L INTERFACCIA UOMO-MACCHINA SECONDO LE LEGGI E LE NORME TECNICHE

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1 ELETTRIFICAZIONE L INTERFACCIA UOMO-MACCHINA SECONDO LE LEGGI E LE NORME TECNICHE Gianfranco Figini Ogni macchina operatrice deve essere pilotata e controllata dall operatore mediante dispositivi di comando e segnalazione che devono rispondere ad esigenze funzionali, tecniche e di sicurezza ed inoltre basarsi su regole generali tali da consentire l univoca identificazione. GENERALITÀ Ogni macchina operatrice deve essere pilotata, in misura maggiore o minore, dall uomo, che può comunicare con la macchina stessa mediante un complesso di dispositivi, denominati globalmente interfaccia uomo-macchina. Tale interfaccia deve normalmente comprendere sia i comandi e le segnalazioni relativi al lavoro normale, sia segnali di avvertimento o di pericolo in caso di guasto o di funzionamento anormale, cui l operatore può rispondere, se del caso, con i comandi di emergenza. È evidente l esigenza che comandi e segnalazioni siano disposti in modo chiaro ed in posizioni facilmente accessibili, e tali da fare in modo che la manovra avvenga in modo intuitivo e con limitata probabilità di errori. Inoltre le regole relative a questi dispositivi devono essere il più possibile uniformi, in modo che il passaggio da una macchina all altra, anche di diverso costruttore o nazionalità, non comporti grosse differenze nel modo di comando. Pertanto questa materia viene trattata sia in campo legislativo sia normativo: alla Legge spetta il compito di stabilire dei principi generali, che le Norme traducono poi in prescrizioni tecniche specifiche. In campo europeo, questi argomenti sono trattati nel corpo della Direttiva 89/392 dedicata in linea generale alle macchine operatrici, comunemente detta Direttiva macchine, nel suo allegato 1, al par Questa Direttiva, unitamente ad altre che modificavano il contenuto di alcuni articoli, è stata poi recepita nel sistema legislativo italiano con il D.P.R. 459 del , ed è diventata così Legge della Repubblica Italiana. In campo normativo, si occupano specificatamente di questi argomenti le seguenti Norme europee, recepite in Italia come Norme CEI: EN (CEI 16-5), Interfaccia uomo-macchina: principi di manovra; EN (CEI 16-3), Codifica dei dispositivi indicatori e degli attuatori, con colori e mezzi supplementari; EN (CEI 44-8), Sicurezza del macchinario: prescrizioni per segnali visivi, acustici e tattili. Questi argomenti sono anche trattati, fra altri argomenti, dalle seguenti Norme: CEI 64-8, Norme per impianti elettrici utilizzatori; EN (CEI 44-5), Sicurezza del macchinario: regole generali (ai capitoli 9 e 10); EN (CEI 17-45), Apparecchiature a bassa tensione. Parte 5: Dispositivi per circuiti di comando ed elementi di manovra; EN (CEI 17-13/1), Apparecchiature assiemate di protezione e manovra per bassa tensione; prescrizioni per apparecchiature di serie (AS) e non di serie (ANS) (questa Norma fornisce alcune prescrizioni costruttive). Come si può rilevare, vi è una certa sovrapposizione fra le varie Norme, che sono state emanate anche da Comitati tecnici diversi; i contenuti delle stesse sono comunque coerenti, a parte qualche sfumatura: il presente articolo cercherà di farne una sintesi, almeno per i punti più importanti.

2 112 ELETTRIFICAZIONE 5 1,8 m 0,6 m F IGURA 1 Posizionamento corretto degli attuatori: a - su armadio b - su pulpito c - su pulsantiera pensile. F IGURA 2 Zone del campo visivo: A - zona preferita B - zona accettabile C - zona non adatta D - asse visivo. a Caratteristiche dei dispositivi di comando (attuatori) La Direttiva 89/392 indica come segue le caratteristiche che sono richieste per i dispositivi di comando (art dell allegato 1): I dispositivi di comando devono essere: chiaramente visibili, individuabili ed eventualmente contrassegnati da una marcatura adatta; disposti in modo da garantire una manovra sicura, univoca e rapida; Campo visivo verticale b C Campo visivo orizzontale C C B C B B A A A A B c 0 D 30 D progettati in modo tale che il movimento del dispositivo sia coerente con l azione del comando; situati fuori dalle zone pericolose tranne il caso, all occorrenza, di taluni organi, come un arresto di emergenza, o una console di apprendimento per i robot; sistemati in modo che la loro manovra non causi rischi supplementari; progettati o protetti in modo che l azione comandata, se comporta un rischio, non possa aver luogo senza una manovra intenzionale; fabbricati in modo da resistere agli sforzi prevedibili; particolare attenzione sarà data ai dispositivi di arresto di emergenza che possono essere soggetti a grossi sforzi. La Norma 44-5 (art ) prescrive che i dispositivi di comando debbano essere posti ad almeno 0,6 m dal piano di servizio e siano facilmente raggiungibili dall operatore quando si trova nella sua normale posizione di lavoro; si può pertanto ipotizzare un altezza massima di 1,8 m, come indica la figura 1. Inoltre, la Norma 44-8 (art ) raccomanda che i dispositivi di comando (detti anche attuatori ) siano compresi in un determinato campo visivo dell operatore, come indica la figura 2. Gli attuatori devono esser posti in modo da evitare manovre non desiderate a causa di urti con persone o cose: a questo scopo i pulsanti sono spesso muniti di guardia o di mezza guardia, oppure essere in esecuzione a raso. Questo fatto è particolarmente importante quando i pulsanti sono posti su di un piano orizzontale, ove casualmente potrebbero essere appoggiati oggetti che potrebbero azionarli. Altre volte si dà invece la preferenza alla facilità di comando, ed allora si preferisce l esecuzione in rilievo. In particolare, il pulsante di emergenza deve essere facilmente individuabile ed azionabile anche da posizioni diverse da quella normale di lavoro; si usa allora un attuatore a fungo od un altro azionatore idoneo. Gli attuatori, oltre che a pulsante, possono essere a levetta, a chiave o rotativi: vari esempi di attuatori sono rappresentati dalla figura 3. Il colore dei pulsanti Le varie Norme stabiliscono una correlazione fra il colore dei pulsanti e la loro funzione: tale correlazione, nella Norma 44-5, è indicata dall art , riportato qui di seguito:

3 ELETTRIFICAZIONE I colori per i pulsanti di AVVIAMENTO sono il bianco, il grigio o il nero, con una preferenza per il bianco. È ammesso anche il verde. Il rosso non può essere usato. Il colore rosso deve essere utilizzato per i pulsanti di arresto o di interruzione di EMER- GENZA. I colori per i pulsanti di ARRESTO sono il nero, il grigio o il bianco, con preferenza per il nero. il verde non deve essere usato. È ammesso anche il rosso, ma si raccomanda che non venga utilizzato vicino ad un dispositivo per operazioni di emergenza. Il bianco, il grigio e il nero sono i colori preferiti per i pulsanti che provocano alternativamente l AVVIAMENTO e l ARRESTO. I colori rosso, giallo o verde non devono essere usati. Il bianco, il grigio o il nero sono i colori preferiti per i pulsanti che provocano il funzionamento quando sono premuti e l arresto quando sono rilasciati (movimento ad impulsi o di jogging). I colori rosso, giallo e verde non devono essere usati. I pulsanti di RIPRISTINO devono essere blu, bianchi, grigi o neri. Quando vengono utilizzati anche come pulsanti di ARRESTO/DISIN- SERZIONE vengono usati il bianco, il grigio o il nero, con una netta preferenza per il nero. Non deve essere utilizzato il verde. Le indicazioni di cui sopra sono riassunte dalla tabella 1, distinguendo, per le varie funzioni, i colori ammessi preferiti vietati. Il colore giallo, che non è indicato per nessuna delle funzioni sopra elencate, viene solitamente usato per le manovre di ricezione o tacitazione dei circuiti di allarme. La Norma 16-3 ripete essenzialmente le stesse indicazioni agli articoli da a e nella sua tabella 2. Come si può rilevare, le indicazioni date da queste Norme circa il colore dei pulsanti sono piuttosto vaghe, e l unico dato che affermano con sicurezza è il colore rosso per il pulsante di emergenza; questo fatto dipende probabilmente dalla necessità di non contrastare abitudini oramai invalse nei vari paesi. In Italia, per esempio, fino a qualche decina di anni fa, si usava il rosso per il pulsante di marcia e il verde per quello di arresto: veniva cioè assimilato il rosso al movimento ed il verde alla stasi. Si è successivamente passati, per uniformarsi alle usanze di altri paesi, a invertire questa convenzione per assimilarla ai significati dei semafori: verde per la marcia e rosso per l arresto. Tale convenzione tuttora usata, con la variante di usare il nero per la marcia (talvolta si distingue, usando il verde per la marcia normale ed il nero per la marcia a impulsi; ciò non è in contrasto con le indicazioni delle Norme, ma non è la combinazione preferita, che prevede invece il bianco per la marcia ed il nero per l arresto. Questa combinazione presenta però l inconveniente che il bianco, in officina, diventa presto un colore indefinibile, tale da distinguersi poco dal nero). Vi è in particolare una certa riluttanza da parte delle Norme ad accettare il colore rosso per il pulsante di arresto normale, per evitare confusioni con il pulsante di emergenza, che normalmente si distingue per con la diversa forma dell attuatore. FUNZIONE COLORE F IGURA 3 Alcuni tipi di attuatori (Siemens). T ABELLA 1 Colore dei pulsanti. ROSSO GIALLO VERDE BLU BIANCO GRIGIO NERO emergenza normale * Marcia (Avviamento) * Marcia a impulsi * Marcia/ * * * Ripristino * Preferito Ammesso Vietato * Non definito

4 114 ELETTRIFICAZIONE 5 Inserzione o avviamento IEC 5007 IEC 5104 Disinserzione o arresto IEC 5008 IEC 5110 Attesa (stand-by) IEC 5010 IEC 5177 Avviamento - arresto IEC 5010 (2 posizioni stabili) IEC 5178 Avviamento - arresto IEC 5011 (1 posizione stabile) IEC 5638 Avanz. normale Avanz. veloce T ABELLA 2 Segni grafici per gli attuatori. F IGURA 4 Posizione relativa dei pulsanti. Indicazioni grafiche Indipendentemente dal loro colore, i pulsanti o i selettori di comando (definiti genericamente attuatori) possono venire contrassegnati con simboli grafici che ne indicano la funzione, utilizzando i simboli della Pubblicazione IEC 417. I simboli di uso più comune, riportati dalla Norma 44-8 al cap. 6, sono qui riassunti dalla tabella 2. Inoltre i vari comandi devono essere distinti da targhette indicatrici, che possono essere poste nelle vicinanze del pulsante o del selettore o incise sul corpo del pulsante stesso, se la sua forma costruttiva lo consente. È comunque importante che le scritte siano incise e non riportate fotograficamente, perché queste ultime possono facilmente venire attaccate da oli o dagli agenti atmosferici. Bassa velocità Alta velocità Indietro Avanti Alta velocità Bassa velocità Avviamento (di un operazione) (di un operazione) Avviamento rapido rapido di emergenza Avanz. lento Ritorno Avanti Indietro Posizione dei comandi Anche la posizione relativa degli attuatori sul pannello di comando ed il loro senso di azionamento, se si tratta di selettori o manipolatori a levetta, debbono essere correlati con il senso del movimento che ne consegue, onde rendere più intuitive le azioni dell operatore. A tale scopo la Norma 16-5, nei suoi allegati A e B, suddivide comandi e movimenti in due gruppi, con la convenzione che ad un comando di un determinato gruppo deve corrispondere un movimento o un azione dello stesso gruppo. Tali correlazioni sono riassunte dalla tabella 3, mentre le figure 4 e 5, riprese dalla stessa Norma, si riferiscono ad altre condizioni di comando. di emergenza L operazione di arresto di emergenza è cosi descritta dalla direttiva macchine (art dell all. I): di emergenza Ogni macchina deve essere munita di uno o più dispositivi di arresto di emergenza che consentano di evitare situazioni di pericolo che rischino di prodursi imminentemente o che si stiano producendo. Detto dispositivo deve: comprendere dispositivi di comando chiaramente individuabili, ben visibili e rapidamente accessibili; provocare l arresto del processo pericoloso nel tempo più breve possibile, senza creare rischi supplementari. Quando si smette di azionare il comando dell arresto di emergenza dopo un ordine di arresto, detto ordine deve essere mantenuto da un blocco del dispositivo di arresto di emergenza, sino al suo sblocco; lo sblocco del dispositivo deve essere possibile soltanto con un apposita manovra e non deve riavviare la macchina, ma soltanto autorizzarne la rimessa in funzione. La Norma CEI 44-5, ai suoi par. 9 e 10, distingue fra i comandi di arresto di emergenza e quelli di interruzione di emergenza, in quanto questi ultimi provocano l immediata interruzione dell alimentazione (arresto di tipo 0), mentre i primi comandano l arresto immediato ma mantengono l alimentazione per un tempo sufficiente ad assicurare la frenatura elettrica (arresto di tipo 1). Per l arresto di emergenza, la Norma 44-5 indica i seguenti tipi di attuatori:

5 ELETTRIFICAZIONE CLASSIFICAZIONE DELLE AZIONI NATURA DELL ATTUATORE NATURA DELL AZIONE SENSO DELL AZIONE GRUPPO 1 GRUPPO 2 Volanti, manopole, manovelle ecc. Rotazione Orario Antiorario Moto verticale Verso l alto Verso il basso Leve, impugnature ecc. con moto essenzialmente lineare Destra-sinistra Verso destra Verso sinistra Moto orizzontale Si allontana dallo Si avvicina allo Avanti-indietro + operatore (pressione) operatore (trazione) Insieme di impugnature, Uno sopra Azione sul dispositivo Azione sul dispositivo pulsanti, aste, cordoni di l altro superiore inferiore trazione ecc., con effetti Pressione, trazione ecc. Uno di fianco Azione sul dispositivo Azione sul dispositivo opposti all altro di destra di sinistra CLASSIFICAZIONE DEGLI EFFETTI NATURA DELL EFFETTO EFFETTO RISULTANTE GRUPPO 1 GRUPPO 2 Modificazione di una quantità fisica (tensione, corrente, potenza Aumento Diminuzione velocità, frequenza, intensità luminosa, temperatura ecc. Cambio di condizione Messa in servizio Messa fuori servizio Avviamento Accelerazione Frenata Chiusura di un circuito elettrico Apertura di un circuito elettrico Accensione Spegnimento Messa in moto del fluido del fluido Moto dell oggetto o del veicolo controllato in relazione Verso l alto Verso il basso ai suoi assi principali Verso destra Verso sinistra Moto in relazione all operatore Avanti (si allontana dall operatore) Indietro (si avvicina all operatore) Un solo senso Doppio senso T ABELLA 3 Classificazione e correlazione fra le azioni e loro effetti risultanti. (velocità zero) Velocità massima Vel. max. (indietro) (vel. zero) Vel. max. (avanti) Velocità massima Vel. max. (avanti) (velocità zero) (vel. zero) Vel. max. (indietro) F IGURA 5 Posizione dei comandi in attuatori a variazione continua.

6 116 ELETTRIFICAZIONE 5 F IGURA 6 Pulsante a fungo per arresto di emergenza. T ABELLA 4 Significato dei colori dei dispositivi indicatori relativi alla sicurezza delle persone, dei beni e/o dell ambiente. interruttore con comando a pulsante; interruttore azionato dalla trazione di una corda; interruttore con comando a pedale senza protezione meccanica. Per l interruttore di emergenza, sono validi gli stessi tipi di attuatori, ad eccezione di quelli con comando a pedale. In entrambi i casi, i dispositivi devono essere con ritenuta meccanica: restano cioè bloccati, una volta azionati, fino a che si aziona nuovamente l attuatore. I pulsanti devono essere con attuatore a fungo o palmare; devono essere colorati in rosso, e se vi uno sfondo, questo deve essere giallo (figura 6). Circa il posizionamento, sia per i pulsanti di arresto di emergenza che per quelli di interruzione di emergenza, la Norma indica anzitutto che devono essere facilmente accessibili. Quelli di arresto di emergenza devono essere collocati in ogni postazione di comando dell operatore; quelli di interruzione di emergenza sono invece solitamente distribuiti lungo la macchina, per ragioni di sicurezza; se vengono montati anche su postazioni di comando, rendono non necessaria la presenza del pulsante di arresto di emergenza COLORE SIGNIFICATO SPIEGAZIONE AZIONE DA COMPIERE ESEMPI DI APPLICAZIONE DA PARTE DA PARTE DELL OPERATORE DI ALTRE PERSONE ( 1 ) ROSSO Pericolo Situazione pericolosa o ordine imperativo Risposta immediata ad una situazione pericolosa Fuga o arresto Vietata l entrata GIALLO Attenzione - Fuori servizio - Situazione di guasto - Rischio permanente o temporaneo (per esempio, accessibilità alle parti attive o mobili) Intervento per prevenire una situazione pericolosa Evacuazione o accesso limitato Accesso limitato VERDE Sicurezza - Indicazione di una situazione di sicurezza Nessuna azione è richiesta Non è richiesta alcuna azione Percorso di fuga - Si può procedere in sicurezza -Via libera BLU Obbligatorio - Indicazione di una necessità di una azione obbligatoria Aziona obbligatoria Azione obbligatoria Senso unico BIANCO GRIGIO Nessun significato specifico atribuito - Informazione generale Nessuna azione è richiesta Non è richiesta alcuna azione Informazione sul percorso NERO ( 1 ) - Persone che sono in prossimità di un impianto o di un processo, ma che non sono gli operatori.

7 ELETTRIFICAZIONE COLORE SIGNIFICATO SPIEGAZIONE AZIONE DELL OPERATORE ESEMPI DI APPLICAZIONE ROSSO Emergenza Condizioni Risposta immediata ad una situazione - Pressione/temperatura fuori pericolose pericolosa, ad es.: dei limiti di sicurezza - azionando il pulsante di arresto d emergenza - Caduta di tensione - avviando la pompa di raffreddamento - Guasto di una unità principale - aprendo la valvola di sicurezza - di macchine indispensabili ai sistemi ausiliari - Temperatura di congelamento troppo alta - Superamento della posizione di STOP per un apparecchio di sollevamento GIALLO Anormalità Condizioni Sorveglianza e/o intervento (per esempio, - Pressione/temperatura al di fuori anormali per ristabilire la funzione prevista) del normale livello Condizione critica - Scatto di un dispositivo di protezione imminente o di una unità ausiliaria - Trasportatore di sovraccarico - Superamento della fine corsa di un attuatore - Cambio di posizione di una valvola a nastro trasportatore - Temperatura di congelamento troppo bassa VERDE Normalità Condizioni normali Azione facoltativa - Autorizzazione a procedere - Pressione/temperatura entro i limiti normali - Indicazione dell area di lavoro normale BLU Obbligatorietà Condizione che Azione obbligatoria Istruzione all operatore per ottenere valori necessita pre-selezionati di un azione BIANCO Nessun Ogni significato Sorveglianza Informazioni generali (per esempio, GRIGIO significato può essere usato se conferma di un comando, indicazione NERO specifico sussiste un dubbio di valori misurati) attribuito per l uso di ROSSO, GIALLO, VERDE e BLU Per apparecchiature di modeste dimensioni, la funzione di interruzione di emergenza può essere svolta dall interruttore generale: in questo caso la maniglia deve essere di colore rosso su fondo giallo. Segnalazioni Se l azionamento degli interruttori rappresenta l input (e cioè il comando) nell interfaccia uomo-macchina, la segnalazione ne rappresenta il feedback, e cioè il ritorno, in quanto permette di verificare se il comando effettuato ha ottenuto l effetto desiderato; inoltre le varie segnalazioni possono indicare lo stato e le condizioni di funzionamento delle varie parti dell impianto. Le segnalazioni sono normalmente fatte in forma visiva, con segnalatori luminosi o elettromeccanici o con schermi di visualizzazione, talvolta con l ausilio di segnali acustici e, più raramente, di segnali tattili. T ABELLA 5 Significato dei colori dei dispositivi indicatori relativi alla condizione di un processo.

8 118 ELETTRIFICAZIONE 5 F IGURA 7 Pannello operatore per rilievi e segnalazioni, con display e tastiera. Le segnalazioni luminose vengono fatte solitamente con l accensione di lampade dietro a gemme colorate, ed anche qui vengono dati particolari significati al relativo colore. Tali significati sono indicati dalla Norma 16-3, in maniera generale al par. 4.3, e più in dettaglio, con riferimento in particolare alla sicurezza delle persone e allo stato del processo, nelle tabelle 4 e 5, che vengono qui riportate. Le segnalazioni possono essere a luce fissa o a luce intermittente; quest ultima condizione indica di solito una situazione transitoria o di allarme. Per esempio, nel caso di un avviamento stella-triangolo, la segnalazione può essere intermittente durante la fase di avviamento a stella e passare poi a luce fissa, ad avviamento ultimato, quando si passa al collegamento a triangolo. Nel caso di un posizionamento, la segnalazione può essere pulsante durante il movimento e fissa quando la posizione finale viene raggiunta. Circuiti di allarme Durante il funzionamento di un determinato impianto occorre verificare che le grandezze significative del corretto funzionamento dell impianto stesso (temperature, livelli, pressioni, velocità, ecc.) restino entro determinati limiti; qualora ciò non fosse, deve essere data una pronta segnalazione all operatore affinché prenda le opportune misure, oppure, nei casi più gravi, può essere direttamente azionato l arresto dell impianto. Per raggiungere questo scopo vengono inseriti sull impianto opportuni sensori, sensibili alla grandezza da controllare, che chiudano o aprano un contatto o modificano una tensione, quando la grandezza esca dai limiti fissati. Questi sensori fanno capo all apparecchiatura, dove agiscono secondo quanto previsto dal progetto dell impianto stesso, avvisando il personale con segnali ottici ed acustici o provocando l arresto dell impianto. In ogni caso, anche se la condizione anomala viene a cessare, il personale deve esserne informato; a questo scopo, specialmente negli impianti di maggiori dimensioni, i sensori fanno capo ad appositi circuiti che agiscono secondo cicli determinati, come, per esempio, il seguente: al verificarsi della condizione di allarme, viene azionato un segnale acustico (sirena) e si accende, a luce pulsante, un segnale luminoso indicativo del guasto; l operatore prende visione del guasto e aziona un pulsante di tacitazione: cessa il segnale acustico, mentre il segnale luminoso passa a luce fissa; al cessare della condizione di allarme, se avvenuta la tacitazione, si spegne il segnale luminoso e si ha il ripristino della condizione normale. In altri casi il ripristino deve essere effettuato dall operatore dopo il cessare della condizione anomala, in modo da essere sicuro che l operatore abbia preso visione della natura del guasto. Il segnale acustico, come pure i pulsanti di tacitazione e ripristino, sono unici per tutti i punti di allarme, mentre le segnalazioni luminose sono singole e portano l indicazione del punto di guasto; se effettuate con gemme colorate, il colore indicato è il giallo per le condizioni anomale, e il rosso per quelle di pericolo imminente. Nelle apparecchiature controllate da PC (controllori programmabili vengono anche usati appositi pannelli operatore, come quello rappresentato dalla figura 7, con uno schermo che può essere programmato per l indicazione, oltre che dei punti di allarme, anche di dati relativi al funzionamento dell impianto; i dati e le scritte possono essere in forma numerica, alfanumerica o semigrafica; inoltre il pannello può essere collegato ad una stampante per la registrazione dei dati e delle situazioni di allarme. E