Jak vybrat bezpečnostní světelnou zástěnu pro průmyslové stroje

-- 30.05.10 13:15

Bezpečnostní světelné zástěny, vhodně použité v průmyslových strojních aplikacích, mohou chránit a poskytovat požadovanou funkčnost, a tím značně snižovat riziko pro osoby a zařízení.

Bezpečnostní světelné zástěny jsou optoelektronickými zařízeními používanými pro střežení rizika souvisejícího se stroji – potenciálního zdroje nebezpečí – a ochranu osob a zařízení. Každou zástěnu tvoří pole vysílačů světla a odpovídající přijímače, které společně tvoří snímací pole o určitém rozlišení, což je minimální velikost objektu, který bezpečnostní zástěna dokáže spolehlivě detekovat. Bezpečnostní světelné zástěny detekují přítomnost neprůhledného objektu, jako je dlaň, paže nebo noha, v případě, že přeruší světelný paprsek. Bezpečnostní světelné zástěny se dodávají v různých provedeních s různou úrovní ochrany a nabízenými funkcemi a představují flexibilní řešení pro širokou řadu aplikací.

Vhodnými aplikacemi by mohly být ty, které vyžadují určitou míru přístupu k místu obsluhy nebo střeženému nebezpečí, a toto nebezpečí by mělo být možno deaktivovat během krátkého okamžiku odpojením od přívodu elektrické energie nebo signálu. Jde například o mechanické nebo hydraulické lisy, formovací lisy, razicí a tvářecí lisy a stroje pro automatickou montáž. Při výběru světelné zástěny, která má být součástí robustního řešení střežení stroje, je nutno pečlivě zvážit několik faktorů – jako je míra přítomného rizika, možnosti instalace, požadované rozlišení a funkční vybavení.

Míra rizika

Světelná zástěna by se měla v prvé řadě vybírat podle míry rizika, kterou aplikace představuje. Norma IEC 61496-1/-2 definuje požadavky na provedení, konstrukci a zkoušení dvou tříd bezpečnostních světelných zástěn: třídy 2 a třídy 4. Vhodná třída pro danou aplikaci se určí na základě posouzení rizika. Bezpečnostní světelné zástěny třídy 2 jsou cenově výhodným řešením pro obvyklé aplikace střežení s nízkým rizikem, kde by nehoda měla za následek lehké zranění. Světelné zástěny třídy 2 jsou obecně vybaveny jedním mikroprocesorem a pro zajištění integrity bezpečnostní funkce využívají zejména metodu vyloučení chyb nebo FMEA. Světelné zástěny třídy 2 mají také širší efektivní úhel otevření (Effective Aperture Angle – EAA), neboli zorné pole, než zástěny třídy 4.

I když větší efektivní úhel otevření usnadňuje seřízení vysílače a přijímače, zároveň  způsobuje jejich větší náchylnost k optickým zkratům. Světelné zástěny třídy 2 jsou ideální pro aplikace s omezeným rizikem zranění, které však přesto vyžadují určité střežení, jako jsou například malá montážní zařízení, automatická výrobní zařízení, stolní robotické pracovní buňky, přemisťovací stroje, malé balicí stroje, ochrana zařízení a doplňkové střežení. Bezpečnostní zástěny třídy 4 splňují požadavky norem OSHA nebo ANSI na spolehlivost kontroly a měly by být volbou pro aplikace s vyšším rizikem, kde hrozí těžké zranění nebo usmrcení. Tyto světelné zástěny dosahují vysoké míry tolerance vůči chybám díky redundanci a monitorování, dodávají se v odolnějších pouzdrech a s větší nabídkou funkcí.

Instalace

Bezpečnostní světelné zástěny musí být instalovány mezi nebezpečí hrozící od stroje a obsluhu, v souladu s požadavky přijatých norem, tak aby stroj přestal být nebezpečný dříve, než se s ním obsluha dostane do styku. Adekvátní (bezpečnostní) odstup – vzdálenost mezi snímacím polem a nebezpečím, musí být určen, podle rychlosti ruky/těla, reakční doby stroje, reakční doby světelné zástěny a detekční schopnosti světelné zástěny. Tyto zástěny jsou dodávány s pouzdry o různých velikostech a míře odolnosti a i jejich vlastnosti by se měly při výběru vzít v úvahu. Světelné zástěny s menším průřezem a nízkým profilem („bez mrtvé zóny“) lze příhodně nainstalovat na rám stroje bez vytváření mezer ve snímacím poli.

Větší a robustnější světelné zástěny dokážou ustát fyzické nárazy od obrobků, například plechů.Detekční schopnost je parametr popisující velikost objektu, který bezpečnostní světelná zástěna umí spolehlivě detekovat. Je určující pro fyzické umístění světelné zástěny. Detekční schopnost, označovaná také jako rozlišení, je schopnost optického systému spolehlivě detekovat objekt. Detekční schopnost je dána průměrem paprsku a rozestupem sousedních paprsků a je základem pro klasifikaci bezpečnostních světelných zástěn. Světelné zástěny s vysokým rozlišením umí detekovat prst nebo dlaň a jsou ideální pro aplikace, kde je žádoucí co nejmenší bezpečnostní odstup.

Zástěny se středním rozlišením umí detekovat paži nebo kotník a jsou dobrou volbou pro plošné střežení. Zástěny s nízkým rozlišením umí detekovat trup a využívají se pro aplikace obvodového a přístupového střežení. Světelné zástěny s vysokým a středním rozlišením lze orientovat v jakémkoli směru, avšak zástěny s nízkým rozlišením lze obvykle používat pouze ve vertikálním směru.

Výběr dalších funkcí

Při výběru bezpečnostní světelné zástěny pro aplikaci střežení stroje je zapotřebí vzít v úvahu funkce, jako je ztlumení, zaclonění, automatické nebo ruční resetování (výstupní režim přerušení nebo uzavření) a požadované rozlišení, možnosti instalace a míru rizika.

Výstupní režim:Nejrůznější funkce lze použít k vyladění bezpečnostní světelné zástěny pro potřeby každé aplikace. Například výstupní režim lze nastavit buď na automatické, nebo ruční resetování (známé také jako přerušení nebo uzavření). U automatického resetování, které se obecně používá pro aplikace, kde se přítomnost obsluhy snímá neustále, se světelná zástěna resetuje automaticky poté, co ze snímacího pole zmizí příčina jeho přerušení. Ruční resetování, obvykle využívané u aplikací, kdy obsluha projde snímacím polem do střežené oblasti, vyžaduje ruční resetování světelné zástěny po odstranění příčiny přerušení. Po resetování světelné zástěny, buď automatickém, nebo ručním, může stroj opět vstoupit do pracovního cyklu pomocí prostředků běžného spuštění.

Skenovací frekvence:Většina bezpečnostních světelných zástěn je vybavena funkcí umožňující uživateli změnit skenovací frekvenci nebo skenovací kód paprsků infračerveného světla. Je to proto, aby se předešlo interferenci od jiných zdrojů infračerveného světla, které by mohly způsobovat občasné zastavování stroje. Uživatel musí určit, zda povolení této funkce zvyšuje reakční dobu světelné zástěny, což by vyžadovalo zvýšit bezpečnostní odstup.

Zaclonění: U určitých aplikací může být u bezpečnostních světelných zástěn s vysokým nebo středním rozlišením žádoucí ignorovat objekty o předem určené maximální velikosti. Tato schopnost, označovaná jako zaclonění, umožňuje objektu přerušit daný počet paprsků, aniž by došlo k zastavení signálu nebo ovlivnění schopnosti chránit obsluhu. Existuje několik druhů zaclonění: Snížené rozlišení umožňuje blokovat každý druhý paprsek nebo dvojici paprsků, zatímco plovoucí zaclonění umožňuje zablokování jen jednoho nebo dvou paprsků (tzn. určený počet). U pevného zaclonění se „zafixovaná“ oblast musí blokovat nebo způsobovat zablokování. Přesné zaclonění se podobá pevnému zaclonění, ale je vázáno na „přesný“ počet paprsků, a nikoli na místo.

Ztlumení: Další funkcí často spojovanou se světelnými zástěnami je funkce ztlumení, což je dočasné automatické deaktivování bezpečnostního světelného systému během bezpečné fáze cyklu stroje, umožňující přísun materiálu ke stroji nebo procesu. Obvykle se funkce ztlumení využívá u operací ručního vyjímání nebo vkládání během bezpečné fáze cyklu stroje a pro automatické procesy přísunu a výstupu materiálu do robotické buňky a z ní.

Mike Carlson je marketingový manažer pro bezpečnostní produkty společnosti Banner Engineering, www.bannerengineering.com/safety.Upravil Mark T. Hoske, časopisu Control Engineering, www.controleng.com.

Autor: Mike Carlson, Banner Engineering