Optyczne urządzenia bezpieczeństwa

Optyczne urządzenia bezpieczeństwa stosowane w celu wykrycia obecności osób lub przedmiotów w strefie zagrożenia. Kurtyna świetlna posiada kilka wiązek światła podczerwonego umieszczonych blisko siebie, natomiast siatka (bariera) świetlna składa się z maksymalnie czterech wiązek. Kurtyny świetlne są często wybierane w przypadku niewielkich odległości, natomiast siatki (bariery) świetlne w przypadku większych odległości. Urządzenie optyczne bezpieczeństwa można zastosować jako zabezpieczenie wewnątrz lub wokół strefy zagrożenia. Jeżeli dojdzie do przerwania wiązki świetlnej, maszyna stwarzająca zagrożenie umieszczona wewnątrz zabezpieczonego obszaru otrzyma podwójny sygnał zatrzymania.

Osłony świetlne Orion to mniejsza złożoność, niższe koszty i minimalizacja czasu przestoju

Kurtyna świetlna czy bariera świetlna?

Muting

Wygaszanie

Resetowanie

Wymagania bezpieczeństwa wobec osłon świetlnych

Przegląd osłon świetlnych Orion

pdf

Jaka jest różnica między kurtyną a barierą świetlną?

Bariery świetlne posiadają tylko jedną, dwie, trzy lub cztery wiązki świetlne, podczas gdy kurtyny świetlne emitują kilkanaście lub nawet kilkadziesiąt promieni świetlnych umieszczonych blisko siebie. Najmniejszą odległość pomiędzy wiązkami posiadają kurtyny przeznaczone do wykrywania palców. W przypadku takich kurtyn rozdzielczość wynosi 14 mm. Wiązki w barierach świetlnych są zazwyczaj umieszczone w odległości od 300 do 500 mm od siebie.

O wyborze kurtyny lub bariery świetlnej decyduje zwykle oferowana odległość bezpieczeństwa, zasięg działania i cena. Kurtyny świetlne są najczęściej wybierane przy małych odległościach bezpieczeństwa (odległościach minimalnych). Bariery świetlne są wybierane do większych odległości bezpieczeństwa (odległości minimalnych), większego zasięgu, wynoszącego do 40 m, oraz z uwagi na niższą cenę.

Kurtyna świetlna do małych odległości bezpieczeństwa

Kurtyna świetlna może być stosowana w urządzeniach lub liniach produkcyjnych — pełni taką samą funkcję jak osłona z ryglowaniem. Istotna różnica między nimi polega na działaniu w sytuacji zagrożenia. W przypadku niewielkiej odległości bezpieczeństwa pomiędzy zamontowaną kurtyną świetlną a niebezpieczną maszyną występuje wysokie ryzyko przypadkowego wtargnięcia w obszar roboczy maszyny. Jeżeli w przypadku takiego wtargnięcia niebezpieczny ruch maszyny nie zostanie zatrzymany, szanse na uniknięcie obrażeń są znikome.

Dlatego bardzo ważne jest, aby cały tor sygnałowy w obwodzie zatrzymywania był redundantny i nadzorowany. Nawet zawory i styczniki, które stanowią końcowe elementy wykonawcze niebezpiecznych ruchów maszyn, powinny również być redundantne i nadzorowane.

Przepisy dotyczące odległości bezpieczeństwa są określone w poszczególnych normach typu C, takich jak norma PN-EN 692 dla pras mechanicznych. W przypadku braku normy typu C należy stosować normę PN-EN ISO 13855.

Maszyny automatyczne

Kurtyny świetlne do maszyn automatycznych powinny mieć funkcję resetowania, która jest aktywna po przełączeniu urządzenia w tryb pracy automatycznej, bez względu na to, czy kurtyna posiada możliwość zawieszania działania. Po naruszeniu kurtyny świetlnej wymagane jest najpierw użycie funkcji resetowania, a następnie ponowne rozpoczęcie cyklu za pomocą oddzielnego urządzenia uruchamiającego. Taki sam sposób resetowania dotyczy również maszyn z napędem półautomatycznym.

Ochrona operatora maszyn z obsługą ręczną

Maszyny z obsługą ręczną, obejmującą wkładanie i wyjmowanie detali przez jednego lub więcej operatorów pomiędzy cyklami roboczymi, stwarzają najwięcej sytuacji zagrożenia spośród maszyn, dla których stosowane są kurtyny świetlne. Jest to spowodowane tym, że kontakt operatora ze strefą niebezpieczną maszyny występuje nierzadko kilka razy w ciągu minuty.

Kurtyny świetlne na prasach

Kurtyny świetlne są powszechnie stosowanym zabezpieczeniem przy obsłudze pras mechanicznych i z tego względu dostępnych jest sporo szczegółowych informacji dotyczących korzystania z kurtyn świetlnych na prasach (patrz następny akapit „Praca cykliczna z użyciem kurtyny świetlnej”). Na prasach dozwolone jest stosowanie tylko kurtyn kategorii 4.

Resetowanie

Od strony lub stron wykonywania czynności obsługowych, tj. w miejscu, gdzie operator podaje i odbiera detale, musi być dostępna niezależna funkcja do resetowania kurtyny, zwykle w postaci przycisku. W przypadku stosowania kilku kurtyn świetlnych, np. z przodu i z tyłu maszyny, należy zapewnić możliwość resetowania każdej z nich. Jeżeli kurtyna świetlna zostanie aktywowana podczas wykonywania niebezpiecznego ruchu, ponowne załączenie prasy powinno być możliwe dopiero po uprzednim zresetowaniu kurtyny. W przypadku naruszenia strefy niebezpiecznej po zakończeniu cyklu nie jest wymagane resetowanie.

Praca cykliczna z użyciem kurtyny świetlnej

Praca cykliczna to koncepcja obsługi wymagająca odpowiedniego zaprojektowania maszyny. Opiera się ona na założeniu, że nowy cykl pracy jest rozpoczynany przez naruszenie kurtyny świetlnej. Jednokrotne włożenie dłoni do i zabranie jej z obszaru wykrywania definiowane jest jako takt. Rozróżnia się pracę cykliczną jednotaktową i dwutaktową. W przypadku pracy jednotaktowej nowy cykl jest rozpoczynany po jednokrotnym naruszeniu kurtyny świetlnej, zaś przy pracy dwutaktowej, gdy kurtyna została naruszona dwukrotnie. Operator obsługuje tu urządzenie przez podawanie i odbieranie detali.

Funkcja „Praca cykliczna” jest dostępna w większości pras mechanicznych. Ponieważ jednak uruchomienie prasy odbywa się bez stosowania jakichkolwiek elementów sterowniczych, związane jest to z określonymi zagrożeniami, więc przed uruchomieniem maszyny musi być spełnionych wiele warunków.

Prasy o mniejszych rozmiarach, bez strefy chronionej naruszanej przez wchodzącego operatora, objęte są regulacjami, które wprowadzają następujące ograniczenia: wysokość stołu nie może być niższa niż 750 mm, skok suwaka prasy nie może być większy niż 600 mm, a głębokość stołu prasy nie może być większa niż 1000 mm. Kurtyna świetlna powinna posiadać rozdzielczość równą 30 mm lub większą. Jeśli w ciągu około 30 sekund po zakończeniu cyklu prasa nie zostanie uruchomiona, nowy cykl będzie mógł być rozpoczęty dopiero po ręcznym zresetowaniu kurtyny. W przypadku maszyn z pracą cykliczną montaż kurtyny świetlnej musi odpowiadać parametrom maszyny i być zgodny ze wszystkimi odnośnymi normami i przepisami.

Montaż kurtyny świetlnej

Kurtyna musi być zamontowana tak, aby wyeliminować zagrożenie pochwycenia lub zgniecenia spowodowane niezadziałaniem kurtyny przy sięganiu do strefy roboczej. Najważniejsze jest, aby podczas pracy cyklicznej dostęp do strefy zagrożenia pod i nad kurtyną, a także z boków prasy był uniemożliwiony. Dolna krawędź kurtyny musi znajdować się nieznacznie poniżej krawędzi stołu prasy. Również w przypadku występującej otwartej przestrzeni ponad kurtyną należy dobrać wysokość kurtyny tak, aby uniemożliwić dostęp ponad strefę wykrywania kurtyny (patrz norma ISO 13855). Regulacja fizycznego położenia kurtyny powinna być możliwa w ograniczonym zakresie, aby ruchy niebezpieczne znajdowały się poza zasięgiem operatora.

Odstęp między strefą wykrywania kurtyn świetlnych a mechanicznymi elementami maszyny powinien wynosić maksymalnie 75 mm, aby uniemożliwić operatorowi przebywanie tam. W praktyce w celu spełnienia tego wymogu oraz zapewnienia wymaganej odległości bezpieczeństwa stosuje się np. dodatkowe osłony mechaniczne lub dodatkowe kurtyny świetlne umieszczone poziomo, służące do wykrywania wejścia operatora do obszaru chronionego. Innym rozwiązaniem są leżące lub kątowe kurtyny świetlne.

Muting (zawieszenie działania zabezpieczeń)

Zawieszenie działania zabezpieczeń może być konieczne z różnych powodów. Jedną z najczęstszych sytuacji, w których wymagane jest zawieszenie działania zabezpieczeń, jest przemieszczanie materiałów przez strefę ochronną, realizowane za pomocą przenośnika, automatycznie sterowanego pojazdu (AGV) itp. Zawieszenie działania jest często stosowane w wypadku konieczności wejścia do strefy zagrożenia z manipulatorem trójpozycyjnym.

Istotne jest, aby zawieszenie działania zabezpieczeń zapewniało bezpieczeństwo, brak możliwości pomyłkowego załączenia i było trudne do ominięcia. Innymi słowy, funkcja ta powinna gwarantować niezawodne zawieszenie działania urządzenia przy wjeździe urządzeń ładunkowych, lecz blokować dostęp dla osób. Do zapewnienia najwyższego poziomu bezpieczeństwa niezbędne jest użycie systemu zdwojonego i monitorowanego zawieszenia działania zabezpieczeń (zazwyczaj realizowanego z użyciem co najmniej dwóch niezależnych sygnałów). Jeśli stosuje się czujniki, zaleca się używanie czujników różnego typu, aby zmniejszyć prawdopodobieństwo ich jednoczesnego nieprawidłowego działania wskutek np. uszkodzenia spowodowanego wspólną przyczyną.
Przykładowym rozwiązaniem jest zastosowanie mechanicznego wyłącznika krańcowego oraz czujnika fotoelektrycznego.

Aby uniknąć celowego omijania czujników lub sygnałów mutingu bądź manipulowania nimi, w układzie stosuje się przekaźnik lub sterownik PLC bezpieczeństwa, który monitoruje, czy oba czujniki są włączane i wyłączane w każdym cyklu zawieszenia działania.

Liczba możliwych konfiguracji układów mutingu jest praktycznie nieograniczona i zależy od konkretnych wymagań poszczególnych urządzeń lub maszyn. Kurtyny Focus II oferują szereg dostępnych opcji zawieszania działania.

Wygaszanie

Wygaszanie polega na trwałym wyłączeniu określonej liczby wiązek w strefie wykrywania kurtyny świetlnej. Funkcja ta jest dozwolona i stosowana w przypadkach, gdy w strefie wykrywania umieszczony jest na stałe obiekt o wymiarze większym niż rozdzielczość kurtyny. Dzięki funkcji wygaszania obiekt taki nie powoduje dezaktywacji wyjść bezpieczeństwa (OSSD). Usunięcie obiektu ze strefy wykrywania powoduje dezaktywację wyjść bezpieczeństwa.

Funkcja wygaszania posiada różne nastawy zakresu tolerancji do kompensacji przemieszczeń lub drgań obiektów przesłaniających strefę wykrywania.

Jedna z nastaw tolerancji, określana jako „wygaszanie zmienne”, umożliwia zdefiniowanie celowo zablokowanego obszaru, który może być przesuwany w obrębie strefy wykrywania podczas pracy maszyny. Pozostałe wiązki światła są aktywne i zapewniają normalną ochronę, lecz często o zmniejszonej rozdzielczości.

Przy stosowaniu funkcji wygaszania bardzo ważne jest, aby kurtyna świetlna zapewniała wymaganą ochronę i wykrywanie tak małych obiektów jak palec czy dłoń, zależnie od swojej rozdzielczości, w każdym miejscu poza strefą, która została wyłączona wskutek znajdującego się tam na stałe obiektu. Funkcja wygaszania może wymagać użycia dodatkowej osłony stałej lub zapewnienia dodatkowej minimalnej odległości od niebezpiecznego ruchu maszyny.

Włączenie funkcji wygaszania musi wymagać użycia klucza, narzędzia lub podobnego urządzenia odblokowującego.

Resetowanie — trzy alternatywne sposoby

Nadzorowane resetowanie ręczne

Po naruszeniu kurtyny lub bariery świetlnej zostanie wygenerowany sygnał zatrzymania niebezpiecznych maszyn wewnątrz obszaru chronionego. Może się również zapalić wskaźnik resetowania. Ponowne uruchomienie maszyny wymaga zresetowania kurtyny lub bariery świetlnej. Jest to realizowane za pomocą przycisku resetowania, który powinien być umieszczony w miejscu umożliwiającym nadzór całego obszaru zagrożenia i do którego dostęp nie jest możliwy ze strefy chronionej. Funkcji resetowania stawiane są wysokie wymagania — wystąpienie zwarcia lub usterki elementu nie może powodować automatycznego resetowania. Użycie przycisku resetowania powoduje załączenie wyjść oraz wygaszenie wskaźnika resetowania.

Nadzorowane resetowanie ze zwłoką

Nadzorowane resetowanie ze zwłoką (resetowanie wstępne) jest stosowane, aby uniemożliwić wykonanie resetowania z zewnątrz strefy chronionej bez uprzedniego potwierdzenia, że w chronionym obszarze nie znajdują się osoby będące poza zasięgiem wzroku. W celu zresetowania wiązki światła (patrz rysunek) należy najpierw nacisnąć przycisk 1, a następnie w ciągu określonego czasu, np. 5 sekund, nacisnąć przycisk 2. Sposób ten jest szczególnie zalecany w przypadkach, gdy część obszaru chronionego przez wiązkę świetlną nie jest widoczna.

Resetowanie automatyczne

Resetowanie automatyczne jest stosowane przy wykorzystywaniu wiązki światła do monitorowania określonego obszaru. Naruszenie wiązki światła może oznaczać na przykład obecność robota w danym obszarze. Wejście jakiejś osoby do tego samego obszaru, np. przez bramkę, powoduje zatrzymanie robota. Gdy wiązka światła przestanie być naruszana, układ sterowania zostanie automatycznie zresetowany.

Jakie są wymogi bezpieczeństwa wobec osłony świetlnej?

Wysokie wymagania dotyczące bezpieczeństwa określono w normie PN-EN 61496-1, poświęconej zabezpieczeniom świetlnym. Główne wymogi dotyczą bezpiecznego zatrzymania maszyny, a także tego, aby na działanie funkcji bezpieczeństwa nie wpływały promienie ze źródeł światła innych niż nadajnik ani inne zakłócenia.

W zależności od sposobu działania funkcji bezpieczeństwa wyróżnia się elementy bezpieczeństwa typu 2 i 4. Typy 2 i 4 stanowią zasadniczo odpowiedniki kategorii bezpieczeństwa 2/PL c oraz kategorii 4/PL e według normy PN-EN ISO 13849-1.

W przypadku typu 4, o najwyższym poziomie bezpieczeństwa, na działanie funkcji bezpieczeństwa nie może wpływać żadna usterka, a do wykrywania błędu muszą być stosowane jedynie wyjścia bezpieczeństwa o natychmiastowym przełączeniu i pozostające otwarte po rozłączeniu. Maksymalny dopuszczalny kąt rozproszenia światła wynosi ±2,5°.

Dla typu 2 przewiduje się wymóg stosowania uproszczonej, lecz monitorowanej funkcji bezpieczeństwa, tj. z okresowym sprawdzaniem, czy funkcja bezpieczeństwa realizuje rozłączenie wyjścia przy wystąpieniu błędu. W okresach pomiędzy tymi kontrolami mogą jednak występować błędy powodujące nieprawidłowe działanie elementu związanego z bezpieczeństwem. Monitorowanie działania może być realizowane za pomocą funkcji zintegrowanej w urządzeniu ochronnym lub inicjowane przez zewnętrzny moduł kontrolny (np. system sterowania maszyny). Maksymalny dopuszczalny kąt rozproszenia światła wynosi ±5°.

Bariery i kurtyny świetlne umieszczone są w wykazie produktów w załączniku 4 dyrektywy maszynowej, co oznacza konieczność poddania ich certyfikacji przez zewnętrzną, akredytowaną jednostkę certyfikującą.