Maty bezpieczeństwa – jak je stosować?

Maty bezpieczeństwa to jeden z technicznych środków ochronnych stosowanych w systemach bezpieczeństwa maszyn. Artykuł ten wyjaśnia, czym dokładnie są maty bezpieczeństwa, jak funkcjonują oraz w jakich sytuacjach można (i należy) je stosować. Omówimy również kontekst analizy ryzyka zgodnie z normą PN-EN ISO 12100, podkreślając, że maty bezpieczeństwa powinny być traktowane jako środek ochrony ostateczny, stosowany tylko przy braku innych możliwości zabezpieczenia. Przyjrzymy się wymaganiom projektowym – od uwzględnienia czasu dobiegu maszyny według PN-EN ISO 13855 po konieczność osiągnięcia odpowiednich poziomów bezpieczeństwa PL (Performance Level, PN-EN ISO 13849) lub SIL (Safety Integrity Level, IEC 62061). Na koniec podkreślamy, dlaczego nie wolno instalować mat „na oko” – bez precyzyjnych obliczeń i zgodności z normami – gdyż grozi to poważnymi konsekwencjami funkcjonalnymi i prawnymi.

Czym są maty bezpieczeństwa i jak działają?

Maty bezpieczeństwa to urządzenia czułe na nacisk stosowane w celu wykrywania obecności osób na określonej powierzchni w otoczeniu maszyny. Działają one jak duże przyciski bezpieczeństwa w formie podłogowej – nacisk wywierany przez człowieka (lub inny obiekt) na matę powoduje zmianę sygnału elektrycznego, która informuje układ sterowania o czyjejś obecności​. Innymi słowy, gdy operator wejdzie na matę, zostaje wygenerowany sygnał bezpieczeństwa wyzwalający natychmiastowe zatrzymanie niebezpiecznego ruchu maszyny lub uruchomienie alarmu (uruchamia odpowiednią funkcję bezpieczeństa.

Maty bezpieczeństwa zbudowane są zwykle z dwóch warstw przewodzących oddzielonych przekładką izolującą. Taka konstrukcja sprawia, że aktywowana mata (nadepnięcie na nią) powoduje zetknięcie się tych warstw i zamknięcie obwodu elektrycznego. Sygnał ten jest przekazywany do specjalnego modułu przekaźnikowego bezpieczeństwa (kontrolera bezpieczeństwa), który bezzwłocznie zatrzymuje ruch maszyny​. Dzięki temu maty tworzą wirtualną strefę detekcji – płaską powierzchnię, której naruszenie (wejście osoby) inicjuje funkcję bezpieczeństwa zatrzymującą pracę urządzenia​. W praktyce kompletny system składa się z samej maty oraz współpracującego z nią modułu bezpieczeństwa; dopiero taki zestaw stanowi funkcjonalny układ wykrywający obecność operatora i reagujący na zagrożenie.

Gdzie i kiedy stosować maty bezpieczeństwa – analiza ryzyka wg ISO 12100

Decyzja o zastosowaniu mat bezpieczeństwa powinna wynikać z analizy ryzyka przeprowadzonej zgodnie z normą PN-EN ISO 12100 (Bezpieczeństwo maszyn – Ogólne zasady projektowania – Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka). Norma ta zaleca, by projektując system bezpieczeństwa maszyny, w pierwszej kolejności wyeliminować zagrożenia u źródła (poprzez odpowiednie rozwiązania konstrukcyjne). Jeżeli jednak eliminacja danego zagrożenia nie jest możliwa, przechodzi się do kolejnych etapów redukcji ryzyka​. W drugim etapie stosuje się środki techniczne ochronne – takie jak osłony stałe, osłony ruchome blokowane, czy inne urządzenia ochronne – w celu odgrodzenia lub zminimalizowania dostępu do stref niebezpiecznych​.

Maty bezpieczeństwa zaliczają się do urządzeń ochronnych (innych niż osłony) i mogą pełnić rolę jednego z takich środków ochronnych. Ich szczególne zastosowanie ma sens zwłaszcza wtedy, gdy inne sposoby zabezpieczenia okazują się niewykonalne lub niewystarczające. Maty mogą być stosowane jako podstawowe zabezpieczenie tam, gdzie użycie innych urządzeń ochronnych jest niemożliwe lub niepraktyczne​. Przykładowo, jeśli nie da się zastosować osłony stałej (np. ogrodzenia) czy kurtyny świetlnej, bo operator musi mieć swobodny dostęp do obszaru pracy, mata bezpieczeństwa może stanowić rozwiązanie problemu. Maty bywają również używane jako zabezpieczenie uzupełniające – np. w połączeniu z ogrodzeniem (gdy istnieje ryzyko obejścia ogrodzenia) lub z kurtynami bezpieczeństwa, aby dodatkowo kontrolować strefę podłogi​.

Należy jednak pamiętać, że maty bezpieczeństwa są środkiem ochrony ostatecznym. Wynika to z ich charakteru działania – w odróżnieniu od fizycznych osłon, które uniemożliwiają dostęp do strefy zagrożenia, mata dopuszcza wejście człowieka w niebezpieczny obszar i dopiero wtedy wymusza usunięcie zagrożenia (zatrzymuje ruch)​. Mówiąc obrazowo: osłona zapobiega kontaktowi z niebezpiecznym elementem, natomiast mata najpierw pozwala wejść operatorowi w strefę, a następnie musi bardzo szybko zareagować, by powstrzymać maszynę zanim dojdzie do wypadku​. Z tego powodu zastosowanie mat musi być uzasadnione – powinno się na nie decydować tylko wtedy, gdy nie istnieje lepsza metoda ochrony (np. nie ma możliwości eliminacji zagrożenia ani zainstalowania skutecznej osłony). Analiza ryzyka wg ISO 12100 powinna wykazać, że wszystkie środki poprzedzające (projektowe i organizacyjne) zostały wyczerpane, a mata jest konieczna do dalszego zredukowania ryzyka do akceptowalnego poziomu.

Dobieg maszyny i odległość bezpieczeństwa – wymagania ISO 13855

Jeśli z analizy ryzyka wynika konieczność zastosowania maty bezpieczeństwa, kluczowym zagadnieniem projektowym jest właściwe rozmieszczenie tej maty względem strefy niebezpiecznej. Nie wystarczy po prostu położyć maty „gdzie wygodnie” – trzeba zapewnić, by maszyna zdążyła się zatrzymać zanim operator, który wszedł na matę, dotrze do niebezpiecznego elementu maszyny. Innymi słowy, odległość bezpieczeństwa między matą a zagrożeniem musi uwzględniać czas dobiegu (wybiegu) maszyny oraz czas reakcji całego układu. Normy podają jasno, jak to obliczyć: PN-EN ISO 13855 (Bezpieczeństwo maszyn – Pozycjonowanie urządzeń ochronnych ze względu na prędkości zbliżania się części ciała ludzkiego) zawiera wzory pozwalające wyznaczyć minimalny odstęp maty od strefy zagrożenia​.

Zgodnie z ISO 13855 minimalna odległość S powinna być obliczana na podstawie sumy czasu reakcji systemu bezpieczeństwa (T1 – obejmującego m.in. czas wykrycia nacisku przez matę i zadziałania modułu bezpieczeństwa) oraz czasu zatrzymania maszyny (T2), przemnożonej przez odpowiednią stałą prędkości zbliżania się człowieka. Dla podejścia osoby pieszo przyjmuje się zazwyczaj stałą K = 1600 mm/s, co odpowiada średniej prędkości chodzenia​. Uwzględnia się również pewną dodaną stałą odległość (np. 1200 mm) zależną od wysokości detekcji, choć w przypadku mat podłogowych ta składowa bywa stała (mata jest na podłodze, więc wysokość H≈0)​. W rezultacie typowy wzór na odstęp bezpieczeństwa wygląda następująco:

S = 1600 [mm/s] × (T1 + T2) + 1200 [mm]

Powyższe równanie (przykładowo zaczerpnięte z normy) oznacza, że im dłużej maszyna hamuje lub im dłuższy jest czas reakcji układu, tym dalej od niej musi być umieszczona mata bezpieczeństwa. Projektant systemu musi więc znać czasy reakcji – zarówno samej maty (oraz modułu bezpieczeństwa), jak i maszyny. Czas zatrzymania maszyny (dobieg) powinien zostać obliczony a następnie zmierzony dla najgorszego przypadku. Następnie na podstawie normatywnego wzoru wylicza się minimalną odległość S. Tylko wtedy mamy pewność, że gdy operator wejdzie na matę, nie zdąży on fizycznie dojść do strefy niebezpiecznej zanim maszyna całkowicie się zatrzyma. Warto podkreślić, że nieprzestrzeganie tych wytycznych może mieć tragiczne skutki – jeśli mata zostanie ułożona zbyt blisko zagrożenia (bez właściwego uwzględnienia dobiegu), maszyna może nie wyhamować na czas.

Poziomy bezpieczeństwa PL i SIL – wymagania ISO 13849-1 oraz IEC 62061

Sama obecność maty bezpieczeństwa nie gwarantuje jeszcze, że system ochronny będzie wystarczająco niezawodny. Maty są elementem szerszego układu sterowania związanego z bezpieczeństwem – obejmującego czujnik (matę), moduł logiczny (przekaźnik bezpieczeństwa lub sterownik) oraz elementy wykonawcze zatrzymujące maszynę. Cały ten łańcuch musi spełniać określony poziom zapewnienia bezpieczeństwa, odpowiedni do wymaganego zmniejszenia ryzyka. Normy PN-EN ISO 13849-1 (Bezpieczeństwo maszyn – Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem – Część 1: Ogólne zasady projektowania) oraz IEC 62061 (Bezpieczeństwo funkcjonalne maszyn – elektryczne, elektroniczne i programowalne elektroniczne systemy sterowania związane z bezpieczeństwem) definiują, jak klasyfikować i weryfikować takie systemy pod kątem niezawodności. W praktyce używa się w tym celu parametrów PL (Performance Level, poziom zdolności do wykonywania funkcji bezpieczeństwa) według ISO 13849-1 lub SIL (Safety Integrity Level, poziom nienaruszalności bezpieczeństwa) według IEC 62061.

Poziom PL określany jest literowo od a (najniższy) do e (najwyższy), natomiast SIL numerycznie od 1 do 3 (lub 4, zależnie od standardu – w maszynach maksymalnie SIL 3). Wymagany poziom zależy od oceny ryzyka – im wyższe ryzyko (częstotliwość narażenia, możliwość ominięcia zabezpieczenia, ciężkość potencjalnych obrażeń), tym wyższy wymagany PL lub SIL dla funkcji bezpieczeństwa. Dla maty bezpieczeństwa oznacza to, że np. przy bardzo niebezpiecznej maszynie może być konieczne zaprojektowanie układu tak, by osiągał PL d lub PL e (odpowiednik SIL 2/SIL 3). Aby uzyskać tak wysoki poziom, niezbędne jest spełnienie szeregu wymagań: mata musi mieć odpowiednią strukturę wewnętrzną (np. dwa redundantne tory sygnałowe), moduł bezpieczeństwa powinien monitorować jej obwody (wykrywać uszkodzenia, np. przerwanie przewodu czy zwarcie styków), a całość musi być odporna na pojedyncze uszkodzenie (kategorię 3 lub 4 wg ISO 13849-1). Projektant odpowiada za dobór komponentów i architektury układu sterowania tak, aby osiągnąć wymagany poziom niezawodności.

Warto zaznaczyć, że samo istnienie norm nie narzuca z góry konkretnego PL lub SIL dla maty – to projektant maszyny w ramach analizy ryzyka określają wymagany poziom zabezpieczenia. Następnie muszą oni zaprojektować i ocenić cały system bezpieczeństwa zgodnie z odpowiednimi normami, by upewnić się, że ten poziom został osiągnięty​. Innymi słowy, jeśli analiza wykaże potrzebę PL d, to mata wraz z układem sterowania musi być tak skonfigurowana i połączona, aby faktycznie spełniać kryteria PL d (np. mieć dwa kanały, diagnostykę, odpowiednią niezawodność elementów, wymagane wartości MTTFd, DC, etc.). Analogicznie, dla SIL – system musi przejść proces oceny (np. za pomocą wytycznych IEC 62061), uwzględniający prawdopodobieństwo uszkodzeń niebezpiecznych na godzinę i inne czynniki wpływające na poziom SIL.

Nie stosuj mat bezpieczeństwa „na oko” – konsekwencje błędów projektowych

Podczas projektowania systemów z matami bezpieczeństwa (podobnie jak z czujnikami bezpieczeństwa) absolutnie nie można pozwolić sobie na działania „na oko” – każdy aspekt musi być poparty obliczeniami i odniesieniem do norm. Intuicyjne lub przypadkowe rozmieszczenie mat, bez sprawdzenia czasu dobiegu i minimalnych odległości, grozi pozostawieniem niechronionych luk w systemie bezpieczeństwa. Podobnie, lekceważenie wymagań PL/SIL (np. podłączenie maty byle jak, bez odpowiedniego przekaźnika bezpieczeństwa czy bez analizy niezawodności) może skutkować tym, że układ nie zadziała wtedy, gdy będzie naprawdę potrzebny. Konsekwencje takich zaniedbań są dwojakie:

• Konsekwencje funkcjonalne (bezpieczeństwa) – źle zaprojektowane zabezpieczenie może nie zadziałać na czas lub zawieść w sytuacji awaryjnej. W najgorszym wypadku oznacza to narażenie życia lub zdrowia operatorów, mimo pozornego wyposażenia maszyny w maty. Przykładowo, jeśli mata zostanie umieszczona zbyt blisko ruchomego mechanizmu, operator może zostać uderzony zanim maszyna wyhamuje. Jeśli zaś układ sterowania nie osiąga wymaganego poziomu niezawodności, istnieje ryzyko, że pojedyncza awaria (np. zklejenie stycznika, przerwany przewód) sprawi, iż mata nie wyłączy maszyny przy następnym wejściu operatora na strefę – co może doprowadzić do wypadku.
• Konsekwencje normatywne i prawne – niezapewnienie zgodności z wymaganiami norm (ISO 13855, ISO 13849, IEC 62061, itd.) oznacza, że maszyna nie spełnia zasadniczych wymagań bezpieczeństwa przewidzianych prawem. W Unii Europejskiej maszyna taka nie powinna otrzymać oznakowania CE ani być wprowadzona do obrotu, a jeśli już pracuje, to jej użytkowanie jest niezgodne z przepisami. W razie wypadku inspekcja lub prokuratura może wykazać zaniedbania w postaci odstępstwa od normatywnych wytycznych – co pociąga za sobą odpowiedzialność prawną projektanta, dostawcy lub pracodawcy. Innymi słowy, użycie mat bezpieczeństwa bez rygorystycznego trzymania się norm może skutkować nie tylko zagrożeniem bezpieczeństwa, ale i konsekwencjami prawnymi (np. sankcjami, roszczeniami odszkodowawczymi).

Podsumowując, maty bezpieczeństwa są wartościowym elementem systemu zabezpieczeń maszyny, ale tylko wtedy, gdy ich zastosowanie zostanie gruntownie przemyślane i poparte analizą. Należy traktować je jako ostatnią linię obrony – stosować świadomie, poprawnie obliczyć ich rozmieszczenie i zapewnić odpowiedni poziom bezpieczeństwa funkcjonalnego. W następnej tabeli zebrano kluczowe normy omawiane w artykule oraz zakres ich wymagań:

Porównanie wymagań normatywnych

Norma	Wymaganie	Zakres
ISO 12100	Ocena ryzyka	Metodyka identyfikacji zagrożeń, oceny i redukcji ryzyka (hierarchia środków – eliminacja, zabezpieczenia, informowanie)
ISO 13855	Dobiegi	Wytyczne obliczania czasu reakcji i odległości bezpieczeństwa w zależności od prędkości podejścia człowieka do zagrożenia
ISO 13849	Poziom PL	Określanie Performance Level dla funkcji bezpieczeństwa – wymagana niezawodność elementów i architektura układu sterowania (od PL a do PL e)
IEC 62061	Poziom SIL	Określanie Safety Integrity Level dla systemów sterowania – wymagana niezawodność funkcjonalna (SIL 1 do SIL 3) i proces projektowania systemów E/E/PE związanych z bezpieczeństwem

Maty bezpieczeństwa mogą znacząco podnieść poziom bezpieczeństwa pracy z maszynami, pod warunkiem ich właściwego doboru i instalacji. Inżynierowie projektujący systemy zabezpieczeń powinni zawsze odwoływać się do powyższych norm i traktować je jako podstawę swoich decyzji projektowych. Tylko wtedy mata bezpieczeństwa spełni swoją rolę – zminimalizuje ryzyko wypadku, nie utrudniając nadmiernie pracy maszyn, a cały system będzie zgodny z obowiązującymi standardami bezpieczeństwa.

FAQ: Maty bezpieczeństwa -jak jest stosować?

analiza ryzyka automatyka przemysłowa automatyzacja procesów produkcyjnych automatyzacja produkcji bezpieczeństwo maszyn dokumentacja techniczna dyrektywa ATEX dyrektywa EMC dyrektywa LVD dyrektywa maszynowa 2006/42/WE Instrukcja obsługi integrator automatyki przemysłowej maszyna nieukończona normy zharmonizowane oznakowanie CE Performence level projektowanie maszyn rozporządzenie w sprawie maszyn 2023/1230 zarządzanie projektami Znak CE