Промышленная безопасность

Задорный взгляд в Будущее из детской песенки конца 70-х годов прошлого столетия, судя по всему, всматривается в более далекое Будущее, так как в Будущем настоящем процесс роботизации российской промышленности движется не так быстро, как хотелось бы. Радуясь тому, что умственный процесс еще не вытеснен окончательно, отметим, что всё чаще встречаем роботов, как на производстве, так и в быту и уже не воспринимаем их, как необычное явление.

Несмотря на низкие темпы внедрения, промышленные роботы в российской федерации вовлечены в решение основных задач, таких как:

• сварочные работы;
• покраска;
• нанесение покрытий;
• перекладывание деталей и заготовок;
• механизированная сборка;
• укладка поддонов;
• испытание готовой продукции и т. д.

С высокой скоростью и точностью, не зная усталости и забот, машины выполняют свою работу без оглядки на окружающих. Всецело подчиняясь программе, робот двигает своими стальными рычагами, представляя опасность для людей.

Риски получения травмы в зоне действия роботов могут быть предотвращены с помощью систем автоматизации, предназначенных для обеспечения безопасности.

Обнаружение человека или частей тела человека в зоне опасного действия машины является первичной задачей систем безопасности оборудования, а выполняют её первичные преобразователи — датчики. «Бесконтактное обнаружение» объясняет использование в этой роли оптических датчиков барьерного типа, состоящих, как минимум, из одной оптической пары — приемника и излучателя. Барьеры, включающие несколько оптических пар или «лучей», называются «световыми завесами» или «световыми решетками». «Надежное обнаружение» объясняет характер требований, предъявляемых к оптическим защитным барьерам, классифицируемым согласно стандартам безопасности, как «оптоэлектронные защитные устройства». В стандартах безопасности для оптоэлектронных защитных устройства определенны т. н. Типы безопасности, покрывающие определенные уровни производительности (PL) и определенные уровни полноты безопасности (SIL) (далее — уровни безопасности).

Уровни безопасности машин

Первым делом, для устройства, обеспечивающего безопасность оборудования должен быть выведен уровень производительности на основании оценки риска, исходящего от этого оборудования по методике, приведенной в стандарте ГОСТ ИСО 13849-1-2014.

Стандарт устанавливает пять уровней производительности PL: a, b, c, d, e, где уровень PLe – наивысший. В качестве примера, следуя методике, определяем: «в опасной зоне, в которой существует риск получения тяжелой (обычно необратимой) травмы, с высокой частотой возникновения риска, с отсутствием возможности избежать риска требуется применить защитное устройство с уровнем производительности PLe».

Уровни полноты безопасности SIL, установленные стандартом ГОСТ Р MЭК 61511-3 – 20011, примеряются к архитектуре защитного устройства путем применения соответствующих методик. Полнота безопасности – это средняя вероятность того, что система успешно выполнит требуемые функции безопасности при всех заданных условиях в течение заданного времени. Стандарт устанавливает связь между уровнем риска и уровнем полноты безопасности, подразделяя эту связь на три класса (I, II, III) по уровню риска и тяжести последствий, где наивысший класс — III.

Таким образом, если уровень производительности PL – выходная характеристика защитного устройства, обеспечивающая определенные функции безопасности, то уровень полноты безопасности SIL – это конструктивная способность защитного устройства выполнять эти функции без сбоев.

Для оптоэлектронных защитных устройств обладание наивысшими уровнями PLe и SIL3 означает принадлежность наивысшему Типу 4. На практическом примере это выглядит так:

Уровень безопасности: Тип 4 — PLe – SIL3

PFHd: 1,02E-08 (вероятность опасного сбоя в течение часа)

DCavg: 97,77% (покрытие диагностики)

MTTFd: 100 лет (оценочное время до наступления опасного сбоя)

Для обеспечения безопасности роботизированных технологических участков применяется тип световых завес 4 (с уровнями безопасности PLe, SIL3) – наивысший в связи с высоким риском получения травмы, - машины работают под управлением программы в непрерывном режиме, со скоростью превышающей скорость человеческой реакции; последствия могут оказаться очень тяжелыми из-за массивности и высокой скорости источника риска — самой машины или перемещаемого материала.

Обнаружение человека или части тела человека происходит в момент пересечения как минимум одного луча световой завесы, ограждающей опасную зону. При поступлении сигнала от световой завесы, система безопасности мгновенно переводит машину в безопасное состояние, в основном — выключение.

Роботизированные производственные участки имеют отличительную особенность — перемещение за пределы контролируемой части машины, во время смены технологического режима или продукта для передачи на следующий этап обработки, складирование и т. п.

Технологические перемещения порой невозможны без пересечения защитного оптического барьера, за чем должно последовать немедленное выключение оборудования. Ситуация порождает дилемму: «человеку в опасную зону — нельзя, машине или продукту из опасной зоны — можно», которая может быть решена с помощью функции подавления (muting).

Подавление защитной функции световой завесы

Функция подавления предназначена для временного выключения защитной функции световой завесы по причине, связанной с технологическим циклом оборудования. Во всем многообразии ситуаций, где функция подавления может быть необходимой, есть три основные задачи, которые можно выделить, как типовые:

1. Разрешение доступа персонала в опасную зону во время неопасной части технологического цикла, например, с целью снятия-установки детали;
2. Разрешение прохождения материалов производства при одновременном предотвращении доступа персонала, например, для входа и выхода поддонов из опасной зоны;
3. Разрешение перемещения части машины, например, манипулятора робота для перекладывания детали или укладки поддона.

Основополагающие требования к функции подавления приведены в стандартах ГОСТ IEC 61496-1-2016 и IEC 62046 (на английском языке).

Временное выключение защитной функции световой завесы не должно, никоим образом, понизить уровень безопасности системы, для этого необходимо выполнить следующие требования:

1. Подавление должно быть активизировано только в соответствующей стадии машинного цикла при отсутствии рисков для персонала;
2. Любые остаточные риски должны быть тщательно взвешены;
3. Насколько возможно должны быть приняты меры для предотвращения любой попытки преодолеть защиту;
4. На практике необходимо исключить возможность нахождения персонала в опасной зоне не будучи обнаруженным в момент фазы подавления;
5. Датчики подавления должны иметь механическую защиту во избежание воздействий, которые могли бы поставить под угрозу их настройку.

Обеспечение безопасности роботизированных технологических участков

Рассмотрим задачи с подавлением защитной функции световых завес во время неопасной фазы технологического цикла.

Применение световой решетки совместно с механическим ограждением для предотвращения доступа персонала в зону действия робота-штабелера.

Робот-штабелер производит укладку коробок на деревянный поддон. В данном случае сигнал подавления защитной функции световой решетки поступает из системы управления робота (СУ). После завершения укладки СУ подает сигнал подавления, позволяя погрузчику пересечь барьер, чтобы забрать наполненный поддон и затем установить пустой. Подача коробок и новая укладка возобновляются после обнаружения СУ «пустого веса» и истечения таймера выхода погрузчика из контролируемой зоны.

Применяются световые решетки «для контроля доступа» в 3 или 4 луча, с высотой защиты 900 — 1200мм.

 

Основные преимущества:

• Действие защитных устройств гармонично «вписано» в автоматизированный технологический процесс;
• Сигналы подавления интегрированы в СУ робота-штабелера.

Примечание: Подавление защитной функции световой завесы должно быть активировано или дезактивировано только через соответствующие сигналы подавления, но, ни в коем случае, не выключением-включением напряжения питания световой завесы!

Участок роботизированной сварки

Как видно на фото, на участке установлено два рабочих стола. Доступ к каждому из них контролируется световой завесой. Двухсторонняя конфигурация позволяет обеспечить непрерывный процесс сварки: в то время, как сварочный робот обрабатывает деталь с одной стороны, на противоположной стороне снимается готовая деталь и устанавливается новая заготовка. Так, в непрерывном процессе робот поворачивается то к одному, то к другому рабочему столу, переключая функцию подавления световых завес: защита активирована в зоне стола, где робот производит обработку детали и дезактивирована в зоне противоположного стола, позволяя персоналу снять-установить деталь. Сигналы подавления подаются из СУ сварочного робота. Применяются световые завесы для обнаружения руки, разрешением 30 или 40мм, с высотой защиты 450мм.

Основные преимущества:

• Функция подавления интегрирована в СУ сварочного робота;
• Переключение функции подавления обеспечивает непрерывный технологический процесс не умаляя защиту персонала.

Обзор световых завес с функцией подавления

Световые завесы серии Janus предназначены для широкого круга задач по обеспечению безопасности оборудования, где требуется функция подавления.

Серия Janus предоставляет самый широкий выбор моделей по разрешению, высоте защиты, конфигурации логики подавления. Для различных задач серия включает различные исполнения световых завес:

• раздельные активные излучатель и приемник;
• излучатель-приемник ретрорефлектороного типа с пассивным отражателем;
• модели со встроенными датчиками приглушения;
• модели с подключением внешних датчиков приглушения любого типа.

Основные характеристики световой завесы Janus:

Уровни безопасности: Тип4 — PLe - SIL3

Высота защиты: от 160 до 1800 мм

Разрешение: 30, 40, 90 мм; 2, 3, 4 луча

Напряжение питания: 24 В DC ±20%

Функции безопасности: мониторинг внешнего устройства, дублированный выход, перезапуск

Поперечное сечение: 50х60 мм

Состав серии Janus

Janus MI Барьеры с внешними датчиками подавления	Janus MI TRX/TRXL Барьеры ретрорефлекторного типа с внешними датчиками подавления	Janus ML Барьеры со встроенными датчиками датчиками подавления	Janus ML TRX Барьеры ретрорефлекторного типа со встроенными датчиками датчиками подавления

 

Janus MT Барьеры со встроенными датчиками датчиками подавления	Janus MT TRX Барьеры ретрорефлекторного типа со встроенными датчиками датчиками подавления	Janus MМ TRX Барьеры ретрорефлекторного типа с пассивным отражателем	Janus J LRH Барьеры с увеличенным диапазоном — 60м, со встроенным лазерным указателем

Наряду со световыми завесами собственного производства, на выгодных для вас условиях, мы готовы поставить световые завесы Janus итальянского производителя Reer - партнера, проверенного временем.

Обеспечение безопасности упаковочных линий, складских и логистических комплексов

Световые завесы серии Janus M, Тип 4 предназначены для обеспечения безопасности линий укладки и перемещения поддонов, а также, для широкого использования в промышленных операциях с высоким риском для персонала, где требуется функция подавления.

Барьеры серии Janus вооружены всеми необходимыми функциями безопасности. В составе этой серии представлены запатентованные модели Janus ML и Janus MT, оборудованные встроенными датчиками подавления. Барьеры поставляются в собранном состоянии, - датчики подавления смонтированы на стойках излучателя и приемника, подключены и отрегулированы, благодаря чему барьеры легко и быстро могут быть установлены на оборудовании.

Продукция соответствует требованиям, предъявляемым к геометрии датчиков подавления и другим параметрам, относящимся к безопасности, согласно стандарта IEC TS 62046.

Установки барьера ML для однонаправленного контроля на выходе из укладчика поддонов (конфигурация «L»)

Применение световых решеток со встроенными датчиками подавления в конфигурации «L» дает следующие преимущества:

• Сокращение затрат и времени на установку;
• Датчики подавления сконфигурированы в соответствии с требованиями стандартов (IEC TS 62046);
• Световая решетка допускает только выход поддонов;
• Функция подавления может быть активирована только изнутри защищенной зоны, возможность активации снаружи исключена;
• Исключение завалов снаружи защищенной зоны, т.к. датчики подавления расположены внутри защищенной зоны;
• Отработка правильной последовательности подавления, также, в случае изменения длины или ширины поддона или его положения на конвейере.

Установки барьера ML для двунаправленного контроля при двустороннем движении конвейера укладчика поддонов

На рисунках 4 и 5 проиллюстрирован другой пример использования световых решеток серии Janus в пищевой промышленности. Вдоль конвейера располагается несколько порталов укладчиков поддонов, контролируемых световыми решетками Janus со встроенными датчиками подавления в конфигурации «Т». Данное решение внедрено в автоматизированном холодильном складе, в котором поддерживается температура 1° C, где продукция перемещается в обоих направлениях.

Несмотря на двухстороннее движение поддонов, световая решетка производит обнаружение объектов с четким различием между человеком и перемещаемыми материалами. Таким образом, обеспечивается свободный проход поддонов через контролируемую зону в обоих направлениях, в то время, как при обнаружение человека, процесс будет остановлен во избежание риска получения травмы. Основные преимущества:

• Сокращение затрат и времени на установку;
• Стандартное решение для большинства задач контроля входа и выхода укладчика поддонов.