DKK | EUR | USD

Specifikationer og indkøb af lysgardin

Af Lisa Eitel

Bidraget af Digi-Keys nordamerikanske redaktører

Lysgardiner er sikkerhedsanordninger, der lukker farlige maskinakser for at forhindre personskade hos operatører og andet anlægspersonale, der arbejder i nærheden af eller med maskinen. Lysgardiner anvende en stangformet emitter, der genererer fotoelektriske lysstråler, der skal detekteres af en modtager (figur 1). Afbrydelse af eventuelle bjælker fungerer som et signal til maskinstyringer om, at der har været bevægelse ind i arbejdsområdet, og at farlige operationer enten skal ophøre eller sænkes til hastigheder, der ikke udgør nogen risiko for den menneskelige operatør. Brug af sikkerhedslysgardiner er stigende, da de er mindre påtrængende og langt mere konfigurerbare end hegnbaserede grænser.

Billedet af nutidens lysgardiner giver maskiner en hidtil uset sikkerhed Figur 1: Dagens lysgardiner giver maskiner en hidtil uset sikkerhed. Mange er designet til at forenkle processen med at udskifte sikkerhedssystemer baseret på områdesensorer. (Billedkilde: Design World)

Denne artikel giver en oversigt over overvejelserne ved specificering og installation af lysgardiner. Da dette er en sikkerhedskritisk aktivitet, skal alle relevante nationale og internationale standarder konsulteres, før installationen forsøges. Endnu bedre ville det være at bruge tjenesterne fra en professionel installatør, der er vant til at arbejde i overensstemmelse med disse standarder. Denne artikel skal behandles som en introduktion og vejledning til nogle af de relevante standarder samt give en vis baggrundsviden til at hjælpe med at diskutere designkrav med en professionel installatør af sikkerhedssystemet.

Identificering af farer og risici

Inden der specificeres et sikkerhedssystem, skal der foretages en fuld risikovurdering af de farlige maskiner, der skal beskyttes. Dette etablerer maskinens farlige områder og potentielle indgangssteder. Risikoniveauet, som en fare udgør, udgør en vigtig del af specifikationen af passende sikkerhedsforanstaltninger.

Minimum sensor detektering kapacitet

Den mindste sensordetekteringsfunktion er den minimale objektstørrelse, der vil udløse lysgardinet. Forskellige lysgardiner har bjælker anbragt i forskellige mellemrum. Hvis afstanden mellem bjælker er 5 mm i diameter, vil en finger, der er indsat hvor som helst gennem lysgardinet, resultere i en stopkommando. Imidlertid vil en minimumsføleropdagelsesevne på 150 mm gøre det muligt for anlægspersonale at nå ind i det forhængte område med en hel arm uden at bede maskinen stoppe. Objektstørrelsen, som et lysgardin kan registrere, bestemmer den afstand, det skal placeres fra de farlige dele af maskiner.

Mindste afstand

I modsætning til vagter forhindrer lysgardiner ikke en person i at komme ind i en farezone. I stedet udsender lysgardinet en kommando til en farlig operation for at stoppe eller reducere til en sikker hastighed. Dette betyder, at lysgardinet skal placeres langt nok fra faren til at give maskineri tid til at stoppe, før personen når det (figur 2). Denne afstand afhænger af tre parametre - systemets samlede ydeevne, indbrudsafstanden og tilgangshastigheden.

Diagram over korrekt specifikation af et lysgardin Figur 2: Korrekt specifikation af et lysgardin kræver nøjagtig beregning af sikkerhedsafstanden mellem gardinens sensorområde og det farlige maskinområde - og derefter vedligeholdelse af en afstand, der er lig med eller større end denne værdi. Der findes standarder, der hjælper med at definere sådanne afstande, og faktisk er EN ISO 13855 sikkerhedsafstandstandarden forkortet for at udnytte gardiner, der bliver mere og mere i stand, samtidig med at de muliggør mere kompakte produktionsmaskiner. (Billedkilde: Panasonic Industrial Automation Sales)

Den samlede systemstopydelse er den samlede tid mellem en person, der passerer lysgardinet, og maskinen faktisk stopper. Det inkluderer forsinkelsen i det elektriske kontrolsystem og de inerti-effekter, der bestemmer, hvor hurtigt maskiner i bevægelse kan stoppe. Samlet systemstoppræstation er repræsenteret af variablen T .

Indtrængningsafstanden er den afstand, som en lille del af kroppen, såsom en finger eller en hånd, kunne bevæge sig forbi lysgardinet mod farezonen, inden lysgardinet aktiveres. Dette er vigtigst, når den minimale sensorregistreringsevne er stor, måske betyder det, at kun en persons krop vil udløse stopkommandoen. I dette tilfælde kunne en person nå ud gennem lysgardinet, og deres arm stoppede ikke maskinen.

I henhold til EN ISO 13855 sikkerhedsafstandstandard - oprettet af Den Internationale Standardiseringsorganisation og anvendt globalt - den mindste afstand til farezonen S beregnes (i mm) ved hjælp af ligningen:

Ligning 1

hvor K er en maksimal menneskelig (arm eller krop) tilgangshastighed i mm/sek T er den samlede stopydelse i sekunder, og C er indtrængningsafstanden i mm. Med hensyn til K definerer EN ISO 13855 K som 2.000 mm/sek for den hurtigste en menneskelig arm kan bevæge sig og 1.600 mm/sek for den hurtigste en menneskelig krop kan bevæge sig.

Antag for eksempel, at en arbejdscelle har et lysgardin, der kan detektere genstande, der er så små som 40 mm i diameter. Minimumsafstanden skal først beregnes ved hjælp af K = 2.000 mm/sek. Hvis dette resulterer i en afstand på mindre end 100 mm (som defineret i EN ISO 13855), skal denne lavere resulterende værdi ignoreres - og en værdi på 100 mm anvendes. Hvis den resulterende værdi overstiger 500 mm (som defineret i EN ISO 13855), skal afstanden beregnes igen ved hjælp af K = 1.600 mm/sek (for at forhindre personskade, der går ind i et farligt område), og den nye nedre afstand kan bruges; forudsat at den ikke er mindre end 500 mm. Værdier for andre sensordetekteringsfunktioner er også angivet i ISO 13855.

Ved beregning af minimumsafstanden fra en robot skal der tages hensyn til robotens maksimale rækkevidde. Ved at gøre dette bør man ikke stole på robotprogrammet for at begrænse robotten til en delmængde af dens fulde arbejdsvolumen. Begrænsningsafbrydere kan dog bruges på robotens akser som en del af et sikringssystem, der sikkert begrænser robotens rækkevidde.

Er et lysgardin passende?

I den indledende fase af specifikationen for sikkerhedssystemer er det vigtigt at fastslå, om et lysgardin er passende. Her er International Electrotechnical Commission (IEC) og ISO-klassifikationer af standarder uundværlige. Disse kategoriserer sikkerhedsstandarder som grundlæggende type A sikkerhedsstandarder, generelle funktioner type B sikkerhedsstandarder og maskinspecifikke type C sikkerhedsstandarder.

Den første overvejelse er, om der findes en type C-standard for den pågældende maskindrift - og nøjagtigt hvilken type beskyttelsesmateriale den kræver til den pågældende applikation. Faktisk er type C-standarder ofte specifikke for både den aktuelle maskintype og industrien - og kan defineres af NFPA, BN, ANSI, RIA eller andre regulerende organer, der gennem årene har vedtaget EN ISO-systemet til klassificering standarder i henhold til et ABC-system. Hvis en type C-standard gælder for maskindriften, skal retningslinjerne i denne standard (inklusive dem vedrørende lysgardiner) følges. Det skyldes, at type-C-standarder tydeligt kvantificerer alle farer og krævede risikoreducerende foranstaltninger for den aktuelle maskinfunktion - og erstatter brugen af alle mindre specifikke standarder. Hvis der ikke er nogen type C-standard, der gælder for maskinfunktionen ved hånden, og et lysgardin synes at være en god mulighed, skal minimumsafstanden beregnes. Hvis minimumsafstanden er praktisk, kan designingeniøren fortsætte med specifikationen af et lysgardin. Men hvis pladsen er begrænset, eller det tager en betydelig tid at stoppe for en maskine, skal en anden form for beskyttelse (såsom en fysisk vagt) overvejes.

Typer af lysgardin

Den internationalt anvendte IEC 61496-standard klassificerer lysgardiner som Type 2 eller type 4. Type 2 lysgardiner er billigere med langsommere og mindre pålidelig elektronik. Hvis der opstår en fejl i sikkerhedskredsløbene til et type 2-lysgardin, kan der gå et stykke tid, før fejlen opdages, når den ikke giver nogen beskyttelse. I modsætning hertil anvender type 4 lysgardiner kontinuerlig automatisk krydskontrol af fejl og fejl. Hvis der opstår en fejl, udsender den straks et stop signal, hvilket betyder, at der er kontinuerlig sikkerhedsbeskyttelse.

Point of operation Control (POC) lysgardiner er designet til at blive installeret tæt på en fare, hvor operatører ofte interagerer med en maskine. De er derfor designet til detektering af finger, hånd og arm. Det er almindeligt, at fysisk beskyttelse bruges på siderne af en maskine og et POC-lysgardin installeret foran.

Perimeter adgangskontrol (PAC) lysgardiner skaber en sikkerheds omkreds omkring en maskine, der ikke har brug for operatører for at nærme sig den. De tilbyder typisk kun fuldkropsdetektion.

En områdeadgangskontrol (AAC) kan også bruges til at udføre denne funktion. PAC'er bruger ofte spejle til at reducere den lette gardinhardware, der kræves for at skabe en fuld omkreds.

Internationale standarder relateret til installation af lysgardiner

Der er en række standarder, der er relevante for korrekt installation af lysgardiner. Hvis et anlæg installerer et lysgardin til en sikkerhedskritisk anvendelse, skal det henvise direkte til disse standarder. ISO 13857 beskæftiger sig med at etablere sikkerhedsafstande for at forhindre folks lemmer i farezoner. Sikkerhedsafstanden afhænger af en risikovurdering. For eksempel, når man når opad, bør en person ikke være i stand til at komme inden for 700 mm fra en fare eller 500 mm, hvis der er lav risiko for skade. ISO 12100 handler om at fastslå sværhedsgraden og sandsynligheden for skade. Et lavt niveau af skade ville være reversibel skade såsom blå mærker eller ødelagte fingernegle eller temperatur og kontaktvarighed, der ikke når en tærskelværdi for forbrænding. Forbrændingstærskler er angivet i ISO 13732, og ISO 14121 giver flere detaljer om risikovurderinger.

Som beskrevet ovenfor beskriver ISO 13855 placeringen af sikkerhedsforanstaltninger i betragtning af tilgangshastighederne for forskellige dele af menneskekroppen. Dette er generelt mere relevant end ISO 13857 for lysgardiner, fordi lysgardiner ikke forhindrer en person i at komme ind i farezonen, men snarere stopper farlige operationer. Det er derfor vigtigt at overveje, hvor langt en person kan rejse i tiden mellem lysgardinet, der sender stopsignalet, og maskinen faktisk stopper. Det overordnede system, der stopper ydeevnen og den maksimale mulige menneskelige tilgangshastighed, dikterer sammen lysets mindste sikre afstand fra den farlige proces.

ISO 14119 dækker specifikationen og designet af sikringsanordninger forbundet med fysiske afskærmninger. Selv om det ikke udtrykkeligt nævner lysgardiner, er mange af principperne relevante - såsom design for at minimere nederlagsmuligheder.

ISO 14120 dækker specifikationen og designet af fysiske afskærmninger selv og er derfor mindre relevant for lysgardininstallationer. Imidlertid kombineres lysgardiner ofte med fysiske afskærmninger. For eksempel kan fysiske afskærmninger bruges til at forhindre adgang til en farezone fra siderne; med et lysgardin foran i zonens front. Derfor kan det også være nødvendigt at konsultere ISO 14120.

Konklusion

Lysgardiner kan forbedre betjeningen af maskiner i høj grad. De giver et klart overblik over maskinens arbejdsvolumen og gør det muligt for operatører at nå indeni for at fjerne dele og installere værktøj uden ulejligheden ved at åbne afskærmninger.

Imidlertid tilbyder lysgardiner ikke altid det samme beskyttelsesniveau - især mod projektiler, der kastes ud af maskinens drift.

Det er også vigtigt at huske, at lysgardiner normalt er monteret længere væk fra farezonen end afskærmninger på grund af behovet for at gøre det muligt at stoppe alt sammen. Dette er alle vigtige overvejelser, når man vælger en passende sikkerhedsforanstaltning.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Om denne forfatter

Lisa Eitel

Lisa Eitel has worked in the motion industry since 2001. Her areas of focus include motors, drives, motion control, power transmission, linear motion, and sensing and feedback technologies. She has a B.S. in Mechanical Engineering and is an inductee of Tau Beta Pi engineering honor society; a member of the Society of Women Engineers; and a judge for the FIRST Robotics Buckeye Regionals. Besides her motioncontroltips.com contributions, Lisa also leads the production of the quarterly motion issues of Design World.

Om udgiveren

Digi-Keys nordamerikanske redaktører