Cum pot scanerele de siguranță cu laser să protejeze oamenii și utilajele

Scanerele de siguranță cu laser pot contribui la siguranța în instalațiile industriale și logistice. Ele pot proteja oamenii de interacțiunile nesigure cu utilajele și pot proteja utilajele de interferențele neintenționate ale oamenilor.

Sunt necesari mai mulți factori pentru a maximiza eficiența scanerelor de siguranță cu laser. În primul rând, trebuie să se stabilească dacă un scaner cu laser este cea mai bună soluție sau dacă o altă tehnologie, precum o barieră luminoasă, ar putea fi mai potrivită pentru aplicație.

Odată ce s-a stabilit că un scaner este cea mai bună alegere, există anumite decizii importante de luat, inclusiv:

• Selectarea câmpurilor optime de protecție a siguranței și a seturilor de câmpuri
• Utilizarea unui standard precum 13855 de la Organizația Internațională de Standardizare (ISO) pentru poziționarea protecțiilor în raport cu apropierea unei persoane
• Selectarea valorii corecte a eșantionării multiple
• Selectarea unui scaner cu setul optim de caracteristici

Acest articol începe prin analizarea factorilor care influențează alegerea unui scaner și a unei bariere luminoase. Apoi prezintă criteriile importante de selecție pentru utilizarea scanerelor și analizează scanere de siguranță cu laser reprezentative de la IDEC, Omron, SICK și Banner Engineering.

Scaner sau barieră?

Unul dintre primele considerente este: ce spațiu fizic este protejat? Atât scanerele, cât și barierele luminoase pot proteja oamenii de vătămări și utilajele de interferențe. Deși există o oarecare suprapunere în ceea ce privește capacitățile de protecție ale scanerelor și ale barierelor luminoase, acestea sunt, în general, potrivite pentru diferite aplicații, cum ar fi:

Protecția punctului de operare, care se referă la zona activă a unui utilaj în care se efectuează lucrul. Barierele luminoase sunt potrivite pentru această aplicație deoarece pot fi poziționate într-o locație optimă, iar rezoluția lor poate fi setată pentru a detecta degetele, mâinile sau picioarele și pentru a oferi nivelul de protecție necesar. Scanerele necesită, de obicei, o distanță minimă mai mare față de pericole din cauza timpilor de răspuns mai lungi și nu sunt utilizate, în general, pentru protecția punctului de operare.

Protecția perimetrului, care protejează mai multe părți ale unui utilaj. Ca și protecția punctelor de operare, barierele luminoase sunt potrivite pentru a oferi soluții compacte pentru protecția perimetrului. Dacă o persoană traversează perimetrul, se poate trimite un semnal de oprire, iar utilajul se oprește. Deși atât barierele luminoase, cât și scanerele pot fi utilizate pentru protecția perimetrului, barierele luminoase de siguranță sunt utilizate mai des pentru protecția perimetrului, iar scanerele sunt utilizate mai des pentru protecția zonei.

Controlul accesului și protecția zonei, care pot fi implementate cu o barieră luminoasă sau cu un scaner, în funcție de nevoile specifice ale aplicației. Barierele luminoase sunt potrivite atunci când există un singur punct de intrare. De exemplu, monitorizarea și evaluarea individuală a fiecărui fascicul de lumină permite unei bariere luminoase să facă diferența între o persoană „înaltă” și un transportor de materiale „scund”, cum ar fi un palet care trece un prag, și să își modifice răspunsul în consecință.

Scanerele pot fi configurate pentru a monitoriza o zonă de 275° pentru a crea o zonă protejată bidimensională definită de utilizator (Figura 1). De asemenea, acestea pot stabili mai multe zone de protecție în funcție de distanța dintre o persoană și utilajul protejat și pot încetini sau se pot opri, după caz.

Figura 1: Un scaner de siguranță cu laser ca acesta poate monitoriza o zonă de 275° pentru a crea o zonă protejată bidimensională și pentru a trimite o alarmă dacă o persoană sau un obiect neașteptat intră în acea zonă (linii roșii). (Sursa imaginii: Banner Engineering)

Sistemele mobile precum roboții mobili autonomi (AMR) și vehiculele ghidate automat (AGV), care pot beneficia de utilizarea mai multor scanere. Aceste scanere pot fi alimentate cu baterii și instalate pentru a funcționa în mod cooperativ, monitorizând simultan zeci de zone de siguranță din jurul vehiculului. Diferitele zone pot fi activate în funcție de viteza vehiculului, poziția și schimbările de direcție anticipate. Datele de la scanere pot fi completate cu codificatoare pe roți și cu alte intrări ale senzorilor pentru a susține navigația AMR.

Ce nivel de siguranță?

Odată ce s-a definit spațiul fizic protejat, următorul considerent este nivelul de siguranță necesar. Pe lângă faptul că au beneficii diferite în ceea ce privește aplicațiile, barierele luminoase și scanerele de siguranță cu laser acceptă niveluri diferite de siguranță, după cum sunt definite de diverse standarde internaționale. De exemplu, ISO 13849-1 definește fiabilitatea funcțiilor de control sigure utilizând niveluri de performanță (PL) de la „a” la „e”, PLe reprezentând cel mai înalt nivel.

Scanerele de siguranță cu laser îndeplinesc criteriile PLd și sunt adecvate pentru utilizarea în aplicații în care siguranța este o prioritate majoră. O clasificare PLd este acordată sistemelor cu probabilitatea unei defecțiuni periculoase la fiecare 1 până la 10 milioane de ore (de la 141 până la 1.141 de ani la funcționare continuă). Barierele luminoase sunt disponibile cu o gamă mai largă de opțiuni, de la PLc la PLe.

IEC 62061, Securitatea mașinilor: securitatea funcțională a sistemelor de comandă electrice, electronice și electronice programabile de securitate este un alt standard important. Acesta se bazează pe o strategie de evaluare și reducere a riscurilor pentru funcțiile de control al siguranței, cum ar fi barierele luminoase și scanerele de siguranță cu laser. Include specificațiile cerințelor funcționale și cerințele privind nivelul de integritate a siguranței (SIL).

Exemple de cerințe funcționale includ frecvența de operare, timpul de răspuns, modurile de operare, ciclurile de funcționare, mediul de operare, funcțiile de reacție la defecte etc. Valorile SIL rezultate sunt măsurate pe o scară de la 1 la 4 (Figura 2).

Figura 2: Scanerele laser de siguranță îndeplinesc criteriile PLd și SIL3 și sunt adecvate pentru utilizarea în aplicații în care siguranța este importantă. (Sursa imaginii: SICK)

ISO 13855 definește modul de amplasare a scanerelor în raport cu apropierea unei persoane. De exemplu, dacă un scaner este montat la o înălțime de 300 mm, o rezoluție de 70 mm este suficientă pentru a detecta un picior uman. La înălțimi de montare mai mici, rezoluția minimă recomandată este de 50 mm.

Specificațiile scanerului

Odată ce s-a stabilit că un scaner de siguranță cu laser îndeplinește cerințele aplicației și poate susține nivelul necesar de siguranță, este timpul să se ia în considerare specificațiile. Exemple de specificații importante ale scanerului includ:

Unghiul de scanare. Sunt disponibile mai multe unghiuri de scanare, cum ar fi 190°, 270° și 275°. Unghiul de scanare și structura acestuia determină modul în care scanerul este montat în sistem pentru a monitoriza zona sau zonele necesare.

Zonele de protecție. Scanerele de siguranță cu laser au mai multe zone de protecție, inclusiv zona de protecție primară și una sau mai multe zone de avertizare. Unele pot utiliza datele scanate pentru configurarea automată pentru a ignora obiectele staționare din zonele de avertizare (Figura 3). În unele cazuri, un scaner de siguranță cu laser poate scana mai multe zone secvențial sau simultan. De exemplu, un scaner poate suporta până la 70 de seturi unice de zone de siguranță. Pe un AMR, această caracteristică permite scanerului să ajusteze zonele scanate în funcție de împrejurimi și de viteza de deplasare.

Figura 3: Punerea în funcțiune poate fi accelerată prin utilizarea unui scaner care utilizează datele scanate pentru configurarea automată pentru a identifica obiectele staționare din zonele de avertizare. (Sursa imaginii: IDEC)

Intervalul câmpului de protecție. Aceasta este distanța maximă până la care zona protejată se poate extinde de la scaner. Valorile tipice variază de la 3 la 10 m. Raza necesară a câmpului de protecție depinde de reglementările locale și de timpul de răspuns și rezoluția scanerului.

Rezoluția. Se măsoară în mm și determină dimensiunea minimă a obiectului pe care scanerul îl poate detecta cu acuratețe. Valorile tipice variază de la 30 mm la 200 mm.

Timpul de răspuns. Numit și timp de detecție, acesta măsoară rapiditatea cu care un scaner poate recunoaște apropierea unui obiect. Valorile tipice variază de la 60 la 500 ms.

Eșantionarea. Indică de câte ori un obiect trebuie scanat succesiv pentru a fi recunoscut de scaner. În mod implicit, este nevoie de cel puțin două scanări de eșantionare. Cu toate acestea, pentru unele scanere și în anumite circumstanțe pot fi necesare zece sau mai multe scanări succesive de eșantionare pentru a recunoaște un obiect.

Zone de protecție dublă

Scanerele de siguranță cu laser au diverse caracteristici și funcții care se potrivesc diferitelor nevoi de aplicații. De exemplu, scanerele de siguranță cu laser SE2L de la IDEC includ funcționalitate master/slave și zone de protecție duble. Funcția master/slave permite unui scaner să comunice cu până la trei alte scanere. Acest lucru poate simplifica în mod considerabil proiectarea sistemului și poate permite utilizarea unui controler cu costuri mai reduse, deoarece controlerul de siguranță trebuie să comunice doar cu masterul, care transmite instrucțiunile scanerelor slave. Modelul SE2L-H05LP poate fi instalat folosind cabluri lungi de la 2 la 20 m, sporind și mai mult flexibilitatea.

Aceste scanere au o durată a ciclului de scanare de 30 ms și pot include 32 de modele în zona de scanare. Folosind funcția de zonă dublă, o singură unitate SE2L poate scana independent două zone adiacente simultan, eliminând necesitatea unui al doilea scaner și simplificând proiectarea sistemului.

Putere redusă pentru siguranță operată de baterii

Extinderea duratei de funcționare a AGV-urilor și AMR-urilor poate fi un aspect important. Aceste aplicații pot beneficia de utilizarea scanerului de siguranță cu laser compact (104,5 mm) OS32C-SP1-4M de la Omron. Consumă maximum 5 W (3,75 W în modul standby) și are disponibile 70 de seturi de combinații de zone de siguranță și zone de avertizare, ceea ce îl face potrivit pentru utilizarea în medii complexe (Figura 4). Alte caracteristici includ:

• Rezoluția minimă poate fi setată la 30, 40, 50 sau 70 mm.
• Zona de siguranță variază în funcție de rezoluție:
  • 1,75 m (rezoluție de 30 mm)
  • 2,5 m (rezoluție de 40 mm)
  • 3,0 m (rezoluție de 50 mm)
  • 4,0 m (rezoluție de 70 mm)
• Raza zonei de avertizare de până la 15 m
• Timp de răspuns configurabil de la 80 ms până la 680 ms.
• Timpul de comutare a zonei poate fi setat de la 20 ms la 320 ms

Figura 4: Acest scaner de siguranță cu laser cu putere redusă acceptă 70 de seturi de combinații de zone de siguranță și zone de avertizare, ceea ce îl face potrivit pentru AMR-urile care operează în medii complexe sau dinamice. (Sursa imaginii: Omron)

Câmpuri triple cu eșantionare și rezoluție selectabile

Scanerele de siguranță cu laser S300 Mini Standard de la SICK dispun de rezoluții de detecție și niveluri de eșantionare selectabile. De exemplu, modelul S32B-2011BA acceptă diametre de rezoluție de 30, 40, 50 și 70 mm. Eșantionarea și rezoluțiile multiple pot fi definite individual pentru fiecare câmp, inclusiv câmpuri de protecție simultane (Figura 5). Aceste scanere acceptă până la 48 de câmpuri configurabile liber și 16 seturi de câmpuri comutabile. Funcția de câmp triplu permite utilizarea simultană a unui câmp de protecție și a două câmpuri de avertizare.

Figura 5: Scanerele de siguranță cu laser S300 Mini Standard pot implementa mai multe niveluri de eșantionare și rezoluții diferite pentru fiecare câmp de scanare. (Sursa imaginii: SICK)

Eliminarea necesității unui PLC de siguranță

Scanerele de siguranță cu laser SX5 de la Banner Engineering dispun de o funcție integrată de dezactivare care poate monitoriza și răspunde la semnale și poate suspenda automat funcția de protecție pentru a permite unui obiect să treacă prin zona de siguranță fără a genera o comandă de oprire. Funcția de dezactivare permite suspendarea întregii zone de siguranță (dezactivare totală) sau doar a unei secțiuni a zonei de siguranță (dezactivare dinamică parțială).

O unitate principală SX5, cum ar fi SX5-ME70, poate controla până la trei unități de la distanță, cum ar fi SX5-R; de asemenea, scanerul poate citi intrările codificatorului incremental pentru a modifica zona de siguranță în funcție de viteza vehiculului. Aceste funcții pot elimina nevoia de hardware de control suplimentar, cum ar fi un PLC de siguranță.

Concluzie

Dacă sunt specificate, configurate și integrate corespunzător, scanerele de siguranță cu laser sunt potrivite pentru a proteja oamenii și utilajele în aplicații precum controlul accesului, protecția zonei și pe sisteme mobile, inclusiv AGV-uri și AMR-uri. Acestea îndeplinesc cerințele PLd și SIL3 și sunt potrivite pentru utilizarea în aplicații în care siguranța este un aspect important. Aceste scanere sunt disponibile cu diverse combinații de caracteristici și funcții pentru a se potrivi cu o gamă largă de cerințe ale aplicațiilor.