Rodzaje urządzeń sterowniczych i ich dobór do różnych typów zadań.
Wstęp
Urządzenia sterownicze służą umożliwieniu człowiekowi kontroli nad obiektem technicznym, którego pracą kieruje. Najistotniejsze jest, zatem umożliwienie operatorowi wykonywanie swoich zadań w sposób możliwie najbardziej sprawny, bezpieczny i poprawny. Urządzenia sterownicze jako pośrednik pomiędzy człowiekiem a maszyną powinny być tak konstruowane, aby zapewnić występowanie maksimum pożądanych, z punktu widzenia ergonomii, cech.
Efektywność pracy operatora obiektu pracy przekłada się w bezpośredni sposób na efektywność pracy obiektu. Wiele badań nad uzyskaniem możliwie najkorzystniejszych efektów projektowania urządzeń sterowniczych umożliwiło sformułowanie kilkunastu ogólnych zasad dotyczących projektowania. Oto kilka z nich:
Urządzenia sterownicze powinny mieć kształt zgodny z funkcją, jak również z danymi antropometrycznymi.
Ich użytkowanie musi być wygodne i nie może powodować deformacji ręki.
Materiał użyty do wykonania części chwytowej powinien być dostosowany do wymagań higienicznych i przyjemny w dotyku.
Elementy sterowania powinny być łatwo dostępne we wszystkich położeniach.
Elementy sterowania powinny znajdować się z optymalnym zasięgu ręki i nie powodować wymuszonej postawy operatora.
Rozmieszczenie elementów sterujących powinno być takie, aby przy sterowaniu wzajemnie sobie nie przeszkadzały, nie powodowały zranienia operatora, uniemożliwiały przypadkowe ich włączenie.
Urządzenia sterownicze powinny być łatwo rozpoznawalne.
Kierunek ruchu elementu sterowania powinien być zgodny z kierunkiem, jaki chcemy spowodować.
Bardzo istotną cechę, jaką jest łatwość rozróżniania, elementy sterowania mogą osiągać na podstawie następujących cech charakterystycznych:
kształt,
rozmiar,
położenie,
kolor.
Rodzaje urządzeń i ich charakterystyka
Wśród różnych typów urządzeń sterowniczych możemy ogólnie wyróżnić urządzenia „klasyczne” - pulpity sterownicze, tablice rozdzielcze itp. oraz urządzania z wykorzystaniem zobrazowania na ekranie monitora. Ograniczę się jednakże jedynie do urządzeń sterowniczych „klasycznych”.
Do podstawowych rodzajów urządzeń sterowniczych zalicza się:
przyciski ręczne,
przyciski nożne,
przełączniki obrotowe,
wyłączniki uchylne,
gałki obrotowe,
dźwignie (drążki),
korby,
kierownice,
oraz:
pedały.
Przyciski ręczne stanowią grupę najczęściej stosowanych urządzeń sterowniczych. Do głównych zalet tego rodzaj urządzeń można zaliczyć małą zajętość miejsca, niewielką siłę konieczną do ich przełączania, szybkość przełączania. Dodatkowym atutem jest możliwość przełączania grupowego kilku przycisków. Przyciski ręczne mogą być łatwo rozróżniane dzięki stosowaniu różnych kolorów i kształtów elementów manipulacyjnych. Ułatwienie stanowi także łatwość grupowania na tablicy rozdzielczej lub szeregowania, zgodnie z logiką sterowania obiektem technicznym.
Niestety przyciski ręczne nie są pozbawione wad. Małe gabaryty mogą zwiększać ryzyko przypadkowego przełączenia, a także stanowią utrudnienie w ocenie stanu przełącznika.
Zachowanie kilku podstawowych zasad pozwala na najefektywniejsze stosowanie przycisków ręcznych. Dla uniknięcia ześlizgnięcia palców z powierzchni czołowej należy stosować rowkowanie. Operator powinien być informowany o zmianie stanu przycisku za pomocą poprzez sygnał dźwiękowy lub nagłą zmianę obciążenia. Ochrona przed niezamierzoną zmianą stanu przycisku może być zapewniona przez osłonkę wokół przycisku.
Kolejną grupą urządzeń sterowniczych są przyciski nożne. Przyciski uruchamiane stopą pozwalają na odciążenie rąk operatora. Tę zaletę wykorzystuje się np. w kolejowych pojazdach trakcyjnych, gdzie przycisk ręczny urządzenia samoczynnego hamowania pociągu (SHP) jest zwielokrotniony przyciskiem nożny; dzięki takiemu rozwiązaniu maszynista może np. nie przerywać czynności związanych z rozruchem pojazdu (sterowanie nastawnikiem jazdy wymaga użycia obu rąk). Kolejną zaletą jest możliwość użycia przycisku w sposób niewidoczny. Ta korzyść jest często wykorzystywana w systemach alarmowych, pozwalając na niezauważone uruchomienie alarmu napadowego.
Mimo dwóch istotnych zalet, stosowanie przycisków nożnych jest mocno ograniczone. Związane jest to z faktem, iż operator zwykle nie może kontrolować ich stanu, gdyż są umieszczone poza jego polem widzenia. Ze względu na rozmiary stopy przyciski wymagają dużej przestrzeni. Istotnym problemem jest też identyfikacja przycisku, stopa w obuwiu nie ma, bowiem zdolności rozpoznawania kształtu. Znacznie większe, niż w przypadku przycisków ręcznych, jest też ryzyko przypadkowego uruchomienia.
Przełączniki obrotowe znajdują głównie zastosowanie w przypadku sterowania selektywnego. Ze względu na konstrukcję elementu obracanego można wyróżnić dwa ich rodzaje: strzałkowe oraz gałkowe. Przełączniki strzałkowe wskazują wybraną nastawę na nieruchomiej skali za pomocą grotu strzałki, natomiast gałkowe mają ruchomą skalę i nieruchomy wskaźnik.
Ustawianie rękojeści w pozycjach nie przekraczających zakresu pełnego obrotu pozwala na uzyskanie małej podatności na przypadkowe uruchomienie. Podobnie jak przyciski ręczne, przełączniki obrotowe zajmują mało miejsca. Wadą tego rodzaju urządzeń sterowniczych jest dłuższy czas zadziałania.
Do najistotniejszych zalet wyłączników uchylnych należą: zajmowanie ograniczonej przestrzeni, możliwość jednoczesnego wyłączania lub włączana kilku blisko usytuowanych przełączników (stosowane np. w lokomotywach do sterowania pracą przetwornic - zapewnia możliwość jednoczesnego wyłączenia obu maszyn). Tego rodzaju urządzenia zapewniają dobrą możliwość oceny wzrokowej i dotykowej stanu.
Niestety wyłączniki uchylne są bardzo podatne na przypadkowe przełączenia. Dla zminimalizowania tego problemu należy stosować dużą amplitudę ruch.
Gałki obrotowe stosowane są do sterowania ciągłego, ale tylko w operacjach nie wymagających dużej liczby obrotów ani dużych sił. Sterowanie za pomocą gałki może odbywać się w dwojaki sposób: bezpośrednie nastawieni gałką żądanej wartości lub też ustawianie gałką innego elementu (np. wskaźnika na podziałce).
Podstawową zaletą gałek obrotowych jest łatwość ich rozpoznawania dzięki zróżnicowaniu kolorów, kształtów i rozmieszczenia. W przypadkach, gdy nie występuje konieczność wykonywania więcej niż jednego pełnego obrotu istnieje możliwość wzrokowej oceny położenia.
Zasadniczą wadą gałek obrotowych jest wymagana duża ilość miejsca do swobodnej manipulacji.
Dźwignie pozwalają na przenoszenie dużych momentów sił na elementy sterowane (wykorzystywane np. w mechanicznych urządzeniach srk). Pozwalają wzrokowo, w sposób pewny i jednoznaczny, rozróżniać stany. Dodatkową zaletą jest możliwość stosowania uchwytów rozróżniających dźwignie.
Wśród wad znajdują się z pewnością: możliwość przypadkowego przestawienia mniejszych dźwigni, wymagana duża ilość miejsca dla działanie urządzenia.
Korby, podobnie jak dźwignie, pozwalają na przenoszenie znacznych momentów sił, ale są znacznie szybsze. Konstrukcja korby nie wprowadza ograniczenia na liczbę obrotów, dzięki czemu pozwala na swobodne manipulowanie. Stosownie do wymagań można stosować korby o małej średnicy do szybkiego nastawiania z małą siłą lub o dużej średnicy do nastawiania z dużą siłą.
Kierownice pozwalają na sterowanie oburącz, dzięki czemu możliwe jest uzyskanie dużej precyzji nastawiania nawet przy większych siłach. Kierownice stosowane są np. w lokomotywach jako nastawniki jazdy.
Ostatnią grupą urządzeń sterowniczych są pedały. Służą one do sterowania nożnego. Podobnie jak przyciski nożne mogą odciążać pracę rąk; są także stosowane w przypadkach wymagających użycia znacznych sił.
Zasadnicze wady to trudność w kontrolowaniu pozycji i rozmieszczenia.
Dobór urządzeń do typów zadań
W zależności od typu wykonywanego zadania należy stosować określone urządzenia sterownicze zapewniające możliwie najlepszą realizacją procesu sterowania, bark błędnych i przypadkowych wysterowań, małe obciążenie operatora. Wg. C. H. Morgana w ogólnym przypadku najkorzystniej jest stosować:
Dla sił dużych:
Przy 2 pozycjach - przycisk ręczny lub nożny, dźwignię;
Przy 3 - 24 pozycjach - dźwignia z zapadką;
Przy regulacji ciągłej o małej amplitudzie zmian - kierownica, pedał obrotowy, dźwignia;
Przy regulacji ciągłej o dużej amplitudzie zmian - duża korba.
Dla sił małych:
Przy 2 pozycjach - przycisk ręczny lub nożny, wyłącznik kolankowy;
Przy 3 pozycjach - wyłącznik kolankowy, seledyny wyłącznik pokrętny;
Przy 4 - 24 pozycjach - selektywne wyłączniki pokrętne;
Przy regulacji ciągłej o małej amplitudzie zmian - gałka, dźwignia;
Przy regulacji ciągłej o dużej amplitudzie zmian - korba.
Literatura
[1] Górska Ewa: Ergonomia. WPW, Warszawa 2002.
[2] Tytyk Edwin: Projektowanie ergonomiczne. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa - Poznań 2001.
Górska E. „Ergonomia” s. 160, 161.
wg. Tytyk E. „Projektowanie ergonomiczne” s.175-181.
Maciej Kaczorek, LTK
17.05.2007
6