkverk, eller du skal bruke personleg fallsikringsutstyr. Bedrifta du jobbar i, skal gi deg opplæring og stille eigna verneutstyr til rådvelde ved arbeid i høgda. Anten du bruker stige, stillas eller personløftar (lift), er det viktig å setje seg inn i reglane og rutinane for montering og bruk av dette utstyret. Sikring av verktøy i høgda Verktøy eller materiell som fell frå høgda, utgjer ein stor risiko fordi fallande verktøy kan treffe personar eller utstyr. Du skal derfor sikre alt verktøy når du arbeider i høgda. Bruk av verktøy i høgda skal òg risikovurderast. Line og koplingsstykke skal nyttast mellom verktøy og belte. Verktøyveske med innvendige hemper skal nyttast når fleire verktøy skal brukast. Det skal ikkje nyttast stroppar rundt handledd på grunn av faren for personskade. Du bør òg vurdere om Figur 13.9 Verktøy skal sikrast godt når du arbeider i høgda.
Verktøybelte Verktøy med sikringswire
Sikringswire og krokar
16
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
det bør nyttast fallnett for å verne mot fallande gjenstandar. Verktøy som blir nytta i høgda, skal registrerast for å sikre at verktøy ikkje blir gløymt att på arbeidsstaden.
Sikkerheit i elektriske anlegg Automatikarar jobbar ofte i grenselandet mellom mekanikk, elektronikk og elektro. Det er derfor viktig at du òg har kunnskap om sikkerheit ved arbeid på elektriske anlegg. Dette delkapittelet tek føre seg viktige delar av forskrifta om sikkerheit ved arbeid i og drift av elektriske anlegg (FSE-forskrifta). Det er òg viktig å setje seg inn i dei gjeldande reglane og omfanget av arbeid på elektriske anlegg på den enkelte arbeidsplassen. Verktøy og verneutstyr ved arbeid under spenning Forskrift om sikkerheit ved arbeid i og drift av elektriske anlegg skal vareta sikkerheita ved arbeid på eller nær elektriske anlegg. Figur 13.10 viser døme på utstyr som gjer dette mogleg. Når vi arbeider med elektriske installasjonar som ikkje er spenningssette, og som heller ikkje kan bli spenningssette medan ein utfører arbeidet, bruker vi vanleg godkjent verktøy. Når vi derimot skal arbeide på anlegg under spenning (forkorta AUS), i nærleiken av spenningssette anlegg eller på anlegg som kan bli spenningssette, blir det stilt ekstra strenge krav til verktøyet og verneutstyret som skal brukast. Alt verneutstyr må ha Figur 13.10 Døme på verneutstyr.
17
Automatiseringssystem 2
Figur 13.11 CE-logo og trekantmerket, også kalla AUS-symbolet.
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
påstempla trekantmerket og CE-logoen. Trekantmerket, også kalla AUS-symbolet, betyr at utstyret er berekna for arbeid under spenning. CE-merket blir nytta av produsentane til å informere tilsynsmyndigheitene om at dei grunnleggjande sikkerheitskrava er oppfylte. Arbeidstøy Arbeidstøy kan ta fyr dersom kleda er tilsølte med oljeprodukt eller liknande. Ved brann i arbeidstøyet må du aldri bruke CO2apparat for å sløkkje. Dette kan forverre skadane fordi CO2 fordampar ved cirka –70 °C. Slike låge temperaturar kan gi alvorlege frostskadar. Det er best å bruke eit brannteppe. Med brannteppe fjernar du tilgangen på oksygen, og dermed blir brannen kvelt. Vatn, pulver og skum kan vurderast. Hanskar
Figur 13.12 Arbeidshanskar.
Hanskar skal vere merkte med AUS-symbol, normnummer og produksjonsår. Produksjonsåret skal vere med fordi gummi har avgrensa levetid. Hanskane skal òg vere merkte med fabrikant, storleik og klasse. Hanskane bør vere personlege og merkte med namn, slik at kvar enkelt tilsett har ansvaret for å halde hanskane sine reine og kontrollere at dei ikkje har skadar. Før bruk skal du alltid kontrollere at hanskane dine ikkje har skadar. Hanskar med skadar må bytast omgåande. Hjelm Figur 13.13 viser eit døme på ein hjelm som er konstruert for å verne mot elektrisk støyt. Det er krav til korleis hjelmar som
Figur 13.13 Hjelm som gir vern mot elektrisk støyt.
18
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
vernar mot elektrisitet, skal merkast. Merkinga fortel om den prøvespenninga som hjelmen skal tole, til dømes om han er sertifisert for 1000 VAC og 1500 VDC. Visiret på hjelmen vernar mot lysbogar. Handverktøy Standarden NEK-EN 60900 om handverktøy gjeld AUS-verktøy for bruk på lågspenningsanlegg. Verktøyet blir vanlegvis levert i ein eigen koffert med alle nødvendige sertifikat og opplysningar. Figur 13.14 Verktøy som kan nyttast på lågspenningsanlegg.
Bruksisolert verktøy Bruksisolert verktøy kan brukast i koplingsskap. Med denne typen verktøy er det berre metallisk kontakt med skruane for festa til elektriske leiarar. Figur 13.15 Verktøy til bruk i koplingsskap.
19
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Fullisolert verktøy Denne typen verktøy er 100 prosent belagde med isolerande materiale. Figur 13.16 Verktøy som er fullisolert.
Handhaldne måleinstrument Skadestatistikkar viser at feil bruk av måleinstrument og feil tolking av måleresultat frå elektriske anlegg ofte fører til ulykker og skadar. Derfor er det viktig å bruke måleinstrument rett og tolke måleverdiane rett. Eit døme på kor viktig korrekte målingar er, kan vi oppleve når stadig fleire komponentar blir kopla til i straumnettet, til dømes frekvensomformarar, laserskrivarar, kopimaskiner og lysstoffrøyr. Denne typen belastningar kan føre til at sinuskurva blir forvrengd eller inneheld overlagra spenningar, sjå figur 13.17.
Figur 13.17 Ei forvrengd sinuskurve kan føre til målefeil.
Ei forvrengd sinuskurve fører til målefeil dersom du måler med eit vanleg multimeter. For å få rett måleverdi må du måle med eit måleinstrument som måler sann RMS. RMS står for Root Mean Square og kan omsetjast til «sann effektivverdi». Desse instrumenta måler riktig effektivverdi sjølv om sinuskurva til spenninga er forvrengd, det er overlagra transientar, eller det er overlagra overharmoniske spenningar. I figur 13.18 ser vi eit instrument som måler «sann RMS».
20
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Figur 13.18 Eit instrument som måler sann RMS.
Spenningsmåling på ulineære nett
Figur 13.19 Eit instrument med sann RMS måler riktig spenning sjølv om sinuskurva er forvrengd.
Alle spenningsgrenser som er merkte på måleinstrument, refererer til spenning mellom fase og jord. Dersom du skal måle «sann spenning» på eit nett der det er kopla til utstyr som forvrengjer sinuskurva, må du altså nytte eit instrument med såkalla sann RMS. I figur 13.19 ser du at eit instrument med sann RMS vil måle riktig spenning same kor forvrengd sinuskurva er. Dette gjeld òg dersom vi har varierande frekvens. Instrumentkategoriar Instrumentet du skal bruke når du måler, må vere godkjent for bruk i den områdekategorien du skal arbeide i. Vi har fire områdekategoriar: → kat. I: elektroniske apparat → kat. II: einfaseanlegg → kat. III: 3-fase distribusjon/nettsystem → kat. IV: 3-fase nettsystem/inntak Instrumentkategorien avgjer kvar i anlegget du kan bruke instrumentet. Det er strengare krav til instrument som skal brukast i områdekategori IV, der ein måler på nettet/inntaket, enn i områdekategori III fordi kortslutningsstraumen kan bli høgare i kategori IV-område. Figur 13.20 viser dei ulike områdekategoriane.
21
Automatiseringssystem 2
Kategori 1
Figur 13.20 (ovanfor) Områdekategoriane I til IV.
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Kategori 2
Kategori 3
Kategori 4
Vern mot transientar er eit anna krav. Med transientar meiner vi kortvarige elektriske impulsar. Store spenningstoppar kan oppstå ved mellom anna lynnedslag. Derfor er krava til krypstraumavstandar og isolasjon større i områdekategori IV. Instrumentet i figur 13.21 måler sann RMS. Instrumentet kan nyttast i kategori IV. Merkinga seier at instrumentet kan nyttast for 1000 V i kategori III og for 600 V i kategori IV. Instrumentet må ha CE-merking. Ver merksam på at instrumentet skal vere merkt med kva for eit testlaboratorium som har testa instrumentet, i tillegg til CE-merking.
Tilleggsutstyr
Figur 13.21 Instrument for måling av sann RMS. Instrumentet kan nyttast i kategori IV.
22
Figur 13.22 viser døme på såkalla HBC-probar (High Breaking Capacity-probar). Desse nyttar ein der det er fare for høg kortslutningsstraum. Måleleidningar eller probar kan ha innebygd HBCsikring. Formålet med HBC-sikringa er å vareta personsikkerheita. Sikringa skal bryte kortslutningsstraumen før han når toppverdien sin, og på den måten hindre at instrumentet eksploderer. Ved å nytte HBC-proben kan ein altså avgrense personskadar.
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Jord- og kortslutningssikre spenningstestarar Figur 13.23 viser to typar spenningstestarar: einpola og topola testar. Når du skal bruke spenningstestar i målingar, bør du bruke ein topola testar. Grunnen til det er at topola testarar som oftast er jord- og kortslutningssikra. Topola testarar viser òg rett spenningsnivå.
Figur 13.22 (ovanfor) Døme på High Breaking Capacity-probar. Figur 13.23 (til høgre) Einpola og topola spenningstestar.
Maskinsikkerheit Som du har lese tidlegare i dette kapittelet, må sikkerheit alltid ha førsteprioritet. Dette gjeld ikkje minst når vi jobbar med robotar, CNC-maskiner og roterande maskineri. Maskiner og sikkerheitskomponentar må konstruerast slik at arbeidstakarar, forbrukarar, dyr og gjenstandar er verna mot skade og ikkje blir utsette for uheldige belastningar. Maskinsikkerheit i si enklaste form er ein lett tilgjengeleg stoppknapp. Når vi trykkjer på knappen, stansar maskina. Figur 13.24 Ein lett tilgjengeleg stoppknapp stansar maskina.
23
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Direktiv, lover og forskrifter Styresmaktene stiller krav til produsentar og brukarar av maskiner gjennom eit nokså komplekst hierarki av dokument. Øvst i hierarkiet er det ofte eit direktiv som er utarbeidd av EU. Dette direktivet gir overordna og generelle krav. Når vi jobbar med maskiner, er det til dømes maskindirektivet (2006/42/EF) vi må ta omsyn til. Til dei ulike direktiva er det utarbeidd lover og forskrifter som beskriv korleis direktivet skal utførast, kven som har ansvaret, og kva som er konsekvensen dersom lova eller forskrifta blir broten. Produsentar og eigarar av maskiner må til dømes ta omsyn til forskrift om maskiner (FOR-2009-05-20-544). Denne forskrifta beskriv mellom anna krav til sikkerheit og teknisk dokumentasjon, og kva lover som gjeld dersom forskrifta blir broten. Normer For å gjere det enkelt å forstå direktiva, lovene og forskriftene er det i tillegg laga normer. Desse beskriv konkrete metodar og prosedyrar som produsentane skal følgje. Her er nokre døme: → NS-EN ISO 12100:2010 – beskriv metodar for å designe sikre maskiner → NS-EN ISO 14121-1 – beskriv kva som må leggjast til grunn for ei risikovurdering, og kva vurderingar som må gjerast → NS-EN ISO/TR 14121-2 – beskriv metodar for å estimere og vurdere risiko → NS-EN ISO 13849-1:2008 – beskriv korleis ein skal designe mekaniske sikkerheitssystem, og kva arkitekturprinsipp ein skal følgje for å designe elektroniske sikkerheitssystem (dette blir oppgitt som Performance Level med ein skala frå PLa til PLe, der PLa er lågast, og PLe er høgast) → NEK EN 62061:2005 – beskriv korleis ein skal designe og verifisere sikkerheitsfunksjonar og komponentar i styringsog overvakingssystem som er baserte på elektronikk (denne norma tek omsyn til Safety Integrity Level (SIL), der SIL1 er lågast, og SIL4 er høgast) Figur 13.25 viser eit døme på korleis vi kan setje opp eit flytskjema for å vurdere risiko når vi konstruerer ei maskin. For å
24
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Figur 13.25 Flytskjema for å vurdere risiko ved konstruksjon av ei maskin.
avgjere om risikoen er på eit akseptabelt nivå, følgjer vi normene som er nemnde over. Om vi meiner at risikoen er for høg, må vi forsterke sikkerheita ytterlegare og så vurdere risikoen på nytt. Vurderinga må gjerast av eit tverrfagleg team som ser på kva farar som kan oppstå, og kor stort sannsynet er for at det skjer. Risikovurdering
START Definer maskina
ISO 14121
ISO 12100:2010
Identifiser farar
ISO 12100:2010
Estimer risiko
ISO 12100:2010
Vurder risiko
ISO 12100:2010
Nei
Nye farar?
Ja
Interaktivt redesign av sikkerheitsdelar av styresystemet Nei
Ja
Er risiko tilfredsstillande?
Nei
Reduksjon av risiko: 1 Redesign 2 Sikkerheitstiltak
Ja
Sikkerheitstiltak basert på styresystem?
ISO 13849
STOPP
Farlege hendingar I forskrift om maskiner står det at maskinprodusenten skal sørgje for at det blir gjennomført ei risikovurdering for å fastslå kva krav til vern mot fare for liv og helse som knyter seg til den aktuelle maskina. I arbeidet skal vi analysere og identifisere → farar ved tilsikta bruk og feil bruk av maskina → farar maskina kan vere opphav til, og farlege situasjonar som kan oppstå i tilknyting til maskina → farar ved å byggje inn sikkerheit og vernetiltak i maskina → restrisikoen til maskina (vi skal også informere om denne)
25
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Ifølgje forskrift om maskiner skal sikkerheita når maskina blir brukt, eller når det blir gjort anna arbeid i nærområdet, byggjast inn i maskina og produksjonsområdet. Figur 13.26 viser fire døme på farlege hendingar. Sikkerheita skal som sagt byggjast inn i maskina, slik at vi hindrar at brukaren av maskina blir kutta, får slag, kjem i klem eller blir dregen inn i maskina. Figur 13.26 Fire situasjonar som viser at brukaren blir kutta, får slag, kjem i klem og blir dregen inn i maskina.
Figur 13.27 viser to døme på bruken av ein sikkerheitsbrytar for å forhindre farlege situasjonar. Maskindelen til venstre i figuren kan køyrast til høgre og venstre, noko som den doble pila viser. På maskindelen er det montert ein RFID-brikke-nøkkel. Sikkerheitsbrytaren blir aktivert når RFID-brikka kjem innanfor ca. 20 mm av arbeidsområdet dersom nøkkelen blir sett i brytaren. Dersom vernedekselet (til høgre i figuren) blir opna meir enn fem grader medan maskina er i drift, blir sikkerheitsbrytaren aktivert, og maskina stoppar.
26
Automatiseringssystem 2
Figur 13.27 Sikkerheitsbrytar som er
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
Magnetbrytar
kopla til dekselet på ei maskin.
Permanentmagnet
Figur 13.28 viser eit døme på bruken av sikkerheitsbrytarar. Døra fører inn til ei arbeidscelle med ein robot. På grunn av sikkerheita skal ikkje døra opnast når roboten er i drift. Ein sikkerheitsbrytar blir derfor montert på døra, slik at roboten stoppar dersom døra blir opna. Figur 13.28 Sikkerheitsbrytar på ei dør.
Sikkerheitsbrytar med interlock Interlock er eit omgrep du kan støyte på i samband med maskinsikkerheit. Men kva er interlock? Her er eit enkelt døme: I bilar kan det installerast ei innretning som hindrar at bilen kan startast dersom sjåføren er påverka av alkohol. Denne innretninga blir kalla for ein tenningsinterlock og er kopla til startsystemet til bilen. Når sjåføren set seg i bilen, blæs vedkommande inn i eit instrument som analyserer lufta frå lungene. Tenningsinterlocken er installert slik at startsystemet til bilen blir kopla ut
27
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
dersom det er alkoholmolekyl i utpusten til sjåføren. Når startsystemet er kopla ut, kan ikkje bilen startast. Nokre døme på sikkerheitsbrytarar med interlock er → reléspole med spindel som koplar inn reléet → relé → lås og nøkkel → mekanisk sperre (interlock) for elektromagnetar Hovuddelane til ein sikkerheitsbrytar ser du i figur 13.29. Figur 13.29 Døme på korleis ein sik-
Mekanisk sperre
kerheitsbrytar er utforma.
Spole og spindel Lås/nøkkel
Relé
No skal vi sjå på eit anna døme: Vi har ei maskin med eit stort el-skap. Skapet inneheld 400 V forsyningspenning til motorar og styre- og reguleringssystem. Døra til skapet skal alltid vere lukka når maskina er i drift. Dersom døra blir opna under drift, skal maskina stoppe automatisk. Sikkerheitsbrytaren er montert på utsida av skapet og inngår i forriglinga. Under normal drift verkar sikkerheitsbrytaren som eit relé med ein reléspole. Når reléet er aktivert, er det kontakt over 21/22 og 32/31. På døra og karmen i el-skapet er det montert ein magnetbrytar. Straumen til sikkerheitsbrytaren sin reléspole går over til ein relékontakt i magnetbrytaren. Dersom sertifisert personell skal feilsøkje på el-anlegget/styresystemet under drift, må dei ha høve til å opne døra til el-skapet utan at maskina stoppar. Då må dei bruke interlocken som
28
Automatiseringssystem 2
Kapittel 13 Person- og maskinsikkerheit
høyrer til sikkerheitsbrytaren. Interlocken er ei mekanisk sperre som kan låse spindelen til reléspolen i «driftsposisjon». Vi gir plass til den mekaniske sperra ved å vri om nøkkelen i forkant av eininga. Deretter set vi den mekaniske sperra på plass. Då er stempelet til reléspolen låst. Sikkerheitsbrytaren er dermed sperra når døra til el-skapet blir opna. Når oppdraget er utført, blir døra til el-skapet lukka. Deretter fjernar vi den mekaniske sperra. Brytaren kan også låsast slik at reléet ikkje kan aktiverast når vi skal utføre arbeid i farlege soner på maskina.
29
Dette læreverket dekkjer den nye læreplanen i programfaget automatiseringssystem for vg2 og vg3 etter fagfornyinga. Automatiseringssystem er eit læreverk som ønskjer å skape forståing, inspirere og pirre nyfikna til elevane. Læreverket består av to trykte lærebøker og ein innhaldsrik nettressurs med mellom anna fagomgrep, yrkesoppdrag og animasjonar. Automatiseringssystem 2 dekkjer temaa sikkerheit, mekanisk arbeid, pådragsorgan, hydrauliske anlegg, reguleringsteknikk, system, standardar og protokollar, utstyr og prosessar, metodar for gass- og væskeanalyse, robotisering og programmering, og dessutan vedlikehald og tilstandskontroll.
Automatiseringssystem 2
Automatiseringssystem 2
Automatiseringssystem 2 Reguleringsteknikk og sikkerhet
Forfattarar Jon Eirik Standal Darre er utdanna fagskuleingeniør innanfor automasjon og har fagbrev som automatikar med bakgrunn frå prosessindustrien. Han har undervist i automatiseringsfaget i ti år og jobbar no ved Laksevåg og Bergen maritime vgs. Med praktisk-pedagogisk utdanning og fem yrkespedagogiske vidareutdanningar går han no på masterutdanning.
Elektro og datateknologi
NYN
Vg2 Vg3
ISBN 978-82-11-04416-7
Vg2
Vg3
NYNORSK
Petter Skaraas er utdanna fagskuleingeniør innan industriell automasjon. Han har fagbrev som automatikar og skipselektrikar. I tillegg har han vidareutdanning frå Oslomet og UiB innan leiing, psykologi og coaching. Han har i største delen av karrieren hatt leiarroller i selskap som har automasjon og måling som kjerneverksemda si, mellom anna ti år som salsdirektør i Emerson.
Jon Eirik Standal Darre Petter Skaraas
