1
Politechnika Wrocławska
W y d z i a ł M e c h a n i c z n y
W y d z i a ł M e c h a n i c z n y
Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji
Kierunek studiów:
Mechatronika
Mechatronika
Studia I-stopnia, rok I, sem. 2, rok akad. 2008/09
Materiały do wykładu „
Wst
ę
p do
Wst
ę
p do
mechatroniki
mechatroniki”
Interfejsy człowiek-maszyna HMI, panele operatorskie,
niezawodno
ść
i bezpiecze
ń
stwo wyrobów, oznakowanie
CE, stopie
ń
ochrony IP, kompatybilno
ść
elektromagnetyczna EMC, RoHS
Dr in
ż
. Zbigniew Smalec (p. 3.19 B-4)
Cz
ęść
5 (1 – 34)
Wrocław, 2009
Panele operatorskie s
ą
elementami systemów automatyki i sterowania, które pełni
ą
rol
ę
interfejsu pomi
ę
dzy człowiekiem
a maszyn
ą
(urz
ą
dzeniem) HMI. Słu
żą
one zarówno do realizacji funkcji steruj
ą
cych, jak równie
ż
do wizualizacji procesów
produkcyjnych oraz pomiarowych, przy czym ich zastosowania znacznie wykraczaj
ą
poza bran
żę
produkcyjn
ą
.
Wykorzystanie najnowszych modeli paneli z ekranami dotykowymi i aktywnymi matrycami LCD pozwala na
zaawansowan
ą
wizualizacj
ę
danych oraz praktycznie intuicyjne sterowanie. Współczesne panele operatorskie umo
ż
liwiaj
ą
prezentowanie ró
ż
norodnych danych i komunikacj
ę
z u
ż
ytkownikiem, który wcale nie musi by
ć
przeszkolonym
operatorem, a ich zastosowania si
ę
gaj
ą
poza teren zakładu przemysłowego. Obecnie urz
ą
dzenia te stosowane s
ą
m.in.
w automatyce wodoci
ą
gowej, budynkowej i szeregu aplikacji zwi
ą
zanych z pomiarami i monitorowaniem. Znajduj
ą
one
zastosowanie równie
ż
w urz
ą
dzeniach wojskowych, a tak
ż
e szeregu zastosowa
ń
powszechnych – w bankomatach,
kioskach informacyjnych (POI) czy pojazdach. Oczywi
ś
cie w wielu tych aplikacjach nie mo
ż
na mówi
ć
o typowym panelu
operatorskim, ale o urz
ą
dzeniu z wy
ś
wietlaczem wbudowanym w wi
ę
ksz
ą
cało
ść
.
Centralnym elementem obecnego panelu operatorskiego jest wy
ś
wietlacz ciekłokrystaliczny LCD, zwykle kolorowy. Dobre
parametry i szeroka dost
ę
pno
ść
tych wy
ś
wietlaczy na rynku powoduj
ą
,
ż
e wy
ś
wietlacze z matryc
ą
aktywn
ą
wypieraj
ą
z rynku starsze technologie, np. monochromatyczne lub pasywne LCD, nawet w takich zastosowaniach, gdzie kolorowe
zobrazowanie nie jest konieczne lub wielko
ść
ekranu nie ma du
ż
ego znaczenia. Wyj
ą
tkiem s
ą
najcz
ęś
ciej panele
montowane w maszynach lub urz
ą
dzeniach, w przypadku których konieczne jest przekazywanie jedynie prostych
komunikatów. W przypadku paneli kolorowych zakres dost
ę
pnych wielko
ś
ci ekranu pokrywa pełne spektrum potrzeb
u
ż
ytkowników, wahaj
ą
c si
ę
od małych wy
ś
wietlaczy 5-calowych, które przeznaczone s
ą
do aplikacji o ograniczonej
potrzebie prezentacji, po du
ż
e wersje 20-calowe, umo
ż
liwiaj
ą
ce jednoczesn
ą
prezentacj
ę
bardzo wielu informacji.
W ostatnim przypadku aplikacjami b
ę
d
ą
m.in. systemy sterowania w elektrowniach oraz na kolei. Du
ż
y ekran pozwala
równie
ż
na odczyt informacji z du
ż
ej odległo
ś
ci, na przykład w rozległych halach przemysłowych.
Poniewa
ż
wzrost popularno
ś
ci du
ż
ych modułów LCD w zastosowaniach konsumenckich przekłada si
ę
na ogólny spadek
ich cen, to równie
ż
w automatyce coraz cz
ęś
ciej spotka
ć
mo
ż
na panele operatorskie z du
ż
ymi, kolorowymi ekranami.
Od paru lat wyra
ź
nym zjawiskiem jest d
ąż
enie producentów do minimalizacji mocy pobieranej przez panel operatorski.
Dotyczy to szczególnie procesora, a celem tych działa
ń
jest przede wszystkim realizacja chłodzenia pasywnego, bez
konieczno
ś
ci u
ż
ycia wentylatorów. Rezygnacja z tych elementów wynika zarówno z ich niewielkiej trwało
ś
ci, jak te
ż
z faktu,
ż
e strumie
ń
powietrza przepływaj
ą
cy wewn
ą
trz urz
ą
dzenia sprawia wiele kłopotów. Niski pobór mocy sprzyja
zapewnieniu wysokiej odporno
ś
ci na czynniki
ś
rodowiskowe, gdy
ż
pozwala zamkn
ąć
panel w stosunkowo szczelnej
obudowie, gdzie rozpraszanie ciepła dokonywane jest w du
ż
ej cz
ęś
ci za pomoc
ą
przewodzenia ciepła przez
ś
cianki
obudowy, bez konieczno
ś
ci wykonywania dodatkowych otworów. Dlatego w wielu nowoczesnych panelach operatorskich
nie spotyka si
ę
ju
ż
chłodzenia wymuszonego za pomoc
ą
wentylatorów, przynajmniej je
ś
li chodzi o wersje przeznaczone
do pracy w typowym zakresie temperatur.
Panele operatorskie
2
Mo
ż
liwo
ś
ci przekazywania
i odbierania informacji przez człowieka
Proces technologiczny
Przekazywanie informacji
max. 50 bit/s
Przyjmowanie informacji:
max 50 000 000 bit/s (wizualnie)
max 50 000 bit/s (akustycznie)
Przyjmowanie,
redukcja
i przetwarzanie
informacji
Interfejsy człowiek-maszyna HMI (ang. Human-Machine Interface)
Wysoki komfort
obsługi
Niska cena
Proste
projektowanie
Odporno
ść
na
warunki
przemysłowe
Mała przestrze
ń
zabudowy
Mo
ż
liwo
ść
wł
ą
czenia do sieci
komunikacyjnej
Otwarto
ść
Ergonomiczne
ukształtowanie
Wymagania dotycz
ą
ce HMI
3
Terminale tekstowe
• Pełna obsługa interakcji
z u
ż
ytkownikiem przez sterownik
PLC,
• Proste protokoły komunikacyjne
(np. terminalowy),
• Teksty umieszczone w pami
ę
ci
sterownika PLC.
SAIA PCD7.D160
Siemens TD200
OP-Term BT224
Tekstowe panele operatorskie
• Oddzielenie funkcji HMI od
sterownika PLC,
• Pami
ęć
projektu w HMI,
• Firmowe oprogramowanie
narz
ę
dziowe do
programowania paneli,
• Ładowalne driver’y
komunikacyjne dla wielu
sterowników,
• Mo
ż
liwo
ść
opracowania
interfejsu wieloj
ę
zycznego,
• Obsługa drukarki.
ESA VT190
Mitsubishi MAC T200
4
Graficzne panele operatorskie
Czarno – białe
(monochromatyczne) lub
kolorowe
Dotykowe (ang. Touch Screen),
Oprogramowanie narz
ę
dziowe
z bogat
ą
bibliotek
ą
gotowych
elementów graficznych
Wykresy i trendy
ESA VT585W
Mitsubishi MAC E700
Siemens TP070
Panel dotykowy (ang. Touch Screen) jest w istocie autonomicznym urz
ą
dzeniem zamontowanym przed
wy
ś
wietlaczem LCD (lub dowolnym innym), które umo
ż
liwia sterowanie poprzez dotkni
ę
cie panelu palcem lub
wska
ź
nikiem. Wskazanie miejsca na ekranie za pomoc
ą
dotyku nale
ż
y do najbardziej przyjaznych form kontaktu
z u
ż
ytkownikiem – np. nawet takim, który nie radzi sobie z u
ż
ywaniem tradycyjnego komputera osobistego.
Konstruktorzy paneli dotykowych d
ążą
do zbudowania urz
ą
dzenia, które b
ę
dzie jak najlepiej spełniało ró
ż
ne
wymagania. Nie powinny one np. zakłóca
ć
wy
ś
wietlania obrazu, charakteryzowa
ć
si
ę
wysok
ą
rozdzielczo
ś
ci
ą
oraz by
ć
aktywowane dowolnym wska
ź
nikiem.
Wa
ż
n
ą
ich cech
ą
jest te
ż
odporno
ść
na kurz, wilgo
ć
,
ś
rodki chemiczne, oleje i zanieczyszczenia, które mog
ą
wyst
ę
powa
ć
w otoczeniu. Istotna jest wreszcie łatwo
ść
instalacji na panelu wy
ś
wietlacza. Dobrze byłoby, gdyby
była ona tak prosta, jak monta
ż
innych urz
ą
dze
ń
peryferyjnych.
Ekrany dotykowe mog
ą
by
ć
wykonane w ró
ż
nych technologiach: rezystancyjnej, pojemno
ś
ciowej, na
podczerwie
ń
i powierzchniowej fali akustycznej.
Panele (ekrany) dotykowe
W wyniku naci
ś
ni
ę
cia na ekran zewn
ę
trzna warstwa
ugina si
ę
w kierunku podło
ż
a i nast
ę
puje zwarcie
w punkcie styku. Warto
ść
spadku napi
ę
cia w punkcie
przyci
ś
ni
ę
cia
ekranu
jest
proporcjonalna
do
współrz
ę
dnych na jego powierzchni. Układ kontrolera
obsługuj
ą
cy panel przetwarza napi
ę
cie analogowe na
warto
ść
cyfrow
ą
i przesyła j
ą
do układu steruj
ą
cego.
Ze
wzgl
ę
du
na
zasad
ę
działania
paneli
rezystancyjnych
istnieje mo
ż
liwo
ść
wymuszenia
akcji palcem, paznokciem, piórem czy te
ż
w palcem
w r
ę
kawicy roboczej. Ekrany tego typu i ich sterowniki
mog
ą
by
ć
łatwo
integrowane
w
systemach
wbudowanych, przez co nale
żą
do najbardziej
praktycznych
i
ekonomicznych
typów
paneli
dotykowych.
ITO - warstwa oporowa (zwi
ą
zek indu, cyny i tlenu)
5
Cechy ró
ż
nych rodzajów paneli dotykowych
Nie
Nie
Tak, 256
poziomów
Nie
Nie
Nie
Nie
Pomiar w osi z
Dowolny
Absorbu-
j
ą
cy
energi
ę
,
mi
ę
kki
Absorbu-
j
ą
cy
energi
ę
,
mi
ę
kki
Dowolny
Jak
powierz-
chniowe,
mo
ż
liwo
ść
pracy w
r
ę
kawiczce
Przewo-
dz
ą
cy –
palec lub
specjalne
pióro
Dowolny
Rodzaj wska
ź
nika
Bardzo
dobra
Bardzo
dobra
Bardzo
dobra
Bardzo
dobra
Bardzo
dobra
Bardzo
dobra
Dobra
Wytrzymało
ść
na
zarysowania i
zanieczyszczenia
50 mln
(na punkt)
50 mln
(na punkt)
50 mln
(na punkt)
Ok. 140
tys. godz.
>100 mln
dotkni
ęć
(na punkt)
160 mln
dotkni
ęć
(na punkt)
35 mln
dotkni
ęć
(na punkt)
Czas
ż
ycia
(trwało
ść
)
b.d.
20ms
10 - 50ms
10 - 15ms
<20ms
8 - 24ms
5 - 10ms
Szybko
ść
4096x
4096
4096x
4096
4096x
4096
4096x
4096
4096x
4096
4096x
4096
4096x
4096
Rozdzielczo
ść
kontrolera
90%
+/-5%
do 100%
90%
>90%
88%
85%
80%
+/-5%
Przejrzysto
ść
APR (ang.
Acoustic
Pulse
Recogni-
tion)
GAW
(ang.
Guided
Acoustic
Wave)
SAW
(ang.
Surface
Acoustic
Wave)
Podczer-
wone
Pojemno-
ś
ciowe
NFI (ang.
Near Field
Imaging)
Pojemno-
ś
ciowe
powierz-
chniowe
Rezystan-
cyjne
Rodzaj panela
Rodzaj cechy
Komputery panelowe
Standardowy system
operacyjny
Łatwa obsługa
Mo
ż
liwe jest uruchomienie
standardowych aplikacji
Łatwe doł
ą
czenie do
dowolnego układu
sterowania
Łatwa rozbudowa
funkcjonalno
ś
ci
Łatwa integracja z innymi
systemami informatycznymi
przedsi
ę
biorstwa
Advantech IPPC 950
Siemens PCU50
Beckhoff
6
Mobilne HMI
Przewodowe lub
bezprzewodowe („w
ę
dki”)
Niezast
ą
pione przy obsłudze
du
ż
ych maszyn
Odporne na wstrz
ą
sy i upadki
Wonderware
Tablets
Mobile View Tablet
Terminal T750
Mobile View Guard
Terminal G750
Siemens
Mobile Panel 170
Integracja HMI z PLC
Rozwi
ą
zanie optymalne cenowo
Poł
ą
czenie funkcji PLC, HMI i
modułów I/O (ang. Input/ Output)
Łatwa rozszerzalno
ść
funkcji
przez zastosowanie modułów
funkcyjnych i sieci
komunikacyjnych
Unitronics Vision 280
Moeller XVC 100
Siemens C7 635
7
Przykłady klawiatur membranowych (foliowych)
Folia dekoracyjna
Dioda LED
Ś
cie
ż
ki przewodz
ą
ce
Folia mocuj
ą
ca
Folia bazowa 1
Folia dystansowa
Folia bazowa 2
Folia mocuj
ą
ca
Istotn
ą
cech
ą
zespołów mechanicznych podczas pracy jest wyst
ę
powanie awarii. I tak np.
ło
ż
yska najcz
ęś
ciej nie ulegaj
ą
uszkodzeniu natychmiast, lecz najpierw powoduj
ą
hałas.
Wiele uszczelek najpierw w małym stopniu jest nieszczelnych, zanim zostanie
przekroczona nieszczelno
ść
krytyczna. Natomiast uszkodzenia wielu elementów
elektronicznych i wszystkie awarie (bł
ę
dy) oprogramowania wyst
ę
puj
ą
nagle, w sposób
przypadkowy i bez wcze
ś
niejszych objawów.
Ze wzgl
ę
du na najcz
ęś
ciej dominuj
ą
cy udział w ci
ęż
arze systemu mechatronicznego
zespołów mechanicznych prawie nigdy nie s
ą
one redundantne (nadmiarowe)
i w przypadkach ci
ą
głej realizacji funkcji ich awaria uwidacznia si
ę
natychmiast. Elementy
mechaniczne podlegaj
ą
równie
ż
procesom zu
ż
ycia. Ponadto w przypadku wyst
ę
powania
zmiennych obci
ąż
e
ń
cz
ęś
ci mechaniczne ulegaj
ą
zm
ę
czeniu, co mo
ż
e prowadzi
ć
do ich
uszkodzenia (p
ę
kni
ę
cia). Podczas eksploatacji wyrobów ich elementy ulegaj
ą
procesom
starzenia, szczególnie podczas pracy w podwy
ż
szonych temperaturach, a tak
ż
e korozji.
Natomiast uszkodzenia elementów elektronicznych mo
ż
na podzieli
ć
na cztery rodzaje:
zwarcie, przerwanie, płyni
ę
cie zera (dryft) oraz bł
ę
dne działanie. Mechanizmy, które
powoduj
ą
te uszkodzenia mog
ą
mie
ć
charakter fizyczny lub chemiczny.
Dlatego te
ż
od elementów stosowanych w systemach mechatronicznych wymaga si
ę
odpowiednio wysokiej niezawodno
ś
ci.
Definicja:
„Niezawodno
ść
jest prawdopodobie
ń
stwem tego,
ż
e jednostka w okre
ś
lonym
czasie b
ę
dzie spełniała swoje funkcje w przewidzianych warunkach.”
Awarie i niezawodno
ść
8
Metody zapewnienia niezawodno
ś
ci w cyklu
ż
ycia wyrobu
Jednym z istotnych wymaga
ń
stawianym wyrobom, w tym tak
ż
e systemom mechatronicznym, jest
zapewnienie odpowiednio wysokiego poziomu ich niezawodno
ś
ci. W tym celu musz
ą
by
ć
zastosowane odpowiednie techniczne i organizacyjne
ś
rodki. Wa
ż
ne jest przy tym uwzgl
ę
dnienie
wszystkich faz w cyklu
ż
ycia wyrobu – bł
ę
dy powstaj
ą
bowiem we wszystkich fazach.
Specy-
fikacja
- do
ś
wiadczenie
- ...
- analiza ABC
- FMEA (ang. Failure Mode
and Effect Analysis)
- FTA (ang. Fault Tree
Analysis)
- ...
Czas
- zarz
ą
dzanie
jako
ś
ci
ą
- audyty
- ...
- zbieranie
danych z
obiektu
- indykatory
wczesnego
ostrzegania
- ...
- mo
ż
liwo
ś
ci
recyklingu
- ...
Cele
niezawo-
dno
ś
ci
- dane ogólne
- obliczenia
- rozkład Weibull’a, wykładniczy
- planowanie bada
ń
- teoria Bool’a
- model Markowa
- FTA
- ...
- statystyczne
planowanie
procesu
- ...
- ocena
danych z
obiektu
- ...
- trwało
ść
resztkowa
- ...
Ocena
Planowanie
Koncepcja
Projekt
Wytwa-
rzanie
Wykorzy-
stywanie
przez
klienta
Ponowne
wykorzy-
stanie
J
a
k
o
ś
c
io
w
o
Il
o
ś
c
io
w
o
Wczesne awarie
Wczesne awarie
(obszar 1)
Np. bł
ę
dy monta
ż
u,
bł
ę
dy wytwarzania,
wady materiału,
bł
ę
dy konstrukcyjne
Awarie
Awarie
spowodo
spowodo
-
-
wane
wane
zu
ż
yciem
zu
ż
yciem
i zm
ę
czeniem
i zm
ę
czeniem
(obszar 3)
Np. przerwanie
przewodu, starzenie
Bł
ę
dy
Bł
ę
dy
przypadkowe
przypadkowe
(obszar 2)
Np. spowodowane
bł
ę
dn
ą
obsług
ą
,
zabrudzeniami,
bł
ę
dami piel
ę
gnacji
P
o
z
io
m
a
w
a
ri
i
Próby, seria zerowa,
kontrola wytwarzania
i jako
ś
ci
Przeciwdziałanie
Czas
u
ż
ytkowania
Poprawna obsługa
i piel
ę
gnacja,
wła
ś
ciwe
zastosowanie
Obliczenia,
próby
Niezawodno
ść
wyrobów - krzywa wannowa
9
Sposoby zwi
Sposoby zwi
ę
ę
kszenia niezawodno
kszenia niezawodno
ś
ś
ci i dyspozycyjno
ci i dyspozycyjno
ś
ś
ci:
ci:
wybór i zastosowanie wysokowarto
ś
ciowych i niezawodnych cz
ęś
ci,
korzystne warunki pracy,
przegl
ą
dy zapobiegawcze,
redundancja sprz
ę
tu dla wra
ż
liwych na awarie składników takich jak magistrale systemowe, elementy warstwy
u
ż
ytkownika, zasilanie w energi
ę
(media),
redundancja procesora,
redundancja systemu komputerowego (sterownika).
Pewno
ść
(bezpiecze
ń
stwo):
Pewno
ść
(bezpiecze
ń
stwo):
zdolno
ść
systemu do unikni
ę
cia zagro
ż
enia dla osób lub
ś
rodowiska w okre
ś
lonych warunkach (stanach) pracy,
utrata tej zdolno
ś
ci jest spowodowana przez bł
ę
dy:
- oprogramowania (bł
ę
dy specyfikacji, bł
ę
dy implementacji),
- sprz
ę
tu (awarie urz
ą
dze
ń
),
bł
ę
dy obsługi,
nieoczekiwane wpływy lub zakłócenia ze strony otoczenia (
ś
rodowiska).
Działania dla zwi
ę
kszenia pewno
ś
ci (bezpiecze
ń
stwa):
Działania dla zwi
ę
kszenia pewno
ś
ci (bezpiecze
ń
stwa):
rozpoznawanie bł
ę
dów, np. przez redundancj
ę
lub zgodno
ść
(niem. Plausibilität),
maskowanie bł
ę
dów przez redundancj
ę
(nadmiarowo
ść
),
obsługa bł
ę
dów,
ograniczanie rozprzestrzeniania si
ę
bł
ę
dów,
techniki
fail
fail
-
-
sa
sa
f
f
e
e: sprowadzanie systemu do stanu bezpiecznego,
metody
Watch
Watch
-
-
dog
dog: w zadanych odst
ę
pach czasu musz
ą
wyst
ą
pi
ć
okre
ś
lone aktywno
ś
ci, a ich brak jest traktowany
jako bł
ą
d.
Niezawodno
ść
i bezpiecze
ń
stwo – sposoby zwi
ę
kszania
Niezawodno
ść
i bezpiecze
ń
stwo
Niezawodno
ść
Działania (
ś
rodki) stosowane w celu zwi
ę
kszenia niezawodno
ś
ci powinny powodowa
ć
unikanie awarii obiektów:
• planowanie,
• redundancja,
•
ś
rodki bezpiecze
ń
stwa,
• eliminacja zakłóce
ń
i obsługa bł
ę
dów,
• utrzymanie stanu.
Ś
rodki bezpiecze
ń
stwa - słu
żą
do unikania zagro
ż
e
ń
w odniesieniu do:
• ludzi,
•
ś
rodowiska naturalnego,
• obiektu (maszyny, urz
ą
dzenia, instalacji),
• materiałów,
• danych.
Ś
rodki bezpiecze
ń
stwa mog
ą
dotyczy
ć
:
• zapobiegania wypadkom,
• ochrony przed po
ż
arem,
• ochrony przed przepi
ę
ciami,
• uszkodze
ń
w wyniku działania wody,
• niebezpiecznych materiałów,
• promieniowania (laser, mikrofale, promieniowanie rentgenowskie, radioaktywno
ść
),
• instalacji elektrycznej (dotkni
ę
cie, zwarcie).
10
W Unii Europejskiej w wielu dziedzinach istniej
ą
przepisy wspólnotowe
zwane dyrektywami, które dotycz
ą
wytwarzania i obrotu wyrobami.
Wi
ę
kszo
ść
z nich została opracowana na bazie tzw. Nowego Podej
ś
cia, czyli
przyj
ę
tych w 1985 r. nowych reguł dotycz
ą
cych harmonizacji technicznej
w zakresie bezpiecze
ń
stwa i ochrony zdrowia.
Dyrektywy Nowego Podej
ś
cia obejmuj
ą
podstawowe wymagania (tzw.
zasadnicze) stawiane wyrobom w zakresie bezpiecze
ń
stwa i zdrowia
u
ż
ytkowników. Wyroby podlegaj
ą
ce tej regulacji i spełniaj
ą
ce postawione
w niej wymagania musz
ą
by
ć
(z nielicznymi wyj
ą
tkami) oznakowane
symbolem europejskiej zgodno
ś
ci CE (franc. Conformité Européenne).
Oznakowanie CE wskazuje na zgodno
ść
wyrobu z odpowiednimi
wymaganiami Unii Europejskiej nało
ż
onymi na producenta poprzez
dyrektywy wymagaj
ą
ce takiego oznakowania. Oznakowanie umieszczone na
wyrobie po
ś
wiadcza tak
ż
e,
ż
e wyrób został poddany wła
ś
ciwym procedurom
oceny tej zgodno
ś
ci. Dzi
ę
ki temu pa
ń
stwa członkowskie nie mog
ą
ogranicza
ć
dost
ę
pu do rynku oraz eksploatacji wyrobów, je
ż
eli nie ma
dowodów na brak wy
ż
ej wymienionej zgodno
ś
ci.
Oznakowanie CE nie słu
ż
y celom komercyjnym i nie oznacza,
ż
e produkt
został wyprodukowany w Unii Europejskiej.
Zgodno
ść
wyrobów – oznakowanie CE
Poni
ż
sze grupy wyrobów według dyrektyw Nowego Podej
ś
cia wymagaj
ą
umieszczenia oznakowania CE:
Aktywne implanty medyczne
D
ź
wigi
Emisja hałasu w
ś
rodowisku przez urz
ą
dzenia przeznaczone do u
ż
ytku poza pomieszczeniami
Jachty
Kompatybilno
ść
elektromagnetyczna
EMC
Maszyny
Materiały wybuchowe do u
ż
ytku cywilnego
Nieautomatyczne urz
ą
dzenia wa
żą
ce
Niskonapi
ę
ciowe wyroby elektryczne
Proste zbiorniki ci
ś
nieniowe
Sprawno
ść
energetyczna chłodziarek i zamra
ż
arek
Sprawno
ść
energetyczna kotłów wodnych
Sprawno
ść
energetyczna stabilizatorów do o
ś
wietlenia jarzeniowego
Ś
rodki ochrony indywidualnej
Urz
ą
dzenia do u
ż
ytku w atmosferach wybuchowych
Urz
ą
dzenia ci
ś
nieniowe
Urz
ą
dzenia gazowe
Urz
ą
dzenia medyczne
Urz
ą
dzenia diagnostyczne in vitro
Urz
ą
dzenia linowe do przewozu osób
Wyposa
ż
enie radiowe i terminali telekomunikacyjnych
Wyroby budowlane
Zabawki
Dyrektywy Nowego Podej
ś
cia
11
Oznakowanie CE na wy
ż
ej wymienionych wyrobach jest obowi
ą
zkowe i musi by
ć
umieszczone zgodnie
z dyrektywami Nowego Podej
ś
cia zanim wyrób zostanie wprowadzony na rynek.
Znak CE musi by
ć
umieszczony na wyrobie przez producenta lub upowa
ż
nionego przedstawiciela
ustanowionego na terytorium Unii Europejskiej.
Wyrób nie mo
ż
e natomiast by
ć
oznakowany symbolem CE, je
ż
eli nie jest obj
ę
ty
ż
adn
ą
dyrektyw
ą
, która
wymaga jego umieszczenia.
Procedura umieszczenia oznakowania CE na wyrobie:
A.Sprawdzenie, czy wyrób podlega dyrektywom Nowego Podej
ś
cia.
B.Sprawdzenie, czy wyrób spełnia zasadnicze wymagania okre
ś
lone w dyrektywach, którym podlega.
C.Zapoznanie si
ę
z tre
ś
ci
ą
odpowiednich dla danego wyrobu europejskich norm zharmonizowanych
i w razie potrzeby dostosowania do nich wyrobu.
D.Opracowanie dokumentacji technicznej.
E. Wypełnienie procedury oceny zgodno
ś
ci okre
ś
lonej w dyrektywach dla danego wyrobu.
F. Sporz
ą
dzenie i podpisanie deklaracji zgodno
ś
ci EC (dokument za
ś
wiadczaj
ą
cy,
ż
e dany wyrób jest
zgodny z wymaganiami odpowiedniej dyrektywy lub wielu dyrektyw).
G. Umieszczenie na wyrobie oznakowania CE.
Oznakowanie CE jest obowi
ą
zkowym znakiem dla wielu wyrobów sprzedawanych na rynku Unii
Europejski i potwierdza pełn
ą
zgodno
ść
wyrobu (przez domniemanie) z wymaganiami zasadniczymi.
Oznakowanie CE umieszczone na wyrobie jest zatem potwierdzeniem,
ż
e wyrób ten spełnia wymagania
w zakresie bezpiecze
ń
stwa i zdrowia u
ż
ytkowników, a tym samym,
ż
e mo
ż
e by
ć
sprzedawany
i u
ż
ytkowany na rynkach Unii Europejskiej.
Dyrektywy Nowego Podej
ś
cia, na których opiera si
ę
system stosowania oznakowania CE, obowi
ą
zuj
ą
wszystkich producentów, importerów i dystrybutorów sprzedaj
ą
cych wyroby na rynek Unii Europejskiej
oraz trzech krajów spoza Unii, tj. Norwegii, Islandii i Ksi
ę
stwa Lichtenstein (krajów EFTA).
Oznakowanie CE
Ochrona przed zagro
ż
eniami mechanicznymi:
Ochrona przed zagro
ż
eniami mechanicznymi:
stateczno
ść
,
uszkodzenia w trakcie pracy,
przedmioty spadaj
ą
ce lub wyrzucane,
kraw
ę
dzie, powierzchnie, naro
ż
a,
zespoły maszyn,
elementy wiruj
ą
ce i ruchome,
osłony.
Wymagania zasadnicze dotycz
ą
ce maszyn
Ochrona przed innymi zagro
ż
eniami:
Ochrona przed innymi zagro
ż
eniami:
zasilanie energi
ą
elektryczn
ą
,
elektrostatyczno
ść
,
zasilanie inn
ą
energi
ą
,
bł
ę
dy w monta
ż
u,
skrajne temperatury,
po
ż
ar,
wybuch.
12
Wymagania zasadnicze maszyn dotycz
ą
:
Wymagania zasadnicze maszyn dotycz
ą
:
hałasu,
drga
ń
,
promieniowania,
promieniowania zewn
ę
trznego,
emisji pyłów, gazów, itp.,
ryzyka uwi
ęź
ni
ę
cia we wn
ę
trzu maszyny,
mo
ż
liwo
ś
ci po
ś
li
ź
ni
ę
cia si
ę
, potkni
ę
cia, upadku.
Wymagania zasadnicze (c.d.) i oznakowanie maszyn
Oznakowanie maszyny powinno zawiera
ć
co najmniej:
Oznakowanie maszyny powinno zawiera
ć
co najmniej:
nazw
ę
i adres producenta,
oznakowanie CE,
oznaczenie serii lub typu maszyny,
numer fabryczny,
rok budowy maszyny.
Ponadto do maszyny powinna by
ć
doł
ą
czona instrukcja obsługi.
Ponadto do maszyny powinna by
ć
doł
ą
czona instrukcja obsługi.
Systemy mechatroniczne cz
ę
sto zast
ę
puj
ą
i uzupełniaj
ą
czysto mechaniczne, hydrauliczne, pneumatyczne
i elektryczne układy. Takie konwencjonalne układy odznaczaj
ą
si
ę
zwykle dobr
ą
odporno
ś
ci
ą
na awarie. Przez
dodanie czujników, sprz
ę
tu elektronicznego, aktuatorów, poł
ą
cze
ń
kablami i oprogramowania powstaj
ą
nie tylko
dodatkowe składniki, ale tak
ż
e i ich awarie. Je
ż
eli składniki mechaniczne, dzi
ę
ki doborowi odpowiednich
materiałów, metod i technik wytwarzania oraz przewymiarowania mo
ż
na budowa
ć
jako bardzo niezawodne, to ju
ż
tak nie jest w przypadku składników elektrycznych. Wynika to z tego,
ż
e składaj
ą
si
ę
one z o wiele wi
ę
kszej liczby
elementów i mog
ą
one nagle ulega
ć
awarii. Istniej
ą
w zasadzie dwie strategie, które mog
ą
pomaga
ć
w przewidywaniu (unikaniu) awarii składników systemów mechatronicznych: działania zapobiegaj
ą
ce awarii (ang.
Fail-safe) oraz tolerowanie bł
ę
dów przez redundancj
ę
.
Zasadniczy wpływ na projektowanie systemu mechatronicznego ma rodzaj mo
ż
liwych bł
ę
dów – charakterystyczny
przez posta
ć
, przebiegi czasowe i skutki. I tak bł
ę
dy mog
ą
mie
ć
posta
ć
systematyczn
ą
lub przypadkow
ą
(losow
ą
).
Natomiast w czasie wyst
ę
puj
ą
długotrwałe, przej
ś
ciowe, przypadkowe, pilne i krocz
ą
ce odchylenia. Wreszcie bł
ę
dy
mog
ą
si
ę
uwidacznia
ć
lokalnie lub globalnie. Je
ż
eli czysto mechaniczne układy wykazuj
ą
awarie w sposób nagły
lub wyst
ę
puj
ą
cy w długim okresie czasu wskutek przeci
ąż
enia, zm
ę
czenia lub korozji, to układy elektryczne
z wieloma składnikami maj
ą
najró
ż
norodniejsze rodzaje bł
ę
dów. Wspólne jest dla nich to,
ż
e cz
ęś
ciej ni
ż
w układach mechanicznych wyst
ę
puj
ą
w nich bł
ę
dy przypadkowe.
++
++
0
0
0
ró
ż
norodnie
+
++
+
0
0
dynamicznie
0
++
+
+
0
statycznie
+
++
+
+
0
redundancja
0
0
+
+
++
redukcja zu
ż
ycia
0
++
+
++
++
działania zapobiegawcze
+
0
+
++
++
piel
ę
gnacja
0
+
+
+
++
przewymiarowanie
oprogramowanie
elektroniczne/ sprz
ę
t
elektryczne
hydrauliczne
mechaniczne
Poprawa niezawodno
ś
ci
Składniki
++ - bardzo du
ż
y potencjał, + - du
ż
y potencjał, 0 – mały potencjał
Bł
ę
dy i niezawodno
ść
systemów mechatronicznych
13
Ró
ż
norodne systemy daj
ą
si
ę
porównywa
ć
przez opis poziomu awarii, ilo
ś
ci awarii w okresie czasu oraz liczb
ę
funkcjonuj
ą
cych elementów. Je
ż
eli składniki s
ą
poł
ą
czone szeregowo, to poziom ich bł
ę
dów si
ę
sumuje,
natomiast przy poł
ą
czeniu równoległym zmniejsza si
ę
. Aby zapewni
ć
mo
ż
liwo
ść
obliczania niezawodno
ś
ci
i bezpiecze
ń
stwa systemów zostały opracowane ró
ż
ne metody analizy. Wa
ż
niejsze z nich to:
■
wska
ź
niki niezawodno
ś
ci,
■
analiza drzewa przebiegu wyników i bł
ę
dów,
■
analiza mo
ż
liwo
ś
ci wyst
ą
pienia bł
ę
dów i ich skutków,
■
analiza zagro
ż
e
ń
,
■
klasyfikacja ryzyka.
Struktury toleruj
ą
ce bł
ę
dy najcz
ęś
ciej wykorzystuj
ą
redundancj
ę
(nadmiarowo
ść
). Jeden moduł jest uzupełniany
przez wiele modułów, najcz
ęś
ciej z równoległym poł
ą
czeniem. Redundantne moduły mog
ą
by
ć
jednakowe lub
ró
ż
norodne. W zasadzie w systemach z tolerancj
ą
bł
ę
dów mog
ą
by
ć
stosowane dwa rodzaje rozwi
ą
za
ń
:
statyczna i dynamiczna redundancja. Ta ostatnia wymaga mniej modułów i w wyniku tego powoduje mniejsze
koszty i ci
ęż
ar. Natomiast zwi
ę
kszaj
ą
si
ę
nakłady zwi
ą
zane z przetwarzaniem informacji. W minimalnej
konfiguracji jeden moduł pracuje, a drugi stanowi rezerw
ę
. Wymagane jest rozpoznanie bł
ę
du pracuj
ą
cego
modułu. Bł
ę
dy mog
ą
oczywi
ś
cie wyst
ą
pi
ć
równie
ż
w oprogramowaniu i dlatego te
ż
tutaj s
ą
opracowywane
podobne redundantne struktury.
Aby nadmiernie nie zwi
ę
ksza
ć
kosztów, wielko
ś
ci i ci
ęż
aru systemów mechatronicznych zwykle stosuje si
ę
kompromis pomi
ę
dzy tolerancj
ą
bł
ę
dów i liczb
ą
redundantnych składników. Mo
ż
na wyró
ż
ni
ć
trzy stopnie
degradacji systemu: awaria operacyjna (ang. fail-operational) – składnik przy jednym bł
ę
dzie jest zdolny do
pracy, bł
ą
d bezpieczny (ang. fail-safe) – składnik po wyst
ą
pieniu jednego lub kilku bł
ę
dów jest sprowadzany
automatycznie do okre
ś
lonego bezpiecznego stanu oraz wygaszenie bł
ę
du (ang. fail-silent) – składnik na
zewn
ą
trz zachowuje si
ę
jak bierny, bez oddziaływania na inne składniki. Rozpoznawanie bł
ę
dów opiera si
ę
na
pomiarze i ocenie sygnałów. Mo
ż
na wyró
ż
ni
ć
trzy klasy metod: nadzorowanie warto
ś
ci granicznej i sprawdzanie
istotno
ś
ci, a tak
ż
e metody oparte na modelu przebiegu sygnału oraz modelu procesu. Zaleca si
ę
stosowanie
kombinacji ró
ż
nych metod, aby skuteczniej rozpoznawa
ć
wiele bł
ę
dów.
Bł
ę
dy i niezawodno
ść
systemów mechatronicznych
Ryzyko resztkowe
Ryzyko resztkowe
Ryzyko
akceptowalne
Ryzyko
akceptowalne
Ryzyko bez
ś
rodków ochrony
Ryzyko bez
ś
rodków ochrony
Wymagane zmniejszenie ryzyka
Rzeczywiste zmniejszenie ryzyka
Rosn
ą
ce
ryzyko
Zmniejszenie ryzyka przez wszystkie
wewn
ę
trzne układy bezpiecze
ń
stwa
wewn
ę
trzne układy bezpiecze
ń
stwa
i
urz
ą
dzenia bezpiecze
ń
stwa
urz
ą
dzenia bezpiecze
ń
stwa jak równie
ż
działania zewn
ę
trzne
działania zewn
ę
trzne
Cz
ęść
ryzyka
wyeliminowana przez
zewn
ę
trzne
ś
rodki dla
zmniejszenia ryzyka
Cz
ęść
ryzyka
wyeliminowana przez
funkcjonalne układy
bezpiecze
ń
stwa
Ryzyko
wyeliminowane przez
konstrukcyjne
urz
ą
dzenia ochronne
i ostrze
ż
enia
Zmniejszanie ryzyka w systemie mechatronicznym
14
Bezpiecze
ń
stwo funkcjonalne wyrobów
Redukcj
ę
ryzyka zwi
ą
zanego z u
ż
ytkowaniem wyrobu (maszyny, urz
ą
dzenia)
mechatronicznego uzyskuje si
ę
dzi
ę
ki odpowiednim jego rozwi
ą
zaniom konstrukcyjnym
oraz
ś
rodkom technicznym.
Oddziaływania istotne dla bezpiecze
ń
stwa
małe
zagra
ż
aj
ą
ce
katastrofalne
ci
ęż
sze
Pr
a
w
d
o
p
o
d
o
b
ie
ń
s
tw
o
w
y
s
t
ą
p
ie
n
ia
zawsze
czasowo
małe
bardzo
małe
ekstremalnie
nieprawdopodobne
Potencjalne
Potencjalne
ryzyko
ryzyko
Ryzyko
Ryzyko
systemu
systemu
M
in
im
al
iz
ac
ja
z
a
po
m
oc
ą
ś
ro
dk
ów
te
ch
ni
cz
ny
ch
Analiza ryzyka
Wykazanie
bezpiecze
ń
stwa
Koncepcja
bezpiecze
ń
stwa
Stopie
ń
ochrony okre
ś
lony jest za pomoc
ą
nast
ę
puj
ą
cego kodu:
IP xx
Litery kodu (ang. International Protection)
Pierwsza charakterystyczna cyfra (stopie
ń
ochrony przed ciałami obcymi i dotykiem)
Druga charakterystyczna cyfra (stopie
ń
ochrony przed wod
ą
)
Pierwsza charakterystyczna cyfra oznacza,
ż
e:
- obudowa stwarza ochron
ę
dla osób przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci niebezpiecznych przez zapobieganie lub ograniczanie wchodzenia
cz
ęś
ci ludzkiego ciała lub przedmiotu trzymanego przez osob
ę
, a równocze
ś
nie
- obudowa stwarza ochron
ę
dla urz
ą
dzenia w niej znajduj
ą
cego si
ę
przed wchodzeniem obcych ciał. Je
ż
eli obudowie jest
przypisany okre
ś
lony stopie
ń
ochrony oznaczony pierwsz
ą
charakterystyczn
ą
cyfr
ą
, odpowiada ona równie
ż
wszystkim ni
ż
szym
stopniom ochrony. Stopnie ochrony osób przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci niebezpiecznych:
Próbnik dost
ę
pu o
ś
rednicy 1,0 mm nie mo
ż
e wchodzi
ć
.
Ochrona przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci
niebezpiecznych drutem
6
Próbnik dost
ę
pu o
ś
rednicy 1,0 mm nie mo
ż
e wchodzi
ć
.
Ochrona przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci
niebezpiecznych drutem
5
Próbnik dost
ę
pu o
ś
rednicy 1,0 mm nie mo
ż
e wchodzi
ć
.
Ochrona przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci
niebezpiecznych drutem
4
Próbnik dost
ę
pu o
ś
rednicy 2,5 mm nie mo
ż
e wchodzi
ć
.
Ochrona przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci
niebezpiecznych narz
ę
dziem
3
Przegubowy palec probierczy o
ś
rednicy 12 mm i długo
ś
ci 80 mm
powinien zachowa
ń
odpowiedni odst
ę
p od cz
ęś
ci niebezpiecznych.
Ochrona przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci
niebezpiecznych palcem
2
Próbnik dost
ę
pu, kula o
ś
rednicy 50 mm, powinna zachowa
ć
odpowiedni
odst
ę
p od cz
ęś
ci niebezpiecznych.
Ochrona przed dost
ę
pem do cz
ęś
ci
niebezpiecznych wierzchem dłoni
1
---
Bez ochrony
0
Okre
ś
lenie
Krótki opis stopnia ochrony
Pierwsza
cyfra kodu
IP xx
Stopnie ochrony zapewnianej przez obudowy
15
Pył nie mo
ż
e wnika
ć
.
Ochrona pyłoszczelna
6
Przedostanie si
ę
pyłu nie jest całkowicie wykluczone, ale pył
nie mo
ż
e wnika
ć
w takich ilo
ś
ciach, aby zakłóci
ć
prawidłowe
działanie aparatu, lub zmniejsza
ć
bezpiecze
ń
stwo.
Ochrona przed pyłem
5
Próbnik przedmiotowy, kula o
ś
rednicy 1,0 mm, nie mo
ż
e
wchodzi
ć
całkowicie (cała
ś
rednica próbnika nie mo
ż
e przej
ść
przez otwór w obudowie).
Ochrona przed obcymi ciałami
stałymi o
ś
rednicy 1,0 mm i
wi
ę
kszej
4
Próbnik przedmiotowy, kula o
ś
rednicy 2,5 mm, nie mo
ż
e
wchodzi
ć
całkowicie (cała
ś
rednica próbnika nie mo
ż
e przej
ść
przez otwór w obudowie).
Ochrona przed obcymi ciałami
stałymi o
ś
rednicy 2,5 mm i
wi
ę
kszej
3
Próbnik przedmiotowy, kula o
ś
rednicy 12,5 mm, nie mo
ż
e
wchodzi
ć
całkowicie (cała
ś
rednica próbnika nie mo
ż
e przej
ść
przez otwór w obudowie).
Ochrona przed obcymi ciałami
stałymi o
ś
rednicy 12,5 mm i
wi
ę
kszej
2
Próbnik przedmiotowy, kula o
ś
rednicy 50 mm, nie mo
ż
e
wchodzi
ć
całkowicie (cała
ś
rednica próbnika nie mo
ż
e przej
ść
przez otwór w obudowie).
Ochrona przed obcymi ciałami
stałymi o
ś
rednicy 50 mm i
wi
ę
kszej
1
---
Bez ochrony
0
Okre
ś
lenie
Krótki opis stopnia ochrony
Pierwsza
cyfra kodu
IP xx
Pierwsza cyfra charakterystyczna c.d.
Stopnie ochrony osób przed ciałami obcymi:
Stopnie ochrony zapewnianej przez obudowy c.d.
Stopnie ochrony zapewnianej przez obudowy cd.
Druga charakterystyczna cyfra oznacza stopie
ń
ochrony przed szkodliwymi skutkami wnikania wody do
chronionego urz
ą
dzenia. Próby dotycz
ą
ce drugiej charakterystycznej cyfry przeprowadza si
ę
słodk
ą
wod
ą
.
Ochrona mo
ż
e nie by
ć
dostateczna, je
ż
eli mycie przeprowadza si
ę
wod
ą
pod wysokim ci
ś
nieniem i/lub z
u
ż
yciem rozpuszczalników. Stopnie ochrony przed wod
ą
:
Obudowa ci
ą
gle zanurzona w wodzie, w warunkach uzgodnionych
mi
ę
dzy wytwórc
ą
i u
ż
ytkownikiem, lecz bardziej surowych ni
ż
według
cyfry 7, powinna uniemo
ż
liwia
ć
wnikanie takiej ilo
ś
ci wody, która
powodowałaby szkodliwe skutki.
Ochrona przed skutkami ci
ą
głego
zanurzenia w wodzie
8
Obudowa zanurzona krótkotrwale w wodzie, w znormalizowanych
warunkach dotycz
ą
cych ci
ś
nienia i czasu powinna uniemo
ż
liwia
ć
wnikanie takiej ilo
ś
ci wody, która powodowałaby szkodliwe skutki.
Ochrona przed skutkami
krótkotrwałego zanurzenia w wodzie
7
Woda lana siln
ą
strug
ą
na obudow
ę
z dowolnej strony nie wywołuje
szkodliwych skutków.
Ochrona przed siln
ą
strug
ą
wody
6
Woda lana strug
ą
na obudow
ę
z dowolnej strony nie wywołuje
szkodliwych skutków.
Ochrona przed strug
ą
wody
5
Woda rozbryzgiwana na obudow
ę
z dowolnego kierunku nie wywołuje
szkodliwych skutków.
Ochrona przed bryzgami wody
4
Woda natryskiwana pod dowolnym k
ą
tem do 60° od pionu z ka
ż
dej
strony nie wywołuje szkodliwych skutków.
Ochrona przed natryskiwaniem
wod
ą
3
Pionowo padaj
ą
ce krople wody przy wychyleniu obudowy o dowolny k
ą
t
do 15° od pionu w ka
ż
d
ą
stron
ę
nie wywołuj
ą
szkodliwych skutków.
Ochrona przed pionowo padaj
ą
cymi
kroplami wody przy wychyleniu
obudowy do 15°
2
Pionowo padaj
ą
ce krople wody nie wywołuj
ą
szkodliwych skutków.
Ochrona przed pionowo padaj
ą
cymi
kroplami wody
1
---
Bez ochrony
0
Okre
ś
lenie
Krótki opis stopnia ochrony
Druga cyfra
kodu IP xx
16
Kompatybilno
ść
elektromagnetyczna EMC
Urz
ą
dzenia elektryczne s
ą
kompatybilne elektromagnetycznie
kompatybilne elektromagnetycznie, je
ż
eli nie oddziałuj
ą
one w sposób
niedopuszczalny na otoczenie oraz pracuj
ą
bez zakłóce
ń
przy dopuszczalnym wpływie zewn
ę
trznych
pół elektromagnetycznych.
Wysokie napi
ę
cie
Pioruny
Kuchenka
mikrofalowa
Nadajniki
Urz
ą
dzenia
rentgenowskie
Lampy wyładowcze
Radiowe
LAN
Człowiek
Przewody danych
Przewody energetyczne
Tel. kom.
Urz
ą
dzenia
elektryczne
Siln. eleketr.
z komutat.
Wył
ą
czn., styczniki
Imp. zakł. w
przewodach
Prom. rentg.
Elektom. fale
radiowe
Pola elektr.
Pola magnet.
Kompatybilno
ść
elektromagnetyczna EMC
Wszystkie urz
ą
dzenia elektryczne ze wzgl
ę
du na płyn
ą
ce w nich pr
ą
dy i panuj
ą
ce napi
ę
cia maj
ą
wpływ
na swoje otoczenie. Pr
ą
dy elektryczne powoduj
ą
powstawanie pół magnetycznych, a napi
ę
cia
powoduj
ą
pola elektryczne. Je
ż
eli pola magnetyczne zamieniaj
ą
si
ę
z polami elektrycznymi przez
wymian
ę
energii, to powstaj
ą
rozprzestrzeniaj
ą
ce si
ę
fale elektromagnetyczne. Wyładowania iskrowe
tak
ż
e powoduj
ą
fale elektromagnetyczne, a ponadto mog
ą
powodowa
ć
reakcje mechaniczne,
termiczne i chemiczne. Wreszcie pr
ą
dy elektryczne przez sieci zasilania mog
ą
powodowa
ć
zakłócenia.
Unikanie zakłóce
ń
Szczególnie silnymi
ź
ródłami zakłóce
ń
s
ą
:
wszystkie urz
ą
dzenia elektryczne z tworzeniem iskrzenia, np. wył
ą
czniki, styczniki, silniki
z kolektorami,
naturalne (pioruny) i sztuczne wyładowania jak równie
ż
wyładowania elektrostatyczne,
instalacje nadawcze, urz
ą
dzenia radarowe,
tworzenie mikrofal,
przewody wysokiego napi
ę
cia,
elektronicznie taktowane nastawniki.
Za pomoc
ą
ś
rodków odkłócaj
ą
cych zakłócenia wyładowcze unika si
ę
tworzenia iskier. Odbywa si
ę
to
m.in. za pomoc
ą
diód i członów RC.Tworzenia si
ę
wyładowa
ń
elektrostatycznych mo
ż
na unikn
ąć
przez zastosowanie materiałów przewodz
ą
cych i ich uziemianie. Rozprzestrzeniania si
ę
pól
magnetycznych mo
ż
na unikn
ąć
przez ekranowanie za pomoc
ą
metali i materiałów o dobrych
własno
ś
ciach magnetycznych, np.
ż
elazo, stal. Kable umieszcza si
ę
w rurkach stalowych lub okrywa
si
ę
stalowym oplotem. Urz
ą
dzenia zał
ą
czaj
ą
ce umieszcza si
ę
u dołu w stalowych szafach. Przewody
s
ą
skr
ę
cane. Dzi
ę
ki temu uzyskuje si
ę
wzajemnie działaj
ą
ce pola, które si
ę
znosz
ą
.
17
Kompatybilno
ść
elektromagnetyczna EMC
Uziemienie
(masa)
Pojemno
ś
ci
paso
ż
ytnicze
Serwo-silnik AC
Ekran
Układ
tranzystorowy
Obudowa
metalowa
Zakłócenia powodowane przez prostowniki i nastawniki
Szybkie wył
ą
czanie nowoczesnych półprzewodników mocy prowadzi do powstawania bardzo wysokich
składowych napi
ęć
i tym samym do sygnałów zakłócaj
ą
cych przez paso
ż
ytnicze, tzn. niepo
żą
dane pojemno
ś
ci.
Takie pojemno
ś
ciowe odgał
ę
zienia pr
ą
du nast
ę
puj
ą
np. z tranzystorów zał
ą
czaj
ą
cych do powierzchni mas lub
z uzwoje
ń
silników do ich obudowy
Pojemno
ś
ci paso
ż
ytnicze
Mog
ą
powstawa
ć
pola elektromagnetyczne do
cz
ę
stotliwo
ś
ci 1 GHz. Dla zapewnienia kompatybilno
ś
ci
elektromagnetycznej EMC umieszcza si
ę
wszystkie
przewody przewodz
ą
ce pr
ą
d elektryczny z ekranem
wzdłu
ż
powierzchni mas lub przewodów mas, aby
uzyska
ć
mo
ż
liwie małe odbicia fal elektromagnetycznych.
Ekrany przył
ą
cza si
ę
obustronnie do masy z du
żą
powierzchni
ą
styku, ekran prowadzi si
ę
bezpo
ś
rednio do
przył
ą
cza prostownika.
Ochrona przed zakłóceniami
Pola elekromagnetyczne ekranuje si
ę
za pomoc
ą
metalowych obudów (klatka Faraday’a).
Pola elektromagnetyczne mo
ż
na ekranowa
ć
za pomoc
ą
metalowych obudów, a tak
ż
e za pomoc
ą
szkła
ołowiowego, np. w urz
ą
dzeniach mikrofalowych i aparaturze rentgenowskiej. Zmienne pola magnetyczne przez
sprz
ęż
enia indukcyjne prowadz
ą
do zakłóce
ń
napi
ę
ciowych. Takich sprz
ęż
e
ń
indukcyjnych unika si
ę
przez
skr
ę
cenie przewodów. Wtedy indukowane w przewodach napi
ę
cia wzajemnie si
ę
znosz
ą
.
Oddziaływa
ń
pojemno
ś
ciowych unika si
ę
wówczas, gdy przewody nie s
ą
poło
ż
one równolegle do przewodów
zakłócaj
ą
cych, lub gdy zastosuje si
ę
metalowe ekranowanie (tak
ż
e klatka Faraday’a) z uziemionym ekranem.
Urz
ą
dzenia chroni si
ę
przed falami elektromagnetycznymi przez dobrze przewodz
ą
ce ekrany wzgl. powierzchnie
obudów. Zakłóce
ń
przez sie
ć
zasilaj
ą
c
ą
unika si
ę
przez stosowanie filtrów sieciowych, a tak
ż
e stosowanie
ochrony przepi
ę
ciowej.
Od 1.07.2006 r. weszła w
ż
ycie dyrektywa ograniczaj
ą
ca stosowanie substancji szkodliwych RoHS
(ang. Restriction of use of certain Hazardous Substances) Unii Europejskiej dotycz
ą
ca ochrony
ś
rodowiska
naturalnego. Zakazuje ona stosowania w produktach elektrycznych i elektronicznych sze
ś
ciu substancji
niebezpiecznych (powy
ż
ej dopuszczalnych maksymalnych warto
ś
ci), takich jak: rt
ęć
, kadm, o
ł
ów,
6-warto
ś
ciowy chrom,
ś
rodki ochrony przed p
ł
omieniami PBB oraz PBDE.
Dyrektywa RoHS wywodzi si
ę
bezpo
ś
rednio z innej dyrektywy Unijnej WEEE (ang. Waste from Electrical
and Electronic Equipment), tzw. dyrektywy odpadowej i jest z ni
ą ś
ci
ś
le powi
ą
zana. Obie dyrektywy maj
ą
na
celu ograniczenie odpadów produktów elektrycznych i elektronicznych przy wyeliminowaniu ryzyka
zanieczyszczenia
ś
rodowiska naturalnego w tym zakresie. Dopuszcza si
ę
maksymalne st
ęż
enie 0,1%
wagowo materia
ł
u jednorodnego dla ka
ż
dej substancji, z wyj
ą
tkiem kadmu, dla którego warto
ść
ta wynosi
0,01%. Przy czym st
ęż
enia te nie odnosz
ą
si
ę
do wagi ko
ń
cowego produktu czy pojedynczego elementu,
a jedynie do wagi materia
ł
u jednorodnego – jednorodnej substancji, któr
ą
teoretycznie mo
ż
na mechanicznie
oddzieli
ć
od innych substancji.
RoHS obejmuje takie grupy produktów, jak: wielkogabarytowe urz
ą
dzenia gospodarstwa domowego,
ma
ł
ogabarytowe urz
ą
dzenia gospodarstwa domowego, sprz
ę
t IT i telekomunikacyjny, urz
ą
dzenia
konsumenckie, sprz
ę
t o
ś
wietleniowy, przyrz
ą
dy elektryczne i elektroniczne (z wyj
ą
tkiem
wielkogabarytowych, stacjonarnych przyrz
ą
dów przemys
ł
owych), zabawki, sprz
ę
t rekreacyjny i sportowy,
automaty.
Po 1 lipca 2006 r. ka
ż
dy ko
ń
cowy produkt, obj
ę
ty Dyrektyw
ą
i wprowadzony na rynek Europejski musi
spe
ł
nia
ć
wymagania dyrektywy RoHS. Dotyczy to produktów importowanych na teren Unii Europejskiej oraz
produktów przeznaczonych do sprzeda
ż
y, wyprodukowanych na terenie Unii. Swoim zakresem RoHS
obejmuje gotowe produkty, nie dotyczy za
ś
elementów i pó
ł
produktów sk
ł
adaj
ą
cych si
ę
na gotowy wyrób.
W praktyce producenci b
ę
d
ą
jednak potrzebowali elementów sk
ł
adowych zgodnych z dyrektyw
ą
RoHS, aby
sam ko
ń
cowy wyrób spe
ł
nia
ł
wymagania Dyrektywy.
Nad prawid
ł
owym wprowadzaniem w
ż
ycie dyrektywy RoHS czuwa organ wykonawczy, który mo
ż
e podj
ąć
kroki niezb
ę
dne do ustalenia poprawno
ś
ci spe
ł
nienia wymaga
ń
Dyrektywy przez producentów. Wszelkie
niezgodno
ś
ci mog
ą
doprowadzi
ć
do na
ł
o
ż
enia kar jak i do ca
ł
kowitego wycofania produktu z rynku Unijnego.
Dyrektywa RoHS