Стандарты безопасности для роботизированных ячеек паллетирования на упаковочных предприятиях: световые завесы, ограждения и оценка рисков

Управляющее резюме:Обеспечение эксплуатационной безопасности на автоматизированных упаковочных предприятиях требует строгого, много-подхода к контролю рисков. Внедрение промышленного робота-укладчика паллет или системы коботов требует строгого соблюдения мировых стандартов, включая ISO 12100, ISO.10218-1/2, ISO/TS 15066 и ISO 13849-1. Полная архитектура защиты сочетает в себе физическое ограждение по периметру с блокировкой, технологии оптического измерения, такие как световые завесы безопасности и лазерные сканеры, а также усовершенствованную логику управления ПЛК безопасности. Правильно реализуя оценку рисков, рассчитывая безопасные расстояния и настраивая интеллектуальные функции отключения звука и гашения, упаковочные предприятия могут поддерживать высокую пропускную способность линии, обеспечивая при этом рабочую среду с нулевым вредом и полное соответствие стандартам CE и OSHA.

Перед установкой роботизированного укладчика на поддоны инженерные группы должны провести тщательную оценку рисков в соответствии со стандартом ISO 12100, который регулирует безопасность оборудования посредством общих принципов проектирования, оценки рисков и снижения рисков. Оценка рисков — это итеративный процесс, применяемый на протяжении всего проектирования, интеграции и ввода в эксплуатацию.

Идентификация опасностей:Выявление потенциальных механических, электрических и эксплуатационных опасностей во всех режимах работы, включая автоматический режим, ручное обучение, техническое обслуживание и устранение застреваний.

Оценка риска:Оценка тяжести потенциальной травмы, частоты или продолжительности воздействия, а также вероятности избежать вреда.

Снижение риска (метод трех-шагов):Применение изначально безопасных мер проектирования для устранения острых краев или ограничения скорости робота, интеграция мер безопасности, таких как физические ограждения и световые завесы, а также предоставление четких предупреждающих знаков и протоколов обучения операторов.

ИСО 12100:Основное внимание уделяется общей методологии оценки рисков и принципам снижения рисков для оборудования, которые оцениваются с помощью матрицы оценки рисков.

ИСО 10218-1/2:Устанавливает обязательные требования безопасности и критерии проектирования ячеек для промышленных роботов, робототехнических систем и интеграции.

ИСО/ТС 15066:Содержит конкретные рекомендации по совместной работе роботов, а также по ограничению мощности и силы на основе пороговых значений биомеханического давления.

ИСО 13849-1:Описывает связанные с безопасностью-части проектирования и проверки систем управления, определяя уровни производительности, такие как PLd или PLe.

МЭК 62061:Регулирует функциональную безопасность электрических и электронных систем управления оборудованием, связанных с-безопасностью, определяемых уровнями полноты безопасности SIL2 или SIL3.

Физическое ограждение по периметру обеспечивает основной жесткий барьер, предотвращающий несанкционированное проникновение человека в опасную зону перемещения промышленного робота-манипулятора для укладки на поддоны.

Правила минимальной высоты:В соответствии со стандартом ISO 13857 жесткие защитные ограждения должны располагаться на высоте не менее 2000 миллиметров над полом, чтобы операторы не могли проникнуть в опасную зону.

Дорожный просвет:Нижняя сетчатая рама должна сохранять дорожный просвет от 150 до 200 миллиметров, чтобы не допустить залезания под нее персонала и при этом облегчить мытье и чистку пола.

Размер апертуры сетки:Отверстия в сетке должны предотвращать попадание пальцев или рук на структурные препятствия. Стандартная проволочная сетка размером 50 на 50 миллиметров требует минимального безопасного расстояния в 200 миллиметров от любого движущегося механического компонента.

Во время стандартной работы ячейка робота полностью заблокирована. Когда оператор запрашивает вход через консоль HMI, система управления инициирует контролируемое снижение скорости. Как только система перейдет в состояние безопасного отключения крутящего момента и подтвердит нулевое движение, заблокированный-ключ или блокировка соленоида откроют ворота доступа, позволяя безопасно войти в камеру вручную.

Все входные двери, встроенные в физические ограждения по периметру, должны быть оснащены двухканальными предохранительными блокировочными выключателями с защитной блокировкой. Соленоидные-предохранительные выключатели блокировки удерживают дверцы доступа запертыми до тех пор, пока робот не остановится полностью. Системы блокировки-ключей требуют от операторов вынимать физический ключ безопасности из консоли ворот перед открытием двери, а перенос этого ключа в камеру не позволяет третьим лицам закрыть дверь и перезапустить автоматический-режим, пока персонал находится внутри.

Когда физические барьеры могут ограничить транспортные линии подачи или выгрузки поддонов, оптические устройства-датчики присутствия служат активным электро-чувствительным защитным оборудованием.

Световые завесы безопасности проецируют множество инфракрасных лучей через отверстия доступа. Прерывание любого луча отправляет сигнал немедленной остановки в ПЛК безопасности. Защита пальцев использует разрешение 14-миллиметров и устанавливается рядом с опасными точками защемления, например захватами на концах--манипуляторов. Защита рук использует разрешение 30 миллиметров в качестве стандартной конфигурации вокруг конвейеров. Сетки обнаружения тел и контроля доступа используют многолучевую установку с разрешением от 300 до 500 миллиметров для защиты входа по периметру.

Лазерные сканеры безопасности используют время-из-отраженного лазера для мониторинга 2D-площадей пола вокруг роботизированной системы укладки на поддоны. Они позволяют динамическое переключение зон. Когда оператор приближается к зоне предупреждения, сканер подает звуковой сигнал и сигнализирует контроллеру робота о необходимости снизить скорость до безопасной пониженной скорости. Если оператор приближается к внутренней защитной зоне, сканер немедленно выполняет безопасную остановку категории 0 или 1.

Размещение световой завесы безопасности слишком близко к промышленному манипулятору робота-укладчика на поддоны создает серьезную угрозу безопасности, поскольку оператор может достичь опасной зоны движения до того, как манипулятор робота полностью остановится.

Минимальное безопасное расстояние рассчитывается в соответствии со стандартом ISO 13855 с использованием стандартизированной формулы. Требуемое расстояние равно скорости приближения человека, умноженной на общее время остановки системы, плюс дополнительное расстояние проникновения, основанное на разрешении датчика. Скорость приближения человека обычно устанавливается на уровне 1600 миллиметров в секунду для доступа к телу или 2000 миллиметров в секунду для движений рук. Общее время остановки системы объединяет время отклика оптического датчика, логическую обработку ПЛК безопасности и механизм остановки привода контроллера робота. Дополнительная дальность проникновения определяет, насколько далеко рука или часть тела может пройти сквозь световые лучи, прежде чем произойдет обнаружение.

В сценарии практического применения, если скорость приближения человека составляет 1600 миллиметров в секунду, общее время реакции остановки комбинированной системы составляет 0,35 секунды, а допуск на глубину проникновения для сетки обнаружения тела составляет 850 миллиметров, расчет умножает 1600 на 0,35 и дает 560 миллиметров. Если добавить припуск на проникновение в 850 миллиметров, то требуемое минимальное безопасное расстояние составит 1410 миллиметров. Поэтому световую завесу необходимо устанавливать на расстоянии не менее 1410 миллиметров от ближайшей опасной линии робота.

Автоматизированные упаковочные линии должны позволять стопкам готовых или пустых поддонов проходить через отверстия по периметру, не вызывая ложных аварийных остановок, при этом обнаруживая вход человека.

Приглушение – это метод временного обхода, который временно отключает световую завесу во время входа или выхода материала с помощью логики фото-глаза. Система использует фотоэлектрические датчики перекрестного-направления (X-Muting) или параллельных (L-Muting) для распознавания конкретной формы и скорости выходящего поддона. Основным преимуществом отключения звука является возможность непрерывного перемещения полных грузов поддона из ячейки, но его основным ограничением является требование строгой временной последовательности, чтобы человек не мог следовать вплотную за поддоном.

Гашение — это метод пространственного отключения, при котором отключаются определенные лучи световой завесы при прохождении фиксированных объектов через оптическое поле. Фиксированная заглушка постоянно игнорирует стационарные опоры конструкции или рамы рольгангов. Плавающее гашение игнорирует движущиеся объекты определенного размера, сохраняя при этом лучевую защиту над и под объектом. Ключевым ограничением гашения является снижение эффективного разрешения датчика, что требует перерасчета минимальных безопасных расстояний.

Подключение устройств безопасности к стандартным ПЛК, не-не обеспечивающим безопасность, является серьезным нарушением нормативных требований. Современные роботизированные системы укладки на поддоны требуют архитектуры управления функциональной безопасностью, сертифицированной в соответствии сИСО 13849-1.

Требуемый уровень производительности определяется путем оценки тяжести травмы, частоты воздействия и возможности избежать вреда. Из-за высокой полезной нагрузки от 20 до более 300 килограммов и высокой скорости движения манипуляторов роботизированные ячейки паллетирования почти всегда требуют PLd или PLe в рамках архитектуры Категории 3 или Категории 4.

В структуре управления безопасностью категории 3 или 4 двухканальные входные сигналы-от световых завес, блокировок ворот и кнопок аварийной остановки подаются непосредственно в ПЛК безопасности или специальный контроллер безопасности. Контроллер безопасности выполняет отказоустойчивый перекрестный-мониторинг и обработку резервной логики. Затем он отправляет двухканальные выходные сигналы на исполнительные механизмы безопасности, такие как двойные главные контакторы или вход безопасного отключения крутящего момента контроллера робота.

Безопасное отключение крутящего момента (STO):Отключает питание двигателей робота, не отключая электронику контроллера, предотвращая неожиданный механический перезапуск.

Безопасный рабочий останов (SOS):Контролирует энкодеры соединений робота, чтобы гарантировать, что рука остается полностью неподвижной, сохраняя при этом полный удерживающий момент двигателя.

Безопасное-ограничение скорости (SLS):Ограничивает максимальную скорость центральной точки инструмента в режиме обучения или при ручных операциях с уменьшенной-скоростью, обычно до 250 миллиметров в секунду или меньше.

Выбор между коллаборативным роботом-укладчиком паллет и традиционным высокоскоростным-промышленным манипулятором фундаментально меняет требования безопасности на предприятии.

Первичный механизм безопасности:Ограничение мощности и усилия (PFL) с помощью датчиков крутящего момента суставов.

Стандарты Фокус:В первую очередь регулируется стандартами ISO/TS 15066 и ISO 10218-1.

Точка защемления и безопасность EOAT:Используются мягкие-захваты с мягкой подкладкой и силовые-ограничительные упоры.

Рабочая скорость и занимаемая площадь:Ограничена низкой скоростью до 1 метра в секунду в режиме совместной работы, что обеспечивает сверх-компактную площадь, которая часто требует минимальной защиты или вообще не требует ее.

Грузоподъемность:Обычно колеблется от 8 до 25 килограммов.

Первичный механизм безопасности:Физические ограждения по периметру с блокировкой и активные световые завесы.

Стандарты Фокус:Соответствует стандартам ISO 10218-1/2 и ISO 13849-1.

Точка защемления и безопасность EOAT:Используются механические защищенные захваты с высокой силой зажима.

Рабочая скорость и занимаемая площадь:Работает на неограниченной полной скорости более 2,5 метров в секунду, что требует большой занимаемой площади для полностью огражденной зоны.

Грузоподъемность:Диапазон от 50 кг до более 800 кг.

Кобот безопасен настолько, насколько безопасны его инструменты и полезная нагрузка. Если кобот держит гофрированный лоток с острыми- краями или тяжелый деревянный поддон, удар все равно может привести к серьезной травме. Полная оценка рисков по стандарту ISO 12100 остается обязательной даже для ячеек коботов,-без ограждений.

Даже при использовании сертифицированного защитного оборудования неправильная установка или смещение датчиков приводят к сбоям в работе ячеек и нежелательным простоям.

Прерывистое срабатывание световой завесы:Часто вызвано вибрацией близлежащих конвейеров, вызывающей смещение оптического выравнивания. Чтобы решить эту проблему, укрепите монтажные стойки анти-пластинами, гасящими вибрацию, и повторно-выровняйте оптическую ось с помощью лазерных инструментов.

Ошибка отключения звука во время выхода паллеты:Возникает, когда датчики приглушения активируются не по порядку или из-за неправильной формы поддона. Чтобы исправить это, очистите поверхности фотоэлектрических линз и повторите калибровку углов пересечения датчика X-приглушения и окон таймера ПЛК.

Неисправности перекрестной-цепи ПЛК безопасности:Указывает на короткое замыкание между двух-канальными входными каналами безопасности. Осмотрите клеммные колодки полевой проводки на предмет защемления проводов и замените поврежденные кабельные участки экранированной витой-парой.

Робот отказывается от автоматического-запуска после закрытия ворот:Обычно это происходит потому, что контроллер безопасности требует ручного сброса перед перезапуском логики-автоматического режима. Убедитесь, что оператор выполнил последовательность кнопок ручного сброса снаружи ячейки, и проверьте состояние защитного-соленоида блокировки на HMI.

Ложные срабатывания лазерного сканера от пыли:Вызвано скоплением пыли на окнах оптических линз, приводящим к срабатыванию пороговых значений расстояния. Протрите окна сканера антистатическими салфетками-и отрегулируйте допуски контура поля сканера в программном обеспечении.

Прежде чем передать автоматизированную ячейку паллетирования производственному персоналу, инженеры по технике безопасности должны заполнить и подписать контрольный список проверки функциональной безопасности:

E-Остановить тестирование цепи:Нажмите каждую кнопку аварийного останова на HMI, настройте пульт и стойки ограждения по отдельности, чтобы подтвердить немедленную реакцию безопасного отключения крутящего момента.

Функциональность защитной блокировки:Убедитесь, что открытие любых физических ворот ограждения немедленно останавливает движение робота и предотвращает открытие ворот во время работы.

Проверка расстояния до остановки световой завесы:Выполните физические тесты на проникновение с помощью устройства для измерения-времени остановки, чтобы убедиться, что физическое расстояние соответствует расчетному минимальному значению ISO 13855 или превышает его.

Тестирование сбоя логики отключения звука:Намеренно выведите лучи световой завесы из правильной последовательности отключения звука, чтобы убедиться, что система запускает жесткую защитную остановку.

Проверка местоположения ручного сброса:Убедитесь, что все кнопки ручного сброса безопасности расположены строго за пределами опасной зоны, с полным и беспрепятственным обзором всей внутренней части камеры.

Проверка указателей и визуальных предупреждений:Убедитесь, что маркировки высокого-напряжения, предупреждающие знаки о движении робота и визуальные маяки состояния четко видны и полностью работоспособны.

Создание полностью соответствующего требованиям высокопроизводительного промышленного робота-укладчика паллет требует баланса между эксплуатационной эффективностью и строгим снижением рисков.

Во-первых, проведите оценку рисков по стандарту ISO 12100 на раннем этапе проектирования, чтобы избежать дорогостоящего изменения конструкции ячейки на позднем-этапе. Во-вторых, объедините жесткую физическую охрану периметра с сертифицированными световыми завесами безопасности типа 4 и лазерными сканерами безопасности для обеспечения безопасности точек входа и выхода. В-третьих, всегда рассчитывайте минимальные безопасные расстояния в соответствии со стандартом ISO 13855, чтобы эффективность торможения соответствовала скорости приближения человека. Наконец, реализуйте двухканальную-архитектуру управления безопасностью PLd/PLe категории 3 или 4 с помощью выделенных ПЛК безопасности.

Создав надежную,-архитектуру безопасности, упаковочные предприятия могут защитить персонал, без промедления пройти проверку соответствия нормативным требованиям и обеспечить бесперебойное и долгосрочное-производство.