Wiele maszyn przemysłowych wymaga stosowania rozwiązań gwarantujących ochronę operatorów oraz pracowników utrzymania ruchu, prowadzących prace konserwacyjno-serwisowe. O uwzględnieniu odpowiednich środków zabezpieczających mówi również dyrektywa maszynowa.
W tym zakresie rynek oferuje urządzenia bazujące na technologii optoelektronicznej. Zalicza się do nich między innymi optoelektroniczne kurtyny bezpieczeństwa. Nasuwa się pytanie: czy pomimo stosunkowo niskiej ich ceny zyskuje się bogatą funkcjonalność, szerokie spektrum zastosowań, uniwersalność oraz pewność działania?
Kurtyny optoelektroniczne składają się z nadajnika i odbiornika. Zadanie nadajnika to emitowanie w kierunku odbiornika strumienia świetlnego. Tym sposobem powstaje tzw. strefa wykrywania. Gdy dochodzi do przekroczenia wyznaczonego pola, kurtyna generuje sygnał, który używany jest do uruchomienia zabezpieczenia lub wyłączenia maszyny.
Cechy kurtyn
Optoelektroniczne kurtyny bezpieczeństwa pozwalają na precyzyjne wyznaczenie strefy przy niewielkich rozmiarach zastosowanych urządzeń. Kluczowe miejsce zajmuje zminimalizowanie obszaru martwej strefy od strony złącza. W razie potrzeby można zastosować dwie kurtyny w kształcie litery „L”. Kurtyny można instalować także kaskadowo.
W przypadku, gdy w bliskiej odległości pracuje kilka kurtyn, konieczne jest wyeliminowanie wpływu jednego nadajnika na inne. Istotną rolę ogrywa wtedy kodowanie, które polega na odróżnianiu strumienia własnego nadajnika od pozostałych.
Na rynku nabyć można również optoelektroniczne kurtyny przeznaczone do aplikacji, które wymagają pomiaru oraz identyfikacji obiektu. Stąd też urządzenia tego typu bardzo często znajdują zastosowanie w procesach związanych z kontrolowaniem wymiarów, wykrywaniem obiektów, zliczaniem przedmiotów oraz definiowaniem pozycji. Tym sposobem zyskuje się możliwość używania kurtyn w miejscach narażonych na wystąpienie wody lub pary. Dodatkowo obudowa wyposażona jest w zawór, który ma na celu zapobieganie wilgoci i kondensacji. Na rynku dostępne są modele obudów wodoszczelnych z kontrolowaną grzałką do systemów pracujących w ujemnej temperaturze. Urządzenia te bardzo często stosowane są na zewnętrz budynków oraz w chłodniach. Np. podstawowe cechy obudów WT i WTH firmy Reer to:
- fabrycznie wyprowadzone kable elektryczne o długości 10 m,
- stopień ochrony: IP 67,
- odporność na ciśnienie wody: do 40 barów,
- temperatura pracy: od 0ºC do 55ºC (modele WT),
temperatura pracy: -20ºC do 55ºC (modele WTH).
W kurtynach istotną rolę odgrywa również funkcja tzw. pracy taktowej, która najczęściej znajduje zastosowanie w prasach. W praktyce rozróżnia się dwa rodzaje pracy taktowej. Z jednej strony jest to praca jednotaktowa, zaś z drugiej praca dwutaktowa. Funkcje różnią się liczbą przerwań pola działania kurtyny (jeden raz lub dwa razy).
Konfiguracja kurtyn serii EZ-SCREEN nie wymaga komputera. Odbywa się ona przy użyciu siedmiosegmentowego, diagnostycznego wyświetlacza LED oraz przełączników znajdujących się na obudowie. W kurtynach tych można wygasić część promieni świetlnych, które mogą zostać przysłonięte przez elementy maszyny. Modele te nie wymagają synchronizacji, co w zdecydowany sposób upraszcza instalację.
Kategorie bezpieczeństwa kurtyn
Dostępne na rynku kurtyny bezpieczeństwa, w zależności od modelu, mogą być stosowane w aplikacjach wymagających rożnych kategorii bezpieczeństwa. Warto posłużyć się konkretnym przykładem. Kurtyny bezpieczeństwa z serii ARTScan2000 służą do zabezpieczania osób w aplikacjach niskiego ryzyka (kategoria 2 wg EN954-1), takich jak: maszyny tekstylne, maszyny dla przemysłu drzewnego, czy też ochrona dostępu. Produkowane są zgodnie z normami EN61496-1 i IEC61496-2 i spełniają wymagania zawarte między innymi w dyrektywie maszynowej – 2006/42/WE, dyrektywie niskonapięciowej – 2006/95/WE oraz w dyrektywie EMC –2004/108/WE.
Kurtyny ARTScan5000 to urządzenia kategorii 4. (modele proste) oraz kategorii 3. (modele w kształcie „T” lub „L”). Służą one do zapewnienia bezpieczeństwa osób w przypadku zetknięcia z niebezpiecznymi maszynami i elementami aż do ryzyka klasy 4. Kurtyny tego typu stosuje się najczęściej w prasach metalu oraz robotach.
Modele ARTScan 7000 uwzględniają wymagania najnowszych standardów bezpieczeństwa (IEC61496, EN61496-1) i są w stanie zapewnić bezpieczną pracę tzw. aplikacji wysokiego ryzyka aż do kategorii 4. (PN-EN954-1), takich jak prasy, roboty i inne potencjalnie niebezpiecznie maszyny. ARTScan 7000 znajduje również zastosowanie w tzw. systemach średniego ryzyka, czyli paletyzerów, owijarek, linii automatycznych itp.
Jak dobierać kurtyny
Decydując się na zastosowanie optoelektronicznych kurtyn bezpieczeństwa, warto zwrócić uwagę na kilka ważnych czynników. Z jednej strony są to kryteria dotyczące aspektów związanych z ochroną człowieka, zaś z drugiej – istotna jest współpraca z innymi urządzeniami oraz odporność na działanie czynników zewnętrznych.
Kluczowy czynnik stanowi określenie obszaru wykrywania. Chodzi przede wszystkim o wysokość chronioną.
Dostępne na rynku kurtyny pozwalają na ochronę do wysokości 2050 mm. Należy również zwrócić uwagę na odpowiednią rozdzielczość kurtyny, czyli:
- rozdzielczość 14 mm dla wykrywania palców,
- rozdzielczość 20–30–40 mm dla wykrywania dłoni,
- rozdzielczość 50–90 mm dla wykrywania obecności człowieka w strefie zagrożenia (detekcja kończyn),
- 2–3–4 wiązki dla wykrywania obecności w aplikacjach kontroli wejścia.
Dobierając kurtyny do wyznaczania stref, należy zwrócić szczególną uwagę na odpowiednią kategorię bezpieczeństwa oraz właściwe określenie odległości pomiędzy kurtyną a niebezpiecznym obszarem.
Jedną z kluczowych kwestii stanowi właściwe dobranie parametrów instalacyjnych i sterujących. Ważne jest bowiem odpowiednie złącze sygnałowe oraz sposób montażu.
Nie mniej istotne pozostają również cechy, które decydują o stosowaniu w warunkach przemysłowych. Specjalnie wykonane obudowy zapewniają odporność na wnikanie kurzu i cieczy. Niektóre modele cechują się podwyższonym stopniem ochrony. Kluczowe miejsce zajmuje możliwość pracy w szerokim zakresie temperatur. W przypadku dużego rozproszenia kurtyn należy zadbać o modele, które mogą być łączone za pomocą kabli nieekranowanych nawet o długości 100 m.
Kilka praktycznych wskazówek
Instalując kurtyny optoelektroniczne, pamiętać należy o uwzględnieniu odpowiedniej odległości zarówno od strefy zagrożenia, jak i powierzchni odbijających światło. Istotne jest, aby pomiędzy strefą zagrożenia a kurtyną została zachowana właściwa odległość. Warto posłużyć się konkretnym przykładem. Jak podaje firma SICK, producent optoelektronicznych kurtyn bezpieczeństwa C 4000, przy obliczaniu odległości bezpieczeństwa można wziąć pod uwagę kilka norm – EN 999 i EN 294 oraz OSHA § 1910.217 i ANSI/RIA R 15.06.
Na przykład w myśl norm EN 999 i EN 294 odległość bezpieczeństwa zależy od:
- czasu zatrzymania maszyny lub urządzenia (czas zatrzymania jest zawarty w dokumentacji urządzenia lub musi zostać określony przez pomiar),
- czasu zadziałania całego systemu ochronnego,
- prędkości zbliżania lub wtargnięcia,
- rozdzielczości kurtyny lub odległości osi strumieni.
Metody obliczania odległości oraz powierzchni odbijających światło, łącznie z odpowiednimi wzorami, znaleźć można w dokumentacji technicznej nabytej bariery.
Akcesoria do kurtyn
Dostępne są skrzynki przyłączeniowe, które pozwalają na łączenie kurtyn oraz obsługiwanie zarówno funkcji kontrolnych, jak i obsługowych. Niektóre modele wyposażone są w przycisk restartu oraz wyłącznik kluczykowy, uruchamiający sterowanie ręczne. Są też modele przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem. Kompleksowy system wymaga tzw. modułów bezpieczeństwa, które stanowią urządzenia pośrednie między kurtynami a układami sterowania maszyny.
Oferta rynkowa w zakresie kurtyn optoelektronicznych uwzględnia także akcesoria. Nabyć można uchwyty pozwalające na kątowy montaż kurtyn. Tym sposobem zyskuje się możliwość obracania kurtyny wzdłuż długiej osi oraz na regulacje w pozycji pionowej i poziomej. W przypadku maszyn wibrujących warto zadbać o podkładki tłumiące wibracje. Jeżeli system bezpieczeństwa bazował będzie na detekcji obwodowej do 4 stron, pamiętać należy o lustrach odbijających. Lustra regulowane są za pomocą wsporników. Jeżeli kurtyny będą instalowane na podłodze, przydać się mogą specjalne kolumny do montowania kurtyn i luster odbijających. Niektóre modele wykonane są z aluminiowego odlewu, a montaż odbywa się za pomocą zatrzasków. Z pewnością przydatna okaże się wbudowana poziomica. Na rynku nabyć można również uproszczone wersje kolumn do kurtyn wyposażonych w 2, 3 lub 4 wiązki.
Instalując kurtyny, warto również zadbać o przyrządy, które w zdecydowany sposób przyspieszą prace montażowe. Stąd też pamiętać należy o przyrządach laserowych do ustawiania kurtyn. Emitują one widzialną wiązkę światła czerwonego o zasięgu do 100 m. Stanowią one bardzo przydatne rozwiązanie w przypadku poziomowania wiązek na większe odległości lub przy użyciu luster odbijających.
Kilka przykładów
Kurtyny bezpieczeństwa serii SG4-B Safeasy firmy Datasensor doskonale nadają się do aplikacji, w których nie wymaga się dodatkowych funkcji, takich jak czasowe wyłączenie, praca kaskadowa czy blanking. Komfort instalowania elektrycznego poprawi użycie standardowych złączy oraz brak połączenia między nadajnikiem i odbiornikiem. W porównaniu z serią SE4 Plus producent poprawił czasy reakcji i odległości pracy.
Kurtyny bezpieczeństwa ASTER mogą pracować w temperaturze od -5°C do 65°C. Urządzenia te odporne są na światło widzialne do 25 000 lux, światło flesza, lampy stroboskopowe i iskry spawalnicze. Zasilane są napięciem 24 V DC lub 110/230 V AC. Wysokość strefy chronionej wynosi od 100 do 2000 mm.
Obwody wewnętrzne kurtyn SF2-EH z oferty firmy MBB są zabezpieczone za pomocą monitorowania takich sytuacji, jak:
- braki w transmisji strumienia świetlnego,
- niesprawności układów generacyjnych nadajnika,
- przerwy/zwarcia w przewodach,
- nienormalne stany CPU.
Kurtyny bezpieczeństwa Red Beam wyposażone są w system samokontroli, który stale sprawdza prawidłowość działania zarówno nadajnika, jak i odbiornika. Kontrola wykonywana jest podczas kompletnego skanowania każdej wiązki czerwonej. W momencie wystąpienia nieprawidłowości dezaktywowane jest wyjście, a w konsekwencji maszyna przechodzi ze stanu zagrożenia do stanu bezpieczeństwa. Bariera z 4. klasą bezpieczeństwa jest wyposażona w szereg układów, mających za zadanie sprawdzanie poprawności działania sygnałów bariery oraz obwodów decyzyjnych.
Autor: Damian Żabicki
