Standarde de siguranță pentru celulele robotizate de paletizare din fabricile de ambalare: perdele luminoase, garduri și evaluarea riscurilor

Rezumat:Asigurarea siguranței operaționale în fabricile de ambalare automate necesită o abordare riguroasă, pe mai multe{0}}stratificații, a controlului pericolelor. Implementarea unui robot industrial de paletizare sau a unui sistem cobot necesită respectarea strictă a standardelor globale, inclusiv ISO 12100, ISO10218-1/2, ISO/TS 15066 și ISO 13849-1. O arhitectură de protecție completă combină garduri perimetrale interblocate fizic, tehnologii de detectare optică, cum ar fi perdele luminoase de siguranță și scanere cu laser și logica avansată de control PLC de siguranță. Prin implementarea corectă a evaluărilor de risc, calculul distanțelor de siguranță și configurarea funcțiilor inteligente de dezactivare și suprimare, facilitățile de ambalare pot menține un randament ridicat al liniei, obținând în același timp medii de lucru fără vătămări și conformitate deplină CE și OSHA.

Înainte de a instala un paletizator robot, echipele de ingineri trebuie să efectueze o evaluare amănunțită a riscurilor în conformitate cu ISO 12100, care guvernează siguranța mașinilor prin principii generale pentru proiectare, evaluarea riscurilor și reducerea riscului. Evaluarea riscurilor este un proces iterativ aplicat pe parcursul proiectării, integrării și punerii în funcțiune.

Identificarea pericolului:Identificarea potențialelor pericole mecanice, electrice și operaționale în toate modurile de funcționare, inclusiv operarea automată, predarea manuală, întreținerea și eliminarea blocajelor.

Estimarea riscului:Evaluarea severității rănirii potențiale, a frecvenței sau a duratei expunerii și a probabilității de a evita vătămarea.

Reducerea riscurilor (Metoda în trei-pași):Aplicarea unor măsuri de proiectare în mod inerent sigure pentru a elimina marginile ascuțite sau pentru a limita viteza robotului, integrând măsuri de protecție precum garduri fizice și perdele luminoase și oferind semne de avertizare clare și protocoale de formare a operatorilor.

ISO 12100:Se concentrează pe metodologia generală de evaluare a riscurilor și principiile de reducere a riscului pentru utilaje, evaluate printr-o matrice de estimare a riscului.

ISO 10218-1/2:Stabilește cerințe obligatorii de siguranță și criterii de proiectare a celulelor pentru roboții industriali, sistemele robotice și integrarea.

ISO/TS 15066:Oferă îndrumări specifice pentru funcționarea colaborativă a robotului și limitarea puterii și a forței pe baza pragurilor de presiune biomecanice.

ISO 13849-1:Subliniază părțile legate de siguranță-din proiectarea și validarea sistemelor de control, definind niveluri de performanță, cum ar fi PLd sau PLe.

IEC 62061:Reglează siguranța funcțională a sistemelor de control legate de siguranța electrică și electronică-pentru utilaje, definite de nivelurile de integritate de siguranță SIL2 sau SIL3.

Îngrădirea perimetrală fizică oferă bariera dura principală care împiedică intrarea neautorizată a oamenilor în anvelopa de mișcare periculoasă a unui braț robot de paletizare industrială.

Reglementări privind înălțimea minimă:În conformitate cu ISO 13857, gardurile dure de pază trebuie să stea la o înălțime minimă de 2.000 de milimetri deasupra podelei pentru a împiedica operatorii să ajungă în zona periculoasă.

Garda la sol:Cadrul de plasă de jos trebuie să mențină o gardă la sol de 150 până la 200 de milimetri pentru a împiedica personalul să se târască sub, permițând în același timp spălarea ușoară și curățarea podelei.

Dimensiunea deschiderii plasei:Deschiderile din plasă trebuie să împiedice degetele sau mâinile să ajungă la pericole structurale. Plasă de sârmă standard de 50 pe 50 de milimetri necesită o distanță minimă de siguranță de 200 de milimetri față de orice componentă mecanică în mișcare.

În timpul funcționării standard, celula robotului este complet blocată. Când un operator solicită intrarea prin consola HMI, sistemul de control inițiază o decelerare controlată a vitezei. Odată ce sistemul declanșează o stare Safe Torque Off și verifică mișcarea zero, cheia blocată-sau blocarea solenoidului eliberează poarta de acces, permițând intrarea manuală în siguranță în celulă.

Toate ușile de acces încorporate în gardurile perimetrale fizice trebuie să fie echipate cu întrerupătoare de blocare de siguranță cu două-canaluri cu blocare de protecție. Întrerupătoarele de siguranță cu blocare-solenoidului țin ușile de acces încuiate până când robotul ajunge complet la oprire. Sistemele de blocare cu chei blocate-cercă operatorilor să scoată o cheie fizică de siguranță din consola porții înainte de a deschide ușa, iar transportul acestei chei în celulă împiedică terții să închidă ușa și să repornească modul automat-în timp ce personalul este înăuntru.

Atunci când barierele fizice ar restricționa alimentarea paleților sau liniile de transport de ieșire, dispozitivele optice de-detecție a prezenței oferă echipament de protecție activ electro-sensibil.

Perdelele luminoase de siguranță proiectează o serie de fascicule infraroșii peste deschiderile de acces. Întreruperea oricărui fascicul trimite un semnal de oprire imediat către PLC de siguranță. Protecția pentru degete folosește o rezoluție de 14-milimetri și este instalată în apropierea punctelor de strângere periculoase, cum ar fi dispozitivele de prindere-de-braț. Protecția mâinilor utilizează o rezoluție de 30 de milimetri ca configurație standard în jurul benzilor transportoare. Grilele de detectare a corpului și control al accesului utilizează o configurație cu mai multe fascicule cu rezoluție de 300 până la 500 de milimetri pentru protecția la intrarea în perimetru.

Scanerele laser de siguranță utilizează reflectarea laser Time-of-Flight pentru a monitoriza suprafețele de podea 2D din jurul unui sistem robot de paletizare. Ele permit comutarea dinamică a zonei. Pe măsură ce un operator se apropie de zona de avertizare, scanerul declanșează o alarmă sonoră și semnalează controlerului robotului să încetinească până la o viteză redusă sigură. Dacă operatorul se apropie de zona interioară de protecție, scanerul execută imediat o oprire sigură de categoria 0 sau categoria 1.

Plasarea unei perdele luminoase de siguranță prea aproape de brațul robotului de paletizare industrial creează un pericol sever pentru siguranță, deoarece un operator ar putea ajunge în zona de mișcare periculoasă înainte ca brațul robotului să se oprească complet.

Distanța minimă de siguranță este calculată conform ISO 13855 folosind o formulă standardizată. Distanța necesară este egală cu viteza de apropiere umană înmulțită cu timpul total de oprire a sistemului, plus o distanță suplimentară de penetrare bazată pe rezoluția senzorului. Viteza de apropiere umană este de obicei setată la 1.600 de milimetri pe secundă pentru accesul corpului sau la 2.000 de milimetri pe secundă pentru mișcările mâinii. Timpul total de performanță de oprire a sistemului combină timpii de răspuns ai senzorului optic, procesarea logică a PLC-ului de siguranță și mecanismul de oprire a actuatorului controlerului robotului. Distanța suplimentară de penetrare ține cont de cât de departe poate trece o mână sau o parte a corpului prin fasciculele de lumină înainte de detectarea.

Într-un scenariu de aplicare practică, dacă viteza de apropiere umană este de 1.600 de milimetri pe secundă, timpul total de răspuns la oprirea sistemului combinat este de 0,35 secunde, iar adâncimea de penetrare admisă pentru o grilă de detectare a corpului este de 850 de milimetri, calculul se înmulțește cu 1.600 cu 0,35 pentru a obține 560 de milimetri. Adăugarea permisului de penetrare de 850 de milimetri are ca rezultat o distanță minimă de siguranță necesară de 1.410 milimetri. Prin urmare, perdeaua luminoasă trebuie montată la cel puțin 1.410 milimetri distanță de cea mai apropiată linie de pericol de măturare a robotului.

Liniile de ambalare automate trebuie să permită stivelor de paleți finiți sau paleților goli să treacă prin deschiderile perimetrale fără a declanșa opriri de urgență false, detectând în același timp intrarea omului.

Dezactivarea sunetului este o metodă de ocolire temporală care dezactivează temporar cortina de lumină în timpul intrării sau ieșirii materialelor folosind logica foto-ochilor. Sistemul se bazează pe senzori fotoelectrici cu model încrucișat (X-Muting) sau paraleli (L-Muting) pentru a recunoaște forma și viteza specifice ale unui palet de ieșire. Beneficiul principal al dezactivarii este să permită transferul neîntrerupt al încărcăturilor complete de paleți în afara celulei, dar principala sa limitare este necesitatea unei secvențe stricte de sincronizare pentru a preveni ca un om să se deplaseze aproape în spatele paletului.

Blankingul este o metodă de dezactivare spațială în care fasciculele specifice ale perdelei de lumină sunt dezactivate acolo unde obiectele fixe trec prin câmpul optic. Suprafața fixă ignoră continuu suporturile structurale staționare sau cadrele patului rulant. Suprafața flotantă ignoră obiectele în mișcare de o dimensiune definită, menținând în același timp protecția fasciculului deasupra și dedesubtul obiectului. Limitarea cheie a blanking-ului este că rezoluția efectivă a senzorului scade, necesitând distanțele minime de siguranță recalculate.

Conectarea dispozitivelor de siguranță la PLC-uri standard, non{0}}de siguranță este o încălcare gravă a conformității. Sistemele moderne de robot de paletizare impun arhitecturi funcționale de control al siguranței certificate conformISO 13849-1.

Nivelul de performanță necesar este determinat prin evaluarea gravității rănirii, frecvenței expunerii și a posibilității de a evita vătămarea. Datorită sarcinilor utile mari, cuprinse între 20 și peste 300 de kilograme și vitezei mari de mișcare a brațului, celulele robotizate de paletizare impun aproape universal PLd sau PLe în cadrul arhitecturilor de Categoria 3 sau Categoria 4.

Într-o structură de control al siguranței de Categoria 3 sau Categoria 4, semnalele de intrare cu dublu-canal de la perdelele luminoase, dispozitivele de blocare a porților și butoanele de oprire de urgență sunt alimentate direct într-un PLC de siguranță sau un controler de siguranță dedicat. Controlerul de siguranță efectuează monitorizare încrucișată-de siguranță și procesare logică redundantă. Apoi trimite semnale de ieșire cu dublu-canal către actuatoarele de siguranță, cum ar fi contactoarele principale duble sau intrarea Safe Torque Off a controlerului robotului.

Oprire sigură a cuplului (STO):Întrerupe alimentarea motoarelor robotului fără a opri electronica controlerului, prevenind repornirile mecanice neașteptate.

Oprire operațională sigură (SOS):Monitorizează codificatoarele articulațiilor robotului pentru a se asigura că brațul rămâne complet staționar, păstrând în același timp cuplul complet de reținere a motorului.

Viteză limitată-sigură (SLS):Limitează viteza maximă a punctului central al instrumentului în timpul modului de predare sau a operațiunilor manuale cu viteză redusă-, de obicei la 250 de milimetri pe secundă sau mai puțin.

Alegerea între un paletizator robot colaborativ și un braț industrial tradițional de mare{0}}viteză schimbă fundamental cerințele de siguranță ale celulei.

Mecanism primar de siguranță:Limitarea puterii și a forței (PFL) prin senzori de cuplu articulați.

Axarea standardelor:Guvernat în principal de ISO/TS 15066 și ISO 10218-1.

Punctul de prindere și siguranța EOAT:Utilizează prinderi moi-captușite și opriri cu limitare-forțată.

Viteza de operare și amprenta:Limitat la viteze reduse sub 1,0 metru pe secundă în timpul modului de colaborare, oferind o amprentă ultra-compactă care necesită adesea o protecție minimă sau deloc.

Capacitate de sarcină utilă:De obicei variază între 8 și 25 de kilograme.

Mecanism primar de siguranță:Garduri perimetrale interblocate fizic și perdele luminoase active.

Axarea standardelor:Guvernat de ISO 10218-1/2 și ISO 13849-1.

Punctul de prindere și siguranța EOAT:Utilizează prinderi mecanice protejate cu forță mare de strângere.

Viteza de operare și amprenta:Funcționează la viteze maxime nerestricționate de peste 2,5 metri pe secundă, necesitând o amprentă mare pentru întregul anvelopă împrejmuită.

Capacitate de sarcină utilă:Variază de la 50 de kilograme la peste 800 de kilograme.

Un cobot este la fel de sigur ca instrumentele și sarcina utilă. Dacă un cobot ține o tavă ondulată cu muchii ascuțite-sau un palet de lemn greu, un impact expus poate provoca totuși traume severe. O evaluare completă a riscurilor ISO 12100 rămâne obligatorie chiar și pentru celulele cobot mai puțin de gard-.

Chiar și în cazul hardware-ului de siguranță certificat, instalarea necorespunzătoare sau alinierea greșită a senzorului duc la declanșări ale celulei și timpi de oprire nedoriți.

Declanșarea intermitentă a perdelei de lumină:Adesea cauzată de vibrațiile de la transportoarele din apropiere care provoacă schimbări de aliniere optică. Pentru a rezolva acest lucru, consolidați stâlpii de montaj cu plăci anti-de amortizare a vibrațiilor și re-aliniați axa optică folosind instrumente laser.

Eroare de dezactivare în timpul ieșirii paletului:Apare atunci când senzorii de dezactivare sunt activați în afara secvenței sau din cauza formelor neregulate ale paleților. Remediați problema curățând fețele lentilelor fotoelectrice și recalibrând unghiurile de trecere ale senzorului X-de dezactivare a sunetului și ferestrele temporizatorului PLC.

Defecțiuni încrucișate PLC de siguranță:Indică un scurtcircuit între canalele de intrare de siguranță cu dublu-canal. Inspectați blocurile de borne ale cablajului pe teren pentru a nu detecta fire ciupit și înlocuiți liniile de cablu deteriorate cu cabluri-perechi răsucite ecranate.

Robotul refuză pornirea automată-după închiderea porții:De obicei, se întâmplă deoarece controlerul de siguranță necesită o resetare manuală înainte de a reporni logica-modului automat. Confirmați că operatorul a executat secvența de butoane de resetare manuală din exteriorul celulei și verificați starea solenoidului de blocare a gardului-pe HMI.

Scanerul laser se oprește false de la praf:Cauzat de acumularea de praf pe ferestrele lentilelor optice care declanșează praguri de distanță. Ștergeți ferestrele scanerului folosind șervețele anti-statice și ajustați toleranțele câmpului conturului scanerului în software.

Înainte de a preda o celulă automatizată de paletizare personalului de producție, inginerii de siguranță trebuie să completeze și să semneze o listă de verificare de validare a siguranței funcționale:

E-Opriți testarea circuitului:Apăsați fiecare buton de Oprire de urgență de pe HMI, învățați pandantivul și stâlpii de gard individual pentru a confirma un răspuns imediat Safe Torque Off.

Funcționalitatea de blocare de siguranță:Verificați dacă deschiderea oricărei porți fizice de gard oprește imediat mișcarea robotului și împiedică deblocarea porții în timpul funcționării.

Verificarea distanței de oprire a cortinei de lumină:Efectuați teste de intruziune fizică folosind un dispozitiv de măsurare a timpului de oprire-pentru a verifica dacă distanța fizică îndeplinește sau depășește minimul calculat ISO 13855.

Testarea erorii logicii de dezactivare a sunetului:Rupeți în mod intenționat fasciculele cortinei de lumină din secvența de dezactivare adecvată pentru a confirma că sistemul declanșează o oprire de siguranță puternică.

Verificare locație cu resetare manuală:Asigurați-vă că toate butoanele de resetare manuală a siguranței sunt amplasate strict în afara carcasei periculoase, cu o vedere completă și neobstrucționată a întregului interior al celulei.

Semnalizare și inspecție vizuală de avertizare:Verificați dacă etichetele de-tensiune înaltă, semnele de avertizare privind mișcarea robotului și balizele vizuale de stare sunt clar vizibile și complet funcționale.

Construirea unei celule robot de paletizare industrială pe deplin conformă,-înaltă, necesită echilibrarea eficienței operaționale cu reducerea strictă a riscurilor.

Mai întâi, efectuați o evaluare a riscurilor ISO 12100 devreme în timpul fazei de proiectare pentru a evita reproiectările costisitoare ale celulelor-târzii. În al doilea rând, combinați protecția perimetrului fizic dur cu perdele luminoase de siguranță certificate de tip 4 și scanere laser de siguranță pentru a securiza punctele de intrare și ieșire. În al treilea rând, calculați întotdeauna distanțele minime de siguranță conform ISO 13855 pentru a vă asigura că performanța de oprire se potrivește cu vitezele de apropiere umane. În cele din urmă, implementați arhitecturi de control al siguranței PLd/PLe de Categoria 3 sau 4 cu dublu-canal prin intermediul PLC-urilor de siguranță dedicate.

Prin stabilirea unei arhitecturi de siguranță robuste, mai multe-stratificate, facilitățile de ambalare pot proteja personalul, pot trece fără întârziere audituri de conformitate cu reglementările și pot realiza o producție neîntreruptă-pe termen lung.