A munkavédelem és a termelékenység maximalizálása miniatűr biztonsági lézerletapogatók használatával

Az Ipar 4.0-s gyár- és logisztikaautomatizálás növekvő bonyolultsága új módszereket igényel a rendszertervezésben, amelyek egyszerre növelik maximálisra a biztonságot és a termelékenységet.

Az Ipar 4.0-s műveletek rugalmas jellege azt jelenti, hogy a veszélyes műveletek helye és mértéke időnként változhat, és a biztonsági rendszereknek gyorsan kell ehhez alkalmazkodniuk. Újrabeállítható, programozható és rugalmas biztonsági rendszerre van szükség.

Nagy előny lehet, ha figyelmeztetőzónákat lehet létrehozni, amelyek figyelmeztetik a veszélyes területhez közeledő dolgozókat, mielőtt még túl közel kerülnének. Ez megakadályozza, hogy a munkavállalók véletlenül belépjenek a veszélyes területre, kiváltva egy biztonsági eszköz működésbe lépését, amely kikapcsolja valamelyik gépet. Ez növeli az üzemidőt, és a javítja termelékenységet.

Ez a cikk a biztonsági szőnyegekre és a biztonsági lézerletapogatókra vonatkozó nemzetközi szabványok rövid áttekintésével kezdődik, majd áttér a biztonsági szőnyegek és a biztonsági lézerletapogatók használati szempontjainak összehasonlítására, olyan tényezőket vizsgálva, mint az érintéses és az érintésmentes működés, a figyelmeztető mezővel történő védelem és a beállíthatóság.

A cikket a SICK miniatűr biztonsági lézerletapogatóinak bemutatása zárja, valamint hogy ezek hogyan felelnek meg számos felhasználási terület követelményeinek, a felszerelési és beállítási lehetőségekkel együtt, beleértve azt is, hogy a lézerletapogatók könnyen cserélhetők, ha megsérülnek.

A legfontosabb munkavédelmi szabványok közé tartozik a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC, International Electrotechnical Commission) IEC 61508 szabványa (A biztonságtechnikai villamos/elektronikus/programozható elektronikus rendszerek (E/E/PE, vagy E/E/PES) funkcionális biztonsága), a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet (ISO, International Organization for Standardization) ISO 13849 szabványa (A gépek biztonsága – a vezérlőrendszerek biztonságtechnikai alkatrészei) és az IEC 61496 szabvány (A gépek biztonsága – a villamosságra érzékeny védőberendezések).

A biztonsági szőnyegek és a biztonsági lézerletapogatók megfelelnek az említett szabványok különböző részeinek. Az IEC 61508 például a különféle biztonságjósági szinteket (SIL, safety integrity level) határozza meg. A biztonsági lézerletapogatók a SIL 2 követelményeknek felelnek meg. Néhány, de nem minden biztonsági szőnyeg is. Egyes biztonsági szőnyegek csak a SIL 1 követelményeinek felelnek meg, ami egy nagyságrenddel kevésbé szigorú, mint a SIL 2.

A SIL 1 szintű biztonságtechnikai eszközöket olyan kis kockázatú felhasználási területekre szánják, ahol a meghibásodás következményei nem súlyosak, ilyenek például a gépek alapszintű védőeszközei, a nem kritikus folyamatok és az egyszerű riasztások. A SIL 2 szintű biztonságtechnikai eszközöket úgy tervezték, hogy mérsékeljék az olyan kockázatokat, amelyek súlyos sérülésekhez vagy jelentős környezeti károkhoz, de nem feltétlenül katasztrofális eseményekhez vezethetnek.

Az ISO 13849 a teljesítményszinteket (PL, performace level) határozza meg a SIL biztonságjósági szintekéhez hasonló fogalmakat használva. A biztonsági szőnyegek általában PLc tanúsításúak, míg a biztonsági lézerletapogatók esetében a szigorúbb PLd tanúsításra van szükség. Egyes biztonsági szőnyegek is megfelelnek a PLd teljesítménykövetelményeknek.

A tanúsításhoz a biztonsági lézerletapogatónak meg kell felelniük a SIL 2 és a PLd minősítésnek és az IEC 61496-3 szabványnak, utóbbi kifejezetten a szórt fényvisszaverődésre reagáló aktív optoelektronikus védőeszközökre (AOPDDR (active optoelectronic protective devices responsive to diffuse reflection) vagy lézerletapogatók) vonatkozik. A biztonsági szőnyegekre és a biztonsági lézerletapogatókra vonatkozó különböző biztonsági tanúsítványok fontosak, de a munkavédelem és a termelékenység maximálisra növelése esetén csak a kezdetet jelentik.

További megfontolandó szempontok

A megfelelően kialakított biztonsági szőnyegek és biztonsági lézerletapogatók egyaránt megfelelnek az IEC és az ISO szabványok munkavédelmi követelményeinek. De ez még nem a történet vége, az Ipar 4.0-s gyár- és logisztikaautomatizálási felhasználási területeken több mindent kell figyelembe venni.

A biztonsági szőnyeg egy mechanikus kapcsolók alkotta mátrix. Amikor valamilyen tömeg, például a szőnyegre lépő személy zár egy vagy több kapcsolót, azok jelet küldenek a szőnyegvezérlőnek, amely leállítja a védett rendszer működését.

A biztonsági szőnyegek mechanikus jellege aggodalomra adhat okot. Először is, a szőnyeg működéséhez közvetlen érintkezésnek kell létrejönnie a szőnyegen áthaladó személlyel. Másodszor, a szőnyegek kopásnak és (néha szó szerint) szakadásnak vannak kitéve. Az emberek nehéz vagy éles szerszámokat ejthetnek a szőnyegre, ami károsíthatja azt (1. ábra). De egy targonca is áthaladhat a szőnyegen, és megrongálhatja. A környezeti tényezők, például a kiömlő maró anyagok szintén tönkretehetik a szőnyeget.

1. ábra: A biztonsági szőnyeg működéséhez fizikai érintkezés szükséges, és a balesetek és a környezeti tényezők tönkretehetik a szőnyeget (ábra: SICK)

Beállíthatóság

A biztonsági szőnyegek eleve állandó telepítésűek, és nem állíthatóak. Az egyedi elrendezési követelményekhez különböző méretek és szőnyegkialakítások kaphatóak. Ez az Ipar 4.0 gyárakban és logisztikai műveletekben problémát jelenthet, mert ott lényeges az újrabeállítás lehetősége, ha a folyamatok igényei változnak.

A biztonsági szőnyegen alapuló rendszereken végzendő változtatások új szőnyeg beszerzését tehetik szükségessé, ami meghosszabbítja az átállás végrehajtásához szükséges időt. Ez negatívan befolyásolhatja a gép rendelkezésre állását és az általános termelékenységet.

A hatás minimálisra csökkentésének egyik módja, ha különböző méretű biztonsági szőnyegeket tart raktáron. Ez felgyorsíthatja az átállásokat és a sérült szőnyegek cseréjét. De emellett drága is. Az is előfordulhat, hogy többféle biztonságiszőnyeg-vezérlőt kell raktáron tartani, mivel nem minden szőnyeg kompatibilis minden vezérlővel.

Ezeket a problémákat biztonsági lézerletapogatók használatával el lehet kerülni. A biztonsági lézerletapogatók nem mechanikus kapcsolókon alapulnak, ezek elektronikus eszközök, amelyek a különböző felhasználási területek igényeihez igazíthatóak.

A biztonsági lézerletapogatók olyan érintésmentes technikát képviselnek, amely infravörös (IR) lézert használ a környezet kétdimenziós letapogatására. A lézerletapogatók rövid infravörös fényimpulzusokat bocsátanak ki. Ha egy fényimpulzus egy tárgyra esik, visszaverődik onnan a lézerletapogatóra. A tárgy távolsága az adás időpontja és a visszavert fény beérkezési időpontja között eltelt idő alapján nagy pontossággal meghatározható.

Az akadályok távolságának meghatározása lehetővé teszi, hogy a biztonsági lézerletapogatók segítségével az objektumok közelségén alapuló figyelmeztető és védelmi mezők sorát hozzák létre. Egyes biztonsági lézerletapogatókhoz több tucat mezőt lehet meghatározni. Ez olyan felhasználási területeken lehet hasznos, mint például az önjáró robotok navigációja.

A SICK S300 Mini Standard biztonsági lézerletapogatóit olyan munkavédelmi területekhez optimalizálták, amelyeknél három meghatározott mező – egy védelmi mező és két figyelmeztető mező – egyidejűleg aktív. Kis, 102 mm × 116 mm × 105 mm-es (szélesség × magasság × hossz) méretük alkalmassá teszik őket olyan felhasználási területekre, mint a robotmunkacellák és az automata irányított járművek (AGV, automatic guided vehicle) (2. ábra).

2. ábra: Az S30 Mini Standard biztonsági lézerletapogató és egy üdítősdoboz méretének összehasonlítása (kép: SICK)

Az S300 Mini Standard letapogatók letapogatási szöge 270°, ezzel nagy területet fednek le, és választható a felbontásuk, hogy kezet, lábat vagy teljes testet érzékeljenek. Ezek a letapogatók legfeljebb 8 m-es figyelmeztetőmező-tartományt tesznek lehetővé, és három legnagyobb védelmimező-tartománnyal kaphatóak:

• 1 méter, 1058000 jelű típus
• 2 méter, 1050932 jelű típus
• 3 méter, 1056430 jelű típus

Dinamikus környezetek

A dinamikus környezetekben, ahol változik az elrendezés vagy a működési feltételek, vagy ahol automata irányított járművek mozognak, előnyösek lehetnek a beállítható biztonsági lézerletapogatók. Az érzékelési zónák szükség szerint módosíthatók a változó védelmi igényeknek megfelelően.

Több figyelmeztető mező beállítása különösen hasznos lehet annak megakadályozására, hogy az emberek túl közel kerüljenek a gépekhez, és a biztonsági rendszer leállítsa azokat. A figyelmeztető jelzőberendezések jelzése lehet egyszerű villogó fény az első figyelmeztető mezőt határának átlépésekor, és figyelmeztető sziréna vagy kürt a második figyelmeztető mezőbe lépve. A védelmi mezők méretének kiszámítására egyedi szabályok vonatkoznak.

A biztonsági távolságok kiszámítása

Az ISO 13855 szabvány (A gépek biztonsága – a védőeszközök elhelyezése az emberi test közeledésére való tekintettel) iránymutatásokat tartalmaz annak a minimális biztonsági távolságnak a kiszámítására, amely a gép leállításához szükséges, amikor egy személy közeledik a géphez. Az ISO 13855 számos biztonságtechnikai eszköztípusra vonatkozik, beleértve a biztonsági lézerletapogatókat, a biztonsági fényfüggönyöket, a nyomásérzékeny eszközöket, a biztonsági szőnyegeket és padlókat és még sok más eszközt.

A biztonsági lézerletapogatók biztonsági mezői méretének kiszámításához is hasznos (3. ábra). A biztonságos távolság (S) kiszámítására szolgáló általános képlet: S = (K × (TM + TS)) + ZG + ZR + CRO, ahol:

• K = megközelítési sebesség (az ISO 13855 szabvány szerint 1600 mm/s)
• TM = a gép vagy rendszer leállítási ideje
• TS = a biztonsági lézerletapogató és az utána következő vezérlőegység válaszideje
• ZG = általános kiegészítés = 100 mm
• ZR = kiegészítés a visszatükrözéssel kapcsolatos mérési hibákhoz
• CRO = kiegészítés a fölényúlás megakadályozására

3. ábra: Az ISO 13855 iránymutatása felhasználható az S300 Mini Standardhoz hasonló biztonsági lézerletapogatók biztonsági mezői (piros) méretének kiszámításához (ábra: SICK)

Automata irányított járművek

Az automata irányított járművek (AGV) gyorsan és hatékonyan, emberi beavatkozás nélkül mozgatják a termékeket az Ipar 4.0-s gyárakban, raktárakban és elosztóközpontokban. Egyes automata irányított járműveknél az akadályok észlelésére kapcsolószalagokat vagy ütközőket használnak. Ez korlátozhatja ezen járművek haladási sebességét, és a csíkok vagy ütközők fizikai sérülést szenvedhetnek, ami cserét igényel, és a jármű egy időre üzemképtelenné válik.

A biztonság, a rugalmasság és a minél nagyobb rendelkezésre állás fenntartása érdekében az automata irányított járművek esetében le lehet cserélni a kapcsolószalagokat és az ütközőket mint elsődleges biztonsági eszközöket, és lehet például lézeres biztonsági letapogatókat használni helyettük az akadályok észlelésére és a biztonságos megálláshoz. Az S300 Mini kis mérete megkönnyíti a beépítését még a legkisebb automata irányított járművekbe is (4. ábra).

4. ábra: Az S300 Mini Standard biztonsági lézerletapogatók kis mérete lehetővé teszi, hogy kis automata irányított járművekre is felszereljék őket (ábra: SICK)

Két biztonsági lézerletapogató használatával megnövelt védett terület alakítható ki. Ha a lézerletapogatókat az automata irányított jármű első sarkaira szerelik, a védett terület a jármű elejére és mindkét oldalára kiterjed. Tegyük fel, hogy a lézerletapogatók átlósan egymással szemben vannak felszerelve a jármű elejére és hátuljára. Ebben az esetben a védett terület minden oldalról körülveszi a járművet, lehetővé téve a biztonságos mozgást mindkét irányban.

Beállítás, felszerelés és karbantartás

A SICK beállító- és diagnosztikai szoftverével (CDS, configuration and diagnostic software) egy asztali vagy hordozható számítógépet használva ki lehet alakítani a védelmi és figyelmeztető mezőket. A szoftver alkalmazások tervezésére és megvalósítására szolgáló felhasználói felülete logikusan kezelhető. A gyors üzembe helyezés és a hatékony hibakeresés érdekében a szoftver kiszámítja és menti az összes beállítást és diagnosztikai adatot. A beállítás és a diagnosztika az üzembe helyezés és a karbantartás során is elvégezhető.

A SICK különböző rögzítőkészleteket is kínál az S300 Mini biztonsági lézerletapogatók fizikai rögzítéséhez. Az 1a készlet (2034324 jelű típus) az alapszintű rögzítőkonzol optikavédő burkolat nélkül, az 1b készlet (2034325 jelű típus) pedig optikavédőt is tartalmaz (5. ábra). Ezenkívül kiegészítő rögzítőkonzolok is használhatók a lézerletapogatók két síkban történő beállításához. Ilyen például a 2. készlet (2039302 jelű típus) és a 3. készlet (2039303 jelű típus). A maximális szögbeállítási lehetőség mindkét síkban ±11°.

5. ábra: Az 1b rögzítőkészlet optikavédő burkolatot is tartalmaz (kép: SICK)

A rögzítőkészletek a sérült letapogatófejek gyors cseréjére is lehetőséget adnak. A csere letapogatófej a rendszerdugóhoz csatlakozik, amely fixen a gépre van rögzítve. A csere letapogatófej a rendszercsatlakozón át azonnal letölti a beállítási adatokat, és átveszi a beprogramozott biztonsági feladatokat, nincs szükség sem átprogramozásra, sem a beállítási adatok kézi letöltésére. Ez egy csatlakoztatáskor elinduló automatikus folyamat, amely minimálisra csökkenti a gép állásidejét.

Összegzés

Az S300 Mini Standard biztonsági lézerletapogatók a biztonsági szőnyegek hatékony alternatíváját jelentik az Ipar 4.0-s gyárakban, raktárakban és elosztóközpontokban, mert egyszerre növelik maximálisra a biztonságot és a termelékenységet. Megfelelnek az IEC 61508, az ISO 13849 és az IEC 61496 munkavédelmi szabványnak, és alkalmasak állandó helyre és mozgó platformra, például automata irányított járműre szerelésre is. Végül pedig az S300 Mini Standard biztonsági lézerletapogatók rugalmas és gyors beállítást, felszerelést és karbantartást tesznek lehetővé.