Fényfüggönyök kiválasztása és vásárlásuk

A fényfüggönyök olyan biztonsági eszközök, amelyek veszélyes mozgó gépek tengelyeinek leállítására szolgálnak, hogy megelőzzék a gép közelében vagy a géppel dolgozó kezelők és más üzemi személyzet sérülését. A fényfüggönyök egy fotoelektromos fénysugarakat generáló rúdszerű sugárzó egységből, és a sugarakat érzékelő vevőegységből állnak (1. ábra). Bármely fénysugár megszakadása jelzi a munkagép vezérlőegységeinek a munkaterületre történt behatolást, és hogy a veszélyes műveleteket vagy le kell állítani, vagy olyan sebességre kell lassítani, amely nem jelent veszélyt az emberi kezelőre. A biztonsági fényfüggönyök használata egyre elterjedtebb, mivel kevésbé zavaróak, és sokkal jobban konfigurálhatók, mint az elkerítésen alapuló elhatárolások.

1. ábra: A mai fényfüggönyök példátlan biztonságot nyújtanak a gépezetek üzemeltetése tekintetében. Sokukat úgy tervezték, hogy leegyszerűsítsék a területérzékelőkön alapuló biztonsági rendszerek cseréjét. (Kép: Design World)

Ez a cikk áttekintést nyújt azokról a szempontokról, amelyeket figyelembe kell venni a fényfüggönyök kiválasztásakor és telepítésekor. Mivel ez egy kritikus tevékenység a biztonság szempontjából, a telepítésük megkezdése előtt meg kell vizsgálni minden vonatkozó országos és nemzetközi szabványt. Még jobb, ha az ember olyan profi szerelő szolgáltatásait veszi igénybe, aki megszokta, hogy ezeknek a szabványoknak megfelelően dolgozzon. Erre a cikkre bevezetésként és útmutatóként kell tekinteni néhány vonatkozó szabványt illetően, valamint amely némi háttérismeretet és segítséget nyújt a tervezési követelmények megvitatásában egy professzionális biztonságirendszer-telepítővel való megbeszélés során.

A veszélyek és kockázatok azonosítása

Bármilyen biztonsági rendszer kiválasztása előtt teljes kockázatértékelést kell végezni a védendő veszélyes gépekre vonatkozóan. Ezzel a gép veszélyes területei és a lehetséges belépési pontok meghatározhatók. A veszélyek kockázati szintjeinek megállapítása egy fontos rész a megfelelő védelmi elemek kiválasztásában.

Minimális érzékelési képesség

A minimális érzékelési képesség alatt az a legkisebb tárgyméret értendő, amelynek észlelése esetén a fényfüggönnyel vezérelt folyamat beindul. A különböző fényfüggönyöknél a fénysugarak különböző távolságban találhatók egymástól. Ha a sugárnyalábok közötti távolság 5 mm, a fényfüggönyön keresztül bárhol áthatoló emberi ujj esetén a gép leállási parancsot kap. Ha a minimális érzékelési képesség azonban 150 mm, akkor az üzemi személyzet bármelyik tagja akár egész karjával is benyúlhat a függönnyel védett területre anélkül, hogy a gépet leállásra késztetné. Az érzékelhető tárgy mérete határozza meg azt, hogy a fényfüggönyt milyen távolságra kell elhelyezni a gép veszélyes részeitől.

Minimális távolság

A védőelemektől ellentétben a fényfüggönyök fizikailag nem akadályozzák meg, hogy egy személy a veszélyzónába benyúljon. Ehelyett, a fényfüggöny parancsot ad a veszélyes művelet megállítására, vagy a gép biztonságos sebességre való csökkentésére. Ez azt jelenti, hogy a fényfüggönyt elég messze kell elhelyezni a veszélyforrástól, hogy a gépeknek legyen idejük megállni, mielőtt a személy elérné azt (2. ábra). Ez a távolság három paramétertől függ: a rendszer általános megállási gyorsaságától, a behatolási távolságtól és a közelítési sebességtől.

2. ábra: Egy fényfüggöny megfelelő kiválasztásához pontosan ki kell számítani a függöny érzékelési területe és a veszélyes gépterület közötti biztonsági távolságot, majd figyelembe kell venni az ezen értékkel megegyező vagy annál nagyobb fenntartható távolságot. Az ilyen távolságok meghatározásához szabványok léteznek, sőt, a biztonsági távolságokra vonatkozó EN ISO 13855 szabványt lerövidítették, hogy az egyre kompaktabb gyártógépeket lehetővé tevő, egyre jobb jellemzőkkel rendelkező függönyök is használhatók legyenek. (Kép: Panasonic Industrial Automation Sales)

A rendszer általános megállási gyorsasága az az idő, amelyre szükség van, hogy a fényfüggönyön keresztül történő behatolás következtében a gép ténylegesen megálljon. Ez magában foglalja az elektromos vezérlőrendszer késését és a tehetetlenségi tényezőket, amelyektől a mozgó gépek tényleges megállási sebessége függ. A rendszer általános megállási gyorsasága a T változóval van jelölve.

A behatolási távolság az a távolság, amellyel az emberi test egy kis része, például egy ujj vagy kéz behatolhat a veszélyzónába a fényfüggöny működésbe lépése előtt. Ez akkor a legfontosabb, ha a minimális érzékelési képesség nagy, ami esetleg azt is jelentheti, hogy csak egy egész emberi test behatolása aktiválná a megállási parancsot. Ilyen esetben egy személy átnyúlhat a fényfüggönyön, de a karja nem állítaná meg a gépet.

A Nemzetközi Szabványügyi Szervezet által létrehozott, a biztonsági távolságokra vonatkozó világszerte alkalmazott EN ISO 13855 szabvány szerint a veszélyzónától való legkisebb távolságot, az S-t a következő egyenlet segítségével kell kiszámítani (mm-ben):

ahol a K egy ember (illetve karjának vagy testének) maximális közelítési sebessége mm/s-ban, a T az általános megállási gyorsaság másodpercben, a C pedig a behatolási távolság mm-ben. A K értékét illetően az EN ISO 13855 szabvány az emberi kar leggyorsabb mozgási sebességét 2000 mm/s-ban határozza meg, míg az emberi test leggyorsabb mozgási sebességét 1600 mm/s-ban.

Tegyük fel például, hogy egy munkacella olyan fényfüggönnyel rendelkezik, amely akár 40 mm átmérőjű tárgyak érzékelésére is képes. A legkisebb távolságot először K = 2000 mm/sec értékkel kell kiszámítani. Ha ez 100 mm-nél kisebb távolságot eredményez (az EN ISO 13855 szabvány szerint), akkor ezt a kapott alacsonyabb értéket figyelmen kívül kell hagyni, és a 100 mm-es értéket kell használni. Ha a kapott érték meghaladja az 500 mm-t (az EN ISO 13855 szerint), akkor a távolságot K = 1600 mm/sec értékkel újra ki kell számítani (a veszélyes területre belépő személyzet sérülésének megelőzése érdekében), és az új, alacsonyabb távolságot lehet használni, feltéve, hogy az nem kevesebb 500 mm-nél. Az ISO 13855 szabványban más érzékelési képességekre vonatkozó értékek is szerepelnek.

Egy robottól való minimális távolság kiszámításakor figyelembe kell venni a robot maximális karkinyúlását. Ennek során nem szabad arra hagyatkozni, hogy a robotprogram a robot mozgását annak teljes munkaterületének csak egy részére korlátozza. A robottengelyeken azonban használhatók végálláskapcsolók egy olyan reteszelőrendszer részeként, amely biztonságosra korlátozza a robot karkinyúlását.

Fényfüggöny alkalmazása megfelelő lesz?

Egy biztonsági rendszer kialakításának kezdeti szakaszában fontos megállapítani, hogy fényfüggöny alkalmazása megfelelő-e. Itt feltétlenül szót kell ejteni a Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság (IEC) és az ISO szerinti szabványkategóriákról. Ezek a biztonsági szabványokat A típusú alapvető biztonsági, B típusú általános funkciójú biztonsági és C típusú gépspecifikus biztonsági szabványok közé sorolják.

Az első szempont az, hogy létezik-e C-típusú szabvány a kérdéses gépi műveletre – és pontosan milyen típusú védelemre van szükség az adott alkalmazás esetében. Valójában a C típusú szabványok gyakran egyszerre egy-egy adott géptípus- és iparág-specifikusak, és ezeket az NFPA, BN, ANSI, RIA vagy más szabályozó testületek határozhatják meg, amelyek az évek során átvették az EN ISO szabványok A-B-C rendszer szerinti osztályozási rendszerét. Ha a gép üzemeltetésére C típusú szabvány vonatkozik, akkor az abban a szabványban foglalt irányelveket kell követni (beleértve a fényfüggönyökre vonatkozóakat is). Azért szükséges így eljárni, mert a C típusú szabványok egyértelműen számszerűsítik egy-egy adott gépfunkcióval kapcsolatos összes veszélyt és minden kockázatcsökkentő intézkedést – ezért az összes kevésbé specifikus szabvány helyett alkalmazhatók. Ha nincs az adott gépi funkcióra vonatkozó C-típusú szabvány, és a fényfüggöny jó megoldásnak tűnik, akkor ki kell számítani a minimális távolságot. Ha a minimális távolságra egy gyakorlatias értéket kapunk, akkor a tervezőmérnök folytathatja a fényfüggöny szükséges műszaki jellemzőinek meghatározását. Ha azonban a hely szűkös, vagy ha egy gépnek jelentős időre van szüksége a leálláshoz, akkor meg kell fontolni más típusú védelem (például fizikai védőberendezések) alkalmazását.

A fényfüggönyök típusai

A nemzetközileg alkalmazott IEC 61496 szabvány a fényfüggönyöket 2-es vagy 4-es típusokba sorolja. A 2-es típusú fényfüggönyök alacsonyabb költségűek, lassabb és kevésbé megbízható elektronikával. Ha egy 2-es típusú fényfüggöny biztonsági áramköreiben hiba lép fel, előfordulhat, hogy az a hiba észlelése előtt egy ideig nem nyújt védelmet. Ezzel szemben a 4-es típusú fényfüggönyök folyamatos automatikus ellenőrzést végeznek a meghibásodások és hibák kiszűrésére. Hiba esetén a rendszer azonnal leállási jelzést ad, vagyis folyamatos biztonsági védelem van érvényben.

A műveletvégzési pontokat felügyelő (POC – Point of Operation Control) fényfüggönyöket úgy tervezték, hogy olyan veszélyes területek közelében legyenek felszerelve, ahol a kezelők gyakran kerülnek interakcióba egy géppel. Ezért ujj-, kéz- és karérzékelésre tervezték őket. Gyakori, hogy a gép oldalain fizikai védőelemeket helyeznek el, az elején pedig POC fényfüggönyt alkalmaznak.

A körkörös védelmi (PAC – Perimeter Access Control) fényfüggönyökel egy biztonsági zóna hozható létre egy emberi beavatkozást nem igénylő gép körül. Ezek általában csak teljes testérzékelés alapján működnek.

Területi hozzáférés ellenőrző (AAC – area access control) rendszerek szintén használhatók ennek a funkciónak a végrehajtására. A PAC-oknál gyakran használnak tükröket, hogy csökkentsék a teljes kerület lefedéséhez szükséges fényfüggöny-elemek számát.

A fényfüggönyök telepítésére vonatkozó nemzetközi szabványok

A fényfüggönyök helyes telepítését számos szabvány tárgyalja. Ha egy üzem egy biztonsági szempontból kritikus rendszerhez telepít fényfüggönyt, akkor közvetlenül ezekre a szabványokra kell hagyatkoznia. Az ISO 13857 a biztonsági távolságok meghatározásával foglalkozik annak megakadályozása érdekében, hogy az emberek végtagjai ne kerülhessenek a veszélyzónákba. A biztonsági távolság függ a becsült kockázattól. Például, ha valaki felfelé nyúl, nem kerülhet 700 mm-nél közelebb a veszélyforráshoz, illetve 500 mm-nél közelebb, ha a sérülésveszély alacsony. Az ISO 12100 a sérülések súlyosságával és a bekövetkezésük valószínűségének megállapításával foglalkozik. A könnyebb sérülés visszafordítható sérülést jelent, például zúzódásokat vagy a körmök letörését, vagy pedig akkora hőmérsékletet és érintkezési időtartamot, amelyek nem érik el az égési sérülést okozó küszöbértéket. Az égési sérüléseket okozó küszöbértékeket az ISO 13732 szabvány tartalmazza, az ISO 14121 szabvány pedig részletesebben ismerteti a kockázatbecslést.

Amint azt már fentebb részleteztük, az ISO 13855 szabvány a védőelemek elhelyezését írja le, az emberi test különböző részeinek megközelítési sebességének figyelembevételével. A fényfüggönyöket illetően ez általában relevánsabb az ISO 13857-nél, mivel a fényfüggönyök nem akadályozzák meg a személyeket egy veszélyzónába történő behatolásban, hanem inkább leállítják a veszélyes műveleteket. Ezért fontos figyelembe venni azt, hogy a fényfüggöny által kiadott stop parancs és a gép tényleges megállása között eltelt idő alatt milyen messzire juthat egy személy. A fénysorompónak a veszélyes folyamattól való minimális biztonságos távolsága a rendszer általános megállási gyorsaságától és a maximálisan lehetséges emberi megközelítési sebességtől függ.

Az ISO 14119 szabvány a fizikai védőberendezésekhez kapcsolódó reteszelőberendezések specifikációjával és kialakításukkal foglalkozik. Bár nem említi kifejezetten a fényfüggönyöket, számos benne tárgyalt alapelv ezeknél is releváns: például az kialakítások létrehozása, hogy a biztonsági rendszer működésbe lépése soha ne hiúsulhasson meg.

Az ISO 14120 magával a fizikai védőelemek specifikációjával és kialakításukkal foglalkozik, ezért kevésbé releváns a fényfüggönyös berendezések esetében. A fényfüggönyöket azonban gyakran kombinálják fizikai védőelemekkel. Például fizikai védőelemekkel megakadályozható a veszélyes zónába való bejutás oldalról, míg a zóna elején fényfüggöny alkalmazható. Ezért tehát az ISO 14120 szabvány figyelembevételére is szükség lehet.

Összegzés

A fényfüggönyök nagymértékben javíthatják a kezelési kényelmet a gépezeteknél mivel szabad rálátást biztosítanak a gép munkaterületére, és lehetővé teszik a kezelők számára, hogy az alkatrészek eltávolításához és szerszámcserék elvégzéséhez a munkaterületet védőburkolatok kinyitása vagy eltávolítása nélkül is megközelíthessék.

A fényfüggönyök azonban nem mindig nyújtanak az előbbiekkel azonos fokú védelmet – különösen a gépi műveletek okozta kilövellő tárgyak ellen.

Azt is fontos megjegyezni, hogy mivel figyelembe kell venni a gépek általános megállási gyorsaságát, a fényfüggönyöket általában távolabb helyezik el a veszélyzónától, mint a védőburkolatokat. Ezek mind fontos szempontok egy megfelelő biztonsági védőelem kiválasztásakor.