Szukaj:

Skaner LS4 - elastyczne definiowanie stref bezpieczeństwa

Wpis dodano: 2008-02-26

Rosnące wymagania dotyczące bezpieczeństwa maszyn i urządzeń stawiają przed producentami czujników bezpieczeństwa wciąż nowe wyzwania. "Stare, dobre" osłony ograniczające dostęp do niebezpiecznych stref maszyny nie satysfakcjonują w wielu wypadkach użytkowników, którzy zmuszeni do podnoszenia wydajności produkcji oczekują rozwiązań pozwalających na przyspieszenie pracy.

W przypadku konieczności wchodzenia pracownika do strefy niebezpiecznej ciągu technologicznego w określonych częściach cyklu pracy maszyny, gdy czasowo zagrożenie nie występuje, przy konieczności otwierania drzwi lub osłony ruchomej zabiera, bowiem zbyt wiele czasu. Nie można jednak obniżyć poziomu bezpieczeństwa obsługi. Rozwiązanie problemu stanowi zastosowanie "wirtualnych" osłon i drzwi, będących czujnikami optycznymi. Są to bariery i kurtyny świetlne, maty naciskowe i chyba najdoskonalsze obecnie rozwiązanie (w sensie potencjalnych możliwości) - skaner laserowy, który działa niejako przestrzennie. Temu właśnie urządzeniu poświęcimy poniższe rozważania.

Zasada działania i budowa skanera

Skaner laserowy działa na zasadzie odbicia promienia laserowego od obiektu, którego położenie jest identyfikowane, jak to pokazano na rysunku 1.

 

 

Zasada działania skanera LS4


Rys.1. Zasada działania skanera LS4. Sc - źródło promieniowania laserowego,
E - odbiornik światła odbitego. Głowica zwierciadlana wykonuje ruch obrotowy,
dzięki czemu promień omiata pole detekcji.

 

 

Rysunek 2. przedstawia pole widzenia skanera. Jest ono zbliżone kształtem do półkola, jednak kąt widzenia jest o 5° większy w każdej strony. Skaner analizuje obecność obiektów znajdujących się jedynie w jednej płaszczyźnie (patrz rysunek5.).
Istotną cechą skanera jest maksymalny dystans rozpoznawania obiektów. Dla stref bezpieczeństwa określony jest on promieniem o długości 4 metrów, dla definiowalnych stref ostrzegawczych zasięg wynosi 15 metrów. Natomiast całkowity maksymalny zasięg lasera wynosi 40 metrów.
Z punktu widzenia bezpieczeństwa istotnym parametrem jest rozdzielczość kątowa skanera wynosząca 0,36°.
Kąt widzenia skanera laserowego


Rys.2. Skaner laserowy LS4-4 posiada 190° kąt widzenia
o rozdzielczości kątowej 0,36°

Na rysunku 3. i 4. zamieszczono wybrane główne charakterystyki skanera: rozdzielczości i współczynnika odbicia w zależności od odległości.

 

 

Rozdzielczość skanera w funkcji odległości


Rys.3.Rozdzielczość skanera w funkcji odległości. Obszar a) dotyczy zakresu działania dla stref bezpieczeństwa (do 4 m), obszar b) dotyczy zakresu działania dla stref ostrzegawczych (do 15 m).

 

Współczynniki odbicia od wybranych materiałów w funkcji odległości


Rys.4. Współczynniki odbicia od wybranych materiałów w funkcji odległości.

 

Zastosowanie więcej niż jednego skanera

 

 

Rys.5. W wypadku zastosowania więcej niż jednego skanera, wykorzystuje się fakt
, iż ich pole widzenia jest płaskie. Aby nie zakłócały się wzajemnie wystarczy
przesunąć ich płaszczyzny działania o co najmniej 100 mm.

Możliwości użytkowe oprogramowania

Skanery laserowe wyposażone są w oprogramowanie konfiguracyjne, które umożliwia ich programowanie, testowanie, dokumentowanie nastaw oraz zabezpiecza przed zabronionymi czynnościami (nieautoryzowaną ingerencją w nastawy).

 

Przykład aplikacji ze zdefiniowanymi dwiema strefami bezpieczeństwa

 

Rys.6. Przykład aplikacji ze zdefiniowanymi dwiema strefami bezpieczeństwa
(SF1 i 2) i dwiema strefami ostrzegawczymi (WF1 i 2).
Kolorem pomarańczowym oznaczono strefy aktywne.

Widok zdefiniowanych stref bezpieczeństwa

Rys.7. Widok zdefiniowanych stref bezpieczeństwa (aktywna strefa jest oznaczona
kolorem czerwonym) i stref ostrzegawczych (aktywna strefa jest oznaczona
kolorem zielonym).
Na rys a) uwidoczniono stan skanera z aktywnymi strefami po stronie lewej
(z punktu widzenia samego skanera),
na rys. b) uwidoczniono aktywne strefy po stronie prawej.

Jak to pokazano na rysunkach 6. i 7. istnieje możliwość daleko idącej modyfikacji wielkości i kształtu stref działania skanera. Konstrukcja umożliwia zdefiniowanie aż czterech par stref (bezpieczeństwa i ostrzegawczych). Naruszenie strefy bezpieczeństwa w każdym przypadku prowadzi do zmiany stanu wyjść bezpieczeństwa, których stan jest "zatrzaskiwany" aż do momentu wykonania świadomej czynności resetu.

Ponieważ obrys strefy bezpieczeństwa jest niewidoczny, każdej z nich towarzyszy strefa ostrzegawcza, która w praktyce minimalizuje częstotliwość przestojów maszyny spowodowaną nieświadomym naruszeniem strefy bezpieczeństwa.

Skaner jest wyposażony w wyjście o programowalnej funkcji, które może zmienic stan, np. w wypadku ingerencji w strefę ostrzegawczą i być wykorzystane do sygnalizacji optycznej lub dźwiękowej.

 

Widok fragmentu okna programu

Rys.8. Widok fragmentu okna programu konfiguracyjnego w opcji definicji tablicy przełączania aktywnych stref.

Wyboru aktywnej strefy dokonuje się wejściami dwustanowymi, których skaner posiada cztery. Aby zwiększyć bezpieczeństwo systemu sterowania można za pomocą specjalnej tabeli (rysunek 8.) zdefiniować nie tylko liczbę wykorzystywanych stref, ale również dopuszczalne przełączenia między nimi, czyli sekwencję bezpieczeństwa. Wybrana konfiguracja jest dokumentowana.

Skaner a bezpieczeństwo maszyn

Skanery laserowe stanowią interesujący z punktu widzenia projektanta element czujnikowy układu sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny. Ze względu na ich duże możliwości konfiguracyjne mogą spełniać zadania nieosiągalne dla innych urządzeń lub zastępować całe zestawy innych czujników (np. barier optycznych) stanowiąc dla nich korzystny ekwiwalent ekonomiczny.

 

Przykładowy schemat aplikacji wykorzystującej skaner LS4

 Rys.9. Przykładowy schemat aplikacji wykorzystującej skaner LS4 oraz prosty przekaźnik ewaluacyjny bezpieczeństwa.

Skaner jest jedynie rodzajem czujnika, więc w większości przypadków nie ma zastosowania jako urządzenie samodzielne. W celu uzyskania w maszynie określonej kategorii bezpieczeństwa oraz stopu należy skaner właściwie włączyć w układ sterowania maszyny. Na rysunku 9. pokazano przykład współpracy skanera LS4 ze specjalistycznym przekaźnikiem ewaluacyjnym 3RG7847-4BB. Przekaźnik ten pozwala między innymi zmienić standard wyjść bezpieczeństwa skanera z elektronicznych (otwarty emiter) na styki bezpotencjałowe. Zachowana jest przy tym kategoria bezpieczeństwa. Przekaźnik pozwala na monitorowanie wykonania polecenia zatrzymania przez aktuatory, dzięki sprzężeniu zwrotnemu.

 

 

Wykorzystanie zmiennych stref bezp. w transporcie wewnętrznym

 

Rys.10. Przykład aplikacyjny wykorzystania zmiennych stref bezpieczeństwa
i ostrzegawczych w transporcie wewnętrznym.

Częstym zastosowaniem skanerów jest zapewnienie bezpieczeństwa w aplikacjach automatycznego transportu wewnątrzzakładowego. Dzięki możliwości zdefiniowania i dynamicznej zmiany czterech zestawów stref bezpieczeństwa oraz ostrzegawczych, możliwe jest dopasowanie wielkości strefy do prędkości przejazdu wózka (przypadek a, b i d z rysunku 10.), jak również kształtu toru jazdy (przypadek c z rysunku 10.).

Gdy wózek porusza się z większą prędkością konieczne jest powiększenie rozmiarów strefy bezpieczeństwa, gdy hamuje, strefa może być zmniejszona. W wypadku pokonywania zakrętu, konieczna jest zmiana kształtu strefy, aby jej obrys nie wszedł w kolizję z krawędziami toru przejazdu. Wybór strefy jest wynikiem działania odpowiednio rozmieszczonych czujników obecności wózka. Wybór ten musi być niezawodny, ponieważ pewność jego działania jest ściśle związana z poziomem zapewnianego bezpieczeństwa.

Dobór wielkości strefy bezpieczeństwa należy obliczyć na podstawie normy PN-EN 999, uwzględniając rozdzielczość skanera, jego czas reakcji oraz przewidywaną prędkość wnikania ciała chronionego w strefę.

Obliczenia te oraz kształt i rozmiary stref powinny być udokumentowane w formie wydruków dołączonych do dokumentacji maszyny. Należy tutaj nadmienić, że skaner jako urządzenie konfigurowalne programowo posiada system haseł ograniczających dostęp oraz zbiór zapamiętujący działania konfiguracyjne. Mechanizmy te wymagane dla konfigurowalnych urządzeń sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny uniemożliwiają nadużycia przy konfiguracji układu bezpieczeństwa.

Podsumowanie

Należy pamiętać, że skaner laserowy jest jedynie rodzajem czujnika i choć posiada znaczne możliwości, to w prawidłowo skonstruowanym układzie bezpiecznego zatrzymania maszyny może stanowić jedynie część układu. Dzięki możliwości zastosowania innych elementów, jak przekaźniki bezpieczeństwa, rygle, przekształtniki ze zintegrowanymi funkcjami bezpieczeństwa itd. Możemy swobodnie skonfigurować układ zdolny spełnić najbardziej wysublimowane wymagania, zarówno w zakresie prawa, jak i oczekiwań Klienta.

Klub Paragraf 34 - co nowego?

Z przyjemnością można powiedzieć, że wzrasta zainteresowanie Klubem www.paragraf34.pl. Zgłaszają chęć przystąpienia do niego liczne osoby w różnych gałęzi przemysłu. Niewątpliwie znaczącym osiągnięciem dla powstającego Klubu jest nawiązanie współpracy z Centrum Bezpieczeństwa Technicznego, o czym świadczy banner na stronie klubowej. Zainteresowane osoby prosimy również o skorzystanie z linku do tej bardzo ważnej dla osób związanych z problematyką bezpieczeństwa maszyn strony internetowej. Marek Trajdos
marek.trajdos@t-system.com.pl

Siemens Sp. z o.o.
Automation and Drives
Technika Łączeniowa n.n.
ul. Żupnicza 11, 03-821 Warszawa
tel. 022 870 90 29
e-mail: elektrotechnika.pl@siemens.com
www.siemens.pl/safety


kategoria: Artykuły

Oceń ten wpis:

Głosy: 2.8/10 (239 głosów)

Komentarze (0) Dodaj swoją opinię
Zostaw komentarz: