Kurtyny świetlne i ich praca w układzie sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny z przekaźnikami bezpieczeństwa - część II
Wpis dodano: 2008-02-26
W pierwszej części artykułu, który ukazał się w poprzednim numerze, opisaliśmy Państwu budowę i zasadę działania kurtyny świetlnej, zastosowanie układu kurtyn host-guest oraz możliwość zmiany kierunku promieni za pomocą specjalnych zwierciadeł. W tej części chcemy się skupić na funkcjach bardziej złożonych tzn. funkcje przysłaniania, praca cykliczna, muting.
Funkcje przesłaniania
Jak wspomniano wyżej kurtyna świetlna ze względu na swoja budowę posiada obszar wykrywania o prostokątnym kształcie, określonym jej wysokością oraz odległością montażu pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. W celu zwiększenia możliwości aplikacyjnych, bez konieczności tworzenia układów kilku kurtyn, co jest nieekonomiczne stosowane są funkcje przesłaniania pokazane na rysunku 1.
 |  |  |
| przesłanianie stałe | przesłanianie ruchome | redukcja rozdzielczości |
Rys. 1. Poglądowe przedstawienie funkcji przesłaniania kurtyny świetlnej
W ogólnym wypadku kurtyna świetlna zastępuje osłonę stałą lub ruchomą o tych samych wymiarach. Taka sytuacja ma miejsce w przypadku przesłaniania stałego, przy czym w niektórych konstrukcjach możliwe jest trwałe wyłączenie części promieni świetlnych.
Dla zastąpienia typowej osłony ruchomej wykorzystuje się funkcję przesłaniania ruchomego lub redukcję rozdzielczości.
Kolorem pomarańczowym oznaczono promienie świetlne zdefiniowane standardowo dla danego typu kurtyny. Kolorem ciemnoniebieskim oznaczono wyłączone promienie (dla podkreślenia obszary wyłączone oznaczono jasnymi prostokątami). Kolorem turkusowym oznaczono promienie świetlne znajdujące się w obszarach, gdzie sekcje wyłączanych promieni są przesuwane. Kolorem błękitnym oznaczono promienie znajdujące się w obszarach o zredukowanej rozdzielczości.
Należy jednak wyraźnie zaznaczyć, że kurtyny świetlne nie zastępują w pełni osłon fizycznych stałych i ruchomych, ponieważ:
- nie są w stanie zapewnić ochrony operatora w przypadku emisji lub uderzenia elementami stałymi itd. pochodzących z wnętrza maszyny,
- ponieważ kurtyna nie wymaga otwierania i można ją pokonać bez ograniczeń, konieczne jest ustalenie odległości jej umieszczenia od strefy niebezpiecznej, gwarantującej zatrzymanie maszyny w określonym czasie. (precyzuje to norma PN-EN 999).
Wobec powyższego zastąpienie osłony stałej lub ruchomej kurtyną wymaga analizy ryzyka i może prowadzić do uzyskania przez modernizowana maszynę statusu - "jak nowa", co skutkuje obowiązkiem ponownego zadeklarowania zgodności i oznaczenia CE!
Praca cykliczna
Kolejną złożoną funkcją sterowania kurtyny jest praca cykliczna. Zasada tej funkcji polega na założeniu, że ryzyko zmienia się w czasie cyklu pracy maszyny i tylko w określonych jego częściach należy operatora chronić, przed unikaniem do strefy chronionej. Na rysunku 2. pokazano poglądowe schematy dla dwóch rodzajów takich maszyn. Jak widać w pierwszym wypadku operator wkłada obrabiany detal do maszyny i po odróbce usuwa go z tej samej pozycji. Owocuje to koniecznością dwukrotnego wnikania do obszaru chronionego w czasie każdego cyklu pracy.
 |  |
| Cykl pracy z dwoma naruszeniami obszaru chronionego | Cykl pracy z pojedynczym naruszeniem obszaru chronionego |
Rys.2. Ręczne podawanie i odbieranie detalu do obróbki w maszynie - przykład cyklu pracy.
W drugim przypadku każda z kurtyn jest naruszana tylko raz w czasie cyklu. Są to produkcyjne sytuacje typowe i posiadają one swoje układowe odpowiedniki realizowane w postaci specjalizowanych przekaźników ewaluacyjnych, współpracujących z kurtynami. Oczywiście system sterowania bezpieczeństwem musi współpracować z krzywką i czujnikiem identyfikującymi położenie maszyny w czasie cyklu i zezwalającymi na naruszanie strefy w danym momencie.
Oczywiście wszystkie elementy składowe systemu muszą spełniać wymagania danej kategorii bezpieczeństwa.
Muting
W praktyce przemysłowej niezwykle istotna jest funkcja mutingu, a właściwie wiele funkcji pracy wykorzystujących muting.
Generalnie muting możemy podzielić na szeregowy (rys.3.) i równoległy (rys.4.).
Generalnie muting możemy podzielić na szeregowy (rys.3.) i równoległy (rys.4.).
Rys. 3. Zasada mutingu szeregowego.
Na rysunku 3. przedstawiono w sposób poglądowy szkic rozmieszczenia elementów bezpieczeństwa. Literami "E" i "S" oznaczono pozycję nadajnika i odbiornika kurtyny świetlnej. Chroni ona dostępu do obszaru niebezpiecznego, który poza kurtyną jest otoczony stałym ogrodzeniem ochronnym. Wysokość tego ogrodzenia musi być tak dobrana, aby uniemożliwić dostęp do strefy niebezpiecznej. Odległość do strefy jest również ustalona. Funkcja mutingu pozwala na rozwiązanie problemu wprowadzania detali do wnętrza ogrodzenia, bez konieczności wyłączania maszyny. W tym celu w określonych miejscach zainstalowano optyczne czujniki obecności detalu. W tym konkretnym wypadku są cztery, oznaczone od "M1" do "M4". Możliwe jest również zastosowanie innej ich liczby (od 2 do 4).
Układ kontroli sekwencyjnej będzie oczekiwał, że krawędź początkowa detalu będzie kolejno przesłaniała czujniki, co pozwala zarówno na kontrolę kierunku przejazdu, jak i rozmiarów. Wykresy dla poszczególnych czujników są również na rysunku uwidocznione. W niniejszym układzie główną rolę odgrywają wewnętrzne czujniki M2 i M3, dlatego muszą być one specjalnie wykonane dla układów bezpieczeństwa. Najniżej zamieszczony wykres przedstawia tak zwaną funkcję mutingu, która przyjmuje wartość wysoką od chwili przesłonięcia przez detal czujnika M2, do chwili opuszczenia przez niego światła czujnika M3. W tym przedziale czasu kurtyna świetlna powinna być nieaktywna, co jest też sygnalizowane światłem lampy lub lamp ostrzegawczych.
Przedstawione rozwiązanie techniczne pozwala na identyfikację przejazdu detalu o określonych gabarytach, do pewnego stopnia kształcie oraz sygnalizację przebiegu procesu.
Układ jest dodatkowo wyposażony w przycisk rozpoczynający sekwencję, który powinien być tak umieszczony, aby nie był dostępny z wnętrza ogrodzenia. Operator naciskający przycisk musi widzieć całą strefę niebezpieczną, ponieważ maszyny nie wyposażono dodatkowo w czujniki obecności wewnątrz ogrodzenia.
Opisany tu rodzaj mutingu nazywamy szeregowym, ponieważ krawędź detalu pobudza kolejno czujniki.
Rys. 4. Zasada mutingu równoległego.
Rysunek 4. przedstawia schematycznie zasadę działania mutingu równoległego. Układ sterowania oparty jest na dwóch czujnikach pomocniczych M2 i M3, które muszą być konstrukcji przeznaczonej do wykorzystania w układach bezpieczeństwa. Pozwalają one we współpracy ze specjalizowanym przekaźnikiem bezpieczeństwa na okresowe (robocze) zawieszanie pracy kurtyny świetlnej, w czasie wjazdu detalu do strefy wyznaczonej ogrodzeniem ochronnym.
Zasadą pracy czujników M2 i M3 jest jednoczesne zidentyfikowanie obecności detalu w bezpośredniej bliskości kurtyny. Pobudzenie czujników początkowym brzegiem detalu stanowi zbocze funkcji mutingu, wyłączającej czasowo działanie kurtyny. Opuszczenie przez detal strefy czujników załącza kurtynę ponownie.
W danym wypadku, gdy detal będzie np. nadjeżdżał w pozycji ukośnej, działanie kurtyny nie zostanie zawieszone, co zatrzyma maszynę awaryjnie.
Podobnie jak w poprzednim przykładzie, układ jest dodatkowo wyposażony w przycisk rozpoczynający sekwencję, który powinien być tak umieszczony, aby nie był dostępny z wnętrza ogrodzenia. Operator naciskający przycisk musi widzieć całą strefę niebezpieczną, ponieważ maszyny nie wyposażono dodatkowo w czujniki obecności wewnątrz ogrodzenia.
Znane i stosowane są również inne (w tym mieszane rodzaje mutingu), wykorzystujące np. trzy czujniki. Ich dokładny opis przytaczają podręczniki aplikacyjne i DTR specjalizowanych przekaźników. Zastosowanie trzech czujników pozwala miedzy innymi na identyfikację kierunku ruchu detalu.
Polskojęzycznym odpowiednikiem słowa muting jest przesłanianie, ale ze względów praktycznych bardzo często wykorzystywana jest nazwa oryginalna.
 |  |  |
| element amortyzacyjny | kolumna sygnalizacyjna | przekaźnik ewaluacyjny |
Rys. 5. Wybrane elementy dodatkowego wyposażenia kurtyny.
Realizacja praktycznych aplikacji układów z kurtynami bezpieczeństwa wymaga stosowania dużej liczby elementów dodatkowych, takich jak: specjalne uchwyty, lampy sygnalizacyjne i różnego rodzaju specjalistyczne przekaźniki bezpieczeństwa, jakie pokazano na rysunku 5. Dokładne omówienie ich pełnego asortymentu oraz działania, przekracza jednak możliwości niniejszej publikacji. Wnikliwego czytelnika zachęcamy zatem do lektury dokumentacji poszczególnych urządzeń i strony internetowej www.paragraf34.pl.
Poniżej zatem przedstawiono tylko kilka przykładów poglądowych.
Rys 6. Przykład współpracy kurtyny świetlnej kategorii 4. z przekaźnikiem ewaluacyjnym z funkcją mutingu szeregowego.
Schemat przedstawiony na rysunku 6. ilustruje aplikację w kategorii 4. z mutingiem szeregowym bazującym na czterech czujnikach, jak w przykładzie z rysunku 7.
Wykorzystany tu przekaźnik ewaluacyjny posiada możliwość podłączenia kurtyny o redundantnych wyjściach S1 i S2 oraz czterech czujników mutingu szeregowego (M1-M4). Wejście dla przycisku START, wejście dla sprzężenia zwrotnego aktuatorów i dwa wyjścia bezpotencjałowe. Przekaźnik pozwala na podłączenie dwóch lamp sygnalizujących zawieszanie kurtyny, a także wyjścia do identyfikacji stanu przekaźnika.
Przekaźniki ewaluacyjne z rodziny 3RG7847.. pozwalają na podłączenie portem szeregowym RS 232 mikrokomputera PC w celach diagnostycznych, co stanowi znaczne ułatwienie na etapie rozruchu, serwisu i okresowych kontroli. Oprogramowanie pozwala przykładowo na identyfikację stanu każdego wejścia/wyjścia przekaźnika jako stanu logicznego niskiego lub wysokiego oraz stanu wysokiej impedancji (np. odłączenia się przewodu od zacisku).
Wiele modeli przekaźników bezpieczeństwa umożliwia realizację kilku rodzajów pracy bez zmiany topologii układu sterowania bezpieczeństwem. Zmiana trybu pracy (np. na serwisowy) musi być jednak autoryzowana za pomocą klucza, do którego dostęp jest ograniczony.
Należy pamiętać, że lampy sygnalizacyjne wykorzystane w układzie bezpieczeństwa maszyny powinny być nadzorowane, gdyż ich niesprawność zwiększa ryzyko. Optymalnym miejscem montażu tych lamp są kolumny sygnalizacyjne, jak na rysunku 5.
W celu wyeliminowania zakłóceń pracy maszyny związanych z czynnikami środowiskowymi, jak oddziaływania elektromagnetyczne, wibracje, czy zapylenie należy stosować odpowiednio: właściwe ekranowanie kabli, mocowania amortyzacyjne i procedury konserwacyjne.
Podsumowanie
Kurtyna świetlna jest jak opisano wyżej elementem systemu bezpiecznego maszyny o bardzo dużych możliwościach zastosowań. Wynika to z faktu, że kurtyny są wyposażone w wiele opcji, zarówno sprzętowych, jak i programowych. Przy ich wykorzystywaniu należy jednak pamiętać, że stanowią one istotny element systemu bezpieczeństwa, a więc w procesie projektowania, należy dokładnie uwzględnić ryzyko związane z wykorzystaniem danego modelu (kategoria bezpieczeństwa, rozdzielczość) oraz jego konfiguracją i czasem reakcji.
Projektant musi jednocześnie uwzględnić wiele różnorodnych czynników, jak na przykład rozmiar kurtyny, jej rozdzielczość, układ zagiętych dwoma zwierciadłami promieni (z uwzględnieniem współczynnika pochłaniania), odsprzęglenie sąsiednich kurtyn poprzez wybór różnych kanałów, przesłanianie, praca cykliczna i inne.
Kurtyny są jednak tylko częścią systemu, który musi również stanowić układ kompletny i pozwalający, jako całość spełnić określone z góry (w toku analizy ryzyka) założenia.
kategoria: Artykuły
tagi: kurtyna świetlna; układ sterowania;
Komentarze (0)
Zostaw komentarz: