Kurtyny świetlne i ich praca w układzie sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny z przekaźnikami bezpieczeństwa część I

Transkrypt

1 Kurtyny świetlne i ich praca w układzie sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny z przekaźnikami bezpieczeństwa część I Dzięki rozwojowi technologii elektroniki przemysłowej stało się możliwe zastępowanie ruchomych osłon zabezpieczających obsługę maszyn oraz osoby postronne kurtynami świetlnymi. Nie jest to jednak możliwe w każdym przypadku, ponieważ projektując układ bezpieczeństwa maszyny należy bezwzględnie dążyć do minimalizacji ryzyka, a w wielu przypadkach osłony fizyczne spełniają nie tylko rolę czujnika inicjatora dla układu sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny, ale również osłaniają osoby przebywające w otoczeniu pracującej maszyny przed uderzeniem elementami poruszającymi się w kierunku tych osób np. w wyniku rozpadnięcia się części wirujących. W takim wypadku kratownica promieni laserowych małej mocy nie ma żadnego znaczenia, ponieważ jej naruszenie w pewnych przypadkach będzie faktycznie prowadzić do wyłączenia, ale stanie się to już niejako po fakcie. W niektórych rodzajach maszyn, zatem definiuje się wymagania wytrzymałościowe dla osłon, a nawet sposoby badań, którym muszą być one poddawane w celu weryfikacji ich przydatności. Jednakże rola kurtyn świetlnych jest znacząca w systemach, które stwarzają zagrożenie ruchem w wypadku wtargnięcia osób do stref niebezpiecznych. W takich maszynach należy w procesie projektowania ustalić zarówno niezbędną odległość kurtyny od strefy niebezpiecznej, jak i wymiary kurtyny uniemożliwiające dosięgnięcie osobie strefy zagrożenia przez jej ominiecie kończyną. ezpośrednie naruszenie płaszczyzny kurtyny musi prowadzić do zatrzymania maszyny w obliczeniowym czasie niezbędnym do pokonania odległości od obszaru wykrycia do obszaru zagrożenia. Obydwa wymienione warunki muszą być oczywiście spełnione równocześnie. Kurtyna świetlna jest rodzajem czujnika, a więc praktycznego znaczenia w systemie sterowania zatrzymaniem maszyny nabiera jedynie w połączeniu z innymi, niezbędnymi jego elementami, takimi jak układy logiczne i elementy wykonawcze. Ze względów praktycznych, ponieważ wiele zagadnień sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny ma charakter standardowych sekwencji, zostały opracowane specjalistyczne przekaźniki bezpieczeństwa zwane ewaluacyjnymi. Nie zmienia to faktu, że kurtyny mogą współpracować z przekaźnikami ogólnego przeznaczenia oraz specjalnymi wersjami sterowników PLC. Ponadto kurtyny świetlne są wyposażane w interfejsy komunikacyjne, możliwości diagnostyczne i wiele innych funkcji umożliwiających zastosowanie w szczególnych warunkach przemysłowych. Na uwagę zasługuje również wyposażenie dodatkowe kurtyn umożliwiające profesjonalny montaż, zmianę kierunku promieni laserowych itd. Kurtyna świetlna budowa i zasada działania. ktywne optoelektroniczne urządzenia ochronne wykorzystują promienie laserowe w zakresie promieniowania podczerwonego. Działają one na zasadzie emisji i odbioru promieniowania przez elementy optoelektroniczne, przy czym promienie mogą przebiegać zarówno pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem (tak pracują kurtyny świetlne), jak i odbijać się od przeszkód (tak dzieje się w skanerach laserowych). Urządzenia bazujące na współpracy nadajnika i odbiornika są uważane za bardziej odporne na zakłócenia różnego rodzaju (w tym zabrudzenia), natomiast urządzenia działające na zasadzie odbicia pozwalają na definiowanie obszarów wykrywania o złożonych kształtach. Kurtyny świetlne, zatem umożliwiają realizację układów wykrywania o kształcie prostokątnym, którego wymiary wyznaczają odpowiednio: - wysokość/szerokość kurtyny będąca wynikiem zastosowania urządzenia określonego typu, - zasięg (wynoszący np. 40 m). Ponieważ płaszczyzna ochronna może w zależności od montażu kurtyny pozostawać pod różnymi kątami do kierunku zbliżania się obiektu, który powinien być wykryty, należy w procesie projektowania uwzględnić wynikające z tego faktu skutki. Na rysunku 1. przedstawiono możliwe kierunki zbliżania do kurtyn, wraz z podstawowymi formułami, które pozwalają na ustalenie skutecznych parametrów ich posadowienia. ardzo istotnym parametrem kurtyny świetlnej jest jej rozdzielczość, określana jako próg wykrywania obiektów o określonych wymiarach, a konkretnie nieprzezroczystego cylindra probierczego o danej średnicy. Próg wykrywania kurtyny jest jedną z jej najważniejszych danych znamionowych. Jak to pokazano na rysunkach 1. i 2. promienie świetlne mają przebieg równoległy i są rozmieszczone równomiernie, a więc wykrywalność obiektu nie zależy od jego położenia wobec płaszczyzny wykrywania. Kurtyny świetlne wymagają uzyskania dokładnej współliniowości pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem, co ogranicza kształt płaszczyzny wykrywania do prostokąta (rys.2.). W celu minimalizacji kosztów dla układów złożonych, możliwe jest zastosowanie dodatkowych zwierciadeł (rys.2.), zmieniających przebieg promieni, które Technika Łączeniowa n.n. 1 / 5

2 S=(K x T) + C Gdzie: K= 1600 mm/s C= 1200 mm 0,4H H= 15(d-50 mm) S=(K x T) + C K= 2000 lub 1600 mm/s Dla rozdzielczości do 40 mm: C= 8(d-14 mm), lecz nie mniej niż 0 Dla rozdzielczości od 40 do 70 mm C= 850 mm Do obliczeń należy przyjąć procedurę bardziej odpowiednią z wymienionych wyżej. C Rys. 1. Na rysunku pokazano możliwe kierunki zbliżania obiektu wykrywanego do kurtyn świetlnych oraz podano przykładowe formuły (na podstawie PN-EN 999) obliczania odległości S kurtyny do strefy niebezpiecznej. K- normatywna prędkość zbliżania do strefy niebezpiecznej, T- czas dobiegu maszyny, C- przewidywana głębokość wnikania, d rozdzielczość (próg wykrywania). wówczas rozchodzą się wzdłuż linii łamanych, a płaszczyzny wykrywania składają się z wielu prostokątów. Należy jednak pamiętać w czasie projektowania, że zastosowanie każdego zwierciadła powoduje osłabienie strumienia świetlnego o 15%, co zmniejsza potencjalną odległość pomiędzy nadajnikiem i odbiornikiem. Można tu posłużyć się następującym wzorem: Z= Zmax (1-0,15) n gdzie: Z efektywny zasięg kurtyny przy zastosowaniu zwierciadeł, Zmax zasięg znamionowy (zwykle 40 m), n liczba zastosowanych zwierciadeł. Inną możliwość osiągnięcia przestrzennego kształtu obszaru wykrywania stanowi wykorzystanie układu kurtyn połączonych (host-guest), który jest widziany przez system sterowania jako jedna kurtyna. Do połączenia kurtyn, należy wykorzystać specjalne wejścia/wyjścia, do tego przeznaczone konstrukcyjnie, aby zachować niezmienioną kategorię bezpieczeństwa. W szczególności należy łączyć w ten sposób tylko kurtyny tej samej kategorii. Kurtyny świetlne są produkowane w kategorii 2. i 4. wg normy PN-EN Układ host-guest służy w praktyce do automatycznej identyfikacji obecności obiektu wewnątrz strefy niebezpiecznej. Jest to wymagane przepisami prawa, jeżeli operator maszyny nie ma możliwości niezakłóconej obserwacji strefy chronionej w momencie załączania maszyny. Schemat sytuacyjny w takim wypadku jest pokazany na rysunku 2.C. W maszynach o bardziej złożonych przestrzennie strefach chronionych może dochodzić do kolizji obszarów wykrywania, czemu można zapobiegać wykorzystując opcję wyboru kanału pracy kurtyny. Eliminuje to zakłócanie się wzajemne urządzeń Technika Łączeniowa n.n. 2 / 5

3 Kurtyna jako aktywne optoelektroniczne urządzenie ochronne składające się z nadajnika i odbiornika promieni świetlnych, rozchodzących się w jednej płaszczyźnie o kształcie prostokąta. Istnieje możliwość zmiany kierunku promieni za pomocą specjalnych zwierciadeł. Zastosowanie zwierciadła wymaga jednak redukcji zasięgu kurtyny ze współczynnikiem korekcyjnym 15% na każde zwierciadło. Inna możliwość zmiany kształtu obszaru wykrywania zastosowanie układu kurtyn host-guest. C D W układach o zwiększonej komplikacji może zachodzić przypadek kolizji obszarów wykrywania, rozwiązanie w tym przypadku stanowi wykorzystanie dwóch kanałów pracy. E Wielokrotność odczytu przenikania promieni (multiscaning) pozwala na zwiększenie pewności działania i eliminację zakłóceń pochodzących od innych źródeł promieniowania. Rys. 2 Ilustracja wybranych zasad pracy i stosowania kurtyn świetlnych. (rys.2.d). ktywny kanał pracy jest wyświetlany na obudowie kurtyny, oczywiście nadajnik i odbiornik muszą w danej chwili pracować na jednym kanale. Zmiana kanału może być dokonana tylko przy użyciu narzędzia. Kolejnym problemem jest redundancja pomiaru (wykrywającego) oraz eliminacja wpływu zewnętrznych źródeł promieniowania. Rozwiązanie w tym wypadku stanowi tzw. multiscaning, czyli wielokrotny pomiar w jednostce czasu (rys.2.e) Kurtyna w systemie wiadomości ogólne. Kurty świetlne są rodzajami czujników wykrywających obiekty naruszające strefę bezpieczeństwa oraz przekazującymi sygnał o tym Technika Łączeniowa n.n. 3 / 5

4 Układ sterujący (przekaźnik bezp.) Urządzenie wykonawcze Czujnik SprzęŜenie zwrotne Rys. 3 ) Przykładowy schemat aplikacji, w której kurtyna świetlna 4. kategorii jest podłączona do wejść przekaźnika bezpieczeństwa 3TK2842. ) Schemat poglądowy w kategorii 3. z przekaźnikiem 3TK2845. fakcie, w określonym standardzie do systemu sterowania. Układem interpretującym i przetwarzającym informację może być przekaźnik bezpieczeństwa lub sterownik PLC z funkcją bezpieczeństwa. Rysunek 3. ) Przykładowy schemat aplikacji, w której kurtyna świetlna 4. kategorii jest podłączona do wejść przekaźnika bezpieczeństwa 3TK2842. ) Schemat poglądowy w kategorii 3. z przekaźnikiem 3TK2845. Jak to pokazano na rysunku 3. pełny układ sterowania bezpiecznym zatrzymaniem maszyny (danego napędu) stanowi grupa elementów połączonych w określony sposób. W tym wypadku cały system musi spełniać wymagania danej kategorii bezpieczeństwa. Na rysunku przedstawiono aplikację w kategorii 4., a więc z redundantnymi połączeniami sygnałowymi oraz przekaźnikiem bezpieczeństwa spełniającym te wymagania w zakresie autotestu i kontroli obwodów dołączonych. Podobnie podwojeniu uległy styczniki. Schemat w bardzie poglądowy sposób pokazano na rysunku 3., gdzie jednak rolę układu styczników i przekształtnika bez szczególnych opcji przejął falownik o wbudowanej funkcji bezpieczeństwa (przy eliminacji styczników osiągana jest kategoria 3. Technika Łączeniowa n.n. 4 / 5

5 W części drugiej artykułu, czyli za miesiąc opiszemy funkcję przysłaniania, mitingu i wiele innych ważnych zalet kurtyn. Klub Paragraf 34 co nowego? W czasie trwania Targów UTOMTICON 2007 nastąpiło spotkanie Zarządu i Kapituły Klubu, w czasie którego ustalono zakresy działania poszczególnych członków władz. Przedstawiono również koncepcję organizacji strefy żółtej wortalu i co chyba najważniejsze dokonano przyjęcia kolejnych Członków Klubu. Wiązało się to z zamknięciem listy Członków Założycieli. Wkrótce należy spodziewać się udostępnienia Członkom Klubu haseł dostępowych do strefy żółtej. Zapraszamy serdecznie do odwiedzania strony Klubu: zapisywania się oraz przede wszystkim do czynnego uczestnictwa w forum dyskusyjnym! Wiele pojęć z zakresu techniki bezpieczeństwa jest opisanych jest wyjaśnionych w sekcji SŁOWNIK na stronie internetowej. Technika Łączeniowa n.n. 5 / 5