Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Optymalna wielkość pola ochronnego w autonomicznych pojazdach przemysłowych


Eksperci z firmy SICK są często proszeni przez klientów o pomoc w wyborze laserowego skanera bezpieczeństwa, ponieważ wybór jest bardzo duży, a każde urządzenie ma odmienną specyfikację techniczną. Często zdarza się, że klienci oczekują po prostu „największego możliwego” pola ochronnego. W niniejszym artykule próbujemy wyjaśnić, że w przypadku zastosowań mobilnych nie tylko to ma znaczenie.

Maksymalne pole ochronne, jakie może zapewnić skaner, to istotna cecha, ale sama ta wartość nie może decydować o tym, czy skaner nadaje się do zastosowania w autonomicznych pojazdach przemysłowych. W dalszej części pokażę, jak czasy odpowiedzi posiadanych urządzeń bezpieczeństwa oraz systemu sterowania wpływają w znacznym stopniu na wielkość wymaganego pola ochronnego oraz jak oddziałuje to bezpośrednio na aplikacje użytkownika.

Istotne jest, że w przypadku stosowania autonomicznych pojazdów przemysłowych należy uwzględnić wiele kwestii, takich jak np. otoczenie, układ hamulcowy itp., oraz że projektant systemu powinien przeprowadzić pełną i kompleksową ocenę ryzyka. Wszystkie informacje w niniejszym artykule służą jedynie jako wskazówki i nie można ich wykorzystywać do formułowania jakichkolwiek sądów na temat zagrożeń, wykluczania nierozpoznanych zagrożeń lub też określania stopnia zagrożenia w związku z rzeczywistymi przypadkami zagrożeń. To stanowi zakres odpowiedzialności konstruktora/producenta takich urządzeń.

Historia laserowego skanera bezpieczeństwa

Od chwili wprowadzenia urządzenia „Optotrap”, czyli pierwszego skanera bezpieczeństwa kategorii 2, który SICK firma SICK wprowadziła na rynek w 1976 roku, laserowy skaner bezpieczeństwa odgrywa kluczową rolę w tworzeniu systemów automatyki. W roku 1994 firma SICK wprowadziła na rynek pierwszy laserowy skaner bezpieczeństwa kategorii 3. Od tego czasu urządzenia te umożliwiają bardziej wydajną i efektywną produkcję oraz przyczyniają się do wzrostu bezpieczeństwa pracy. Przykładem, który wywiera największe wrażenie, jest rynek pojazdów transportowych bez kierowcy, w przypadku których laserowe skanery bezpieczeństwa umożliwiły wyższą prędkość jazdy dzięki zwykłemu wyeliminowaniu zderzaków. Zderzak stanowi czujnik stykowy, umożliwiający bezpieczne zatrzymanie pojazdu bez narażania ludzi na obrażenia. Ponadto pojazd wyposażony w zderzaki musi mieć odpowiednio niską prędkość, umożliwiająca mu reakcję w odpowiednim czasie. Laserowe skanery bezpieczeństwa umożliwiają bezpieczną, bezkontaktową detekcję osób i przeszkód daleko przed nimi, dzięki czemu można uzyskać znacznie wyższe prędkości przejazdów, patrz ilustracja 1.

Ilustracja 1: Bezpieczeństwo w przypadku pojazdów transportowych bez kierowcy

Klasyfikacja laserowego skanera bezpieczeństwa wg aktualnych przepisów

Laserowy skaner bezpieczeństwa to urządzenie typu 3, co do którego wymagania są zawarte w normie zharmonizowanej EN 61496-1. Jeśli używana jest funkcja bezpieczeństwa laserowego skanera bezpieczeństwa typu 3, maksymalny osiągalny poziom zapewnienia bezpieczeństwa (PL) to PLd – norma EN ISO 13849 lub też poziom nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL) to SIL2 – norma IEC 62061. Norma IEC 61496-3 określa również specyfikację techniczną dla laserowych skanerów bezpieczeństwa, obejmującą specjalne wymagania dotyczące aktywnych optoelektronicznych urządzeń ochronnych reagujących na odbite promieniowanie rozproszone (AOPDDR).

Są one wykorzystywane zarówno w rozwiązaniach stacjonarnych, jak również mobilnych i mogą doprowadzić maszynę lub pojazd do bezpiecznego zahamowania lub zatrzymania, gdy tylko wykryją, osobę, część ciała lub też nieoczekiwaną przeszkodę w obrębie pola ochronnego.

Zasada pomiaru time-of-flight

W laserowych skanerach bezpieczeństwa stosowana jest zasada pomiaru time-of-flight, w przypadku której impuls świetlny jest przesyłany, odbijany, a następnie wykrywany. Odległość (d) pomiędzy obiektem oraz skanerem jest obliczana na podstawie czasu powrotu wiązki świetlnej (ΔT) oraz prędkości światła (c = 3 x 108 m/s), patrz ilustracja 2.

Ilustracja 2: Zasada czasu przelotu wiązki

Lustro we wnętrzu skanera umożliwia obracanie tej wiązki świetlnej, a tym samym wykonywanie pomiarów wokół promienia na płaszczyźnie. Oznacza to, że skaner może utworzyć profil otoczenia, oraz że przy użyciu dedykowanego oprogramowania można konfigurować różne pola dla skanera, za pomocą których można każdorazowo włączać i wyłączać wyjścia używane przez funkcje bezpieczeństwa. Niektóre skanery mogą być stosowane również w wielu Funkcjach Bezpieczeństwa, ponieważ są one w stanie analizować równocześnie wiele pól, patrz ilustracja 3.

Ilustracja 3: Równoczesna analiza pól

Równoczesna analiza pól umożliwia sprostanie złożonym zastosowaniom, które w przeszłości sprawiały trudności, ponieważ liczba wyjść przełączających była ograniczona do tylko jednego lub maksymalnie dwóch.

Typy pól

Istnieją cztery typy pól, przewidziane dla laserowego skanera bezpieczeństwa, patrz ilustracja 4.

Ilustracja 4: Pola laserowego skanera bezpieczeństwa (1. Pole ochronne; 2. Pole ostrzegawcze; 3. Kontur referencyjny (detekcja położenia skanera); 4. Kontur detekcyjny (może być użyty w Funkcjach Bezpieczeństwa do PLd/SIL2)

Dodatkowo można połączyć kombinację tych pól, tworząc jeden „zestaw pól”, patrz ilustracja 5.

Ilustracja 5: Zestaw pól

Laserowe skanery bezpieczeństwa mają możliwość zapisywania wielu zestawów pól, z których każdy jest wybierany na podstawie wielu warunków wejściowych. Mają one następujące postaci:

  • wejścia okablowane na stałe,
  • bity oprogramowania,
  • informacje o prędkości z enkoderów.

Każdy warunek, który określa, jaki zestaw pól zostanie wybrany, jest określany jako „przypadek monitorowania”, który zawiera warunki wejściowe, i może zawierać również informacje takie jak „próbkowanie wielokrotne”, co omówię jeszcze w dalszej części.

W tym miejscu należy wspomnieć o tym, że przełączanie pomiędzy przypadkami monitorowania wydłuża czas odpowiedzi systemu, w związku z czym często sięga się chętnie po równoczesną analizę pól (równoczesne analizowanie wielu pól ochronnych w jednym zestawie pól), aby skrócić czas odpowiedzi.

Próbkowanie wielokrotne

Standardowo jeden laserowy skaner bezpieczeństwa musi wykrywać obiekt kolejno dwa razy (dwa obroty głowicy), aby rozpoznać go w niezawodny sposób. W trudnych warunkach otoczenia, oraz mając na uwadze stabilność detekcji skanera, może być on zbyt czuły i stwarzać problemy ze względu na zanieczyszczenia, pył, odpryski spawalnicze lub też drgania. Próbkowanie wielokrotne może zwiększać liczbę przebiegów, czyli jak często obiekt musi być rejestrowany, zanim zostanie wygenerowany sygnał detekcji, co może znacznie wydłużyć czas oczekiwania na dostępność systemu. Jeśli na przykład w przypadku jednego pola ochronnego skonfigurowane jest próbkowanie wielokrotne o wartości 3, które musi zostać przekazane do wyjść przełączających, zanim będzie możliwe przełączenie wyjść na stan WYŁ., obiekt musi zostać wykryty trzykrotnie raz za razem w polu ochronnym.

Należy zapewnić jednakże możliwość kompromisu w przypadku użycia tej funkcji, ponieważ łączny czas reakcji wydłuża się wraz z każdym dodatkowym skanowaniem, co w przypadku pojazdów transportowych bez kierowcy może mieć negatywne skutki.

Pojazdy transportowe bez kierowcy

W przypadku integracji enkoderów w autonomicznym pojeździe przemysłowym możliwy jest pomiar prędkości, aby zrealizować bezpieczne sterowanie ruchami zamiast zatrzymania awaryjnego. Za pomocą koncepcji pól ostrzegawczych można zapewnić, że pojazdy w zależności od odległości od osoby lub obiektu są spowalniane lub przyspieszane w taki sposób, że zapewniona jest optymalna dostępność eksploatacyjna, oraz że pole ochronne jest przekraczane tylko w rzadkich przypadkach, dzięki czemu pojazd nie musi się zatrzymywać. Pojazd jednakże musi być w stanie zawsze wystarczająco szybko się zatrzymać, aby nie doszło do zranienia osób.

Pola ochronne powinny być określane przez producenta. Z myślą o tym firma SICK oferuje w przypadku swojego laserowego skanera bezpieczeństwa microScan3 następujące równanie:

Wraz ze zwiększającą się wartością SL zwiększa się powierzchnia autonomicznego pojazdu przemysłowego, ponieważ skaner ze względu na swój czas odpowiedzi musi obejmować większy zakres. Z następujących powodów zaleca się utrzymywać wartość SL na w miarę możliwości niskim poziomie:

  • aby umożliwić autonomicznym pojazdom przemysłowym pracę w mniejszej odległości od siebie,
  • aby wymagały one mniej wolnej przestrzeni wokół siebie,
  • aby obiekty oraz osoby rzadziej stanowiły przyczynę zatrzymań lub operacji hamowania pojazdu,
  • aby pojazdy z małymi polami poruszały się o wiele szybciej i aby można było zwiększyć ich dostępność.

W tym celu niezbędne jest zbadanie każdego parametru w systemie sterowania, aby dzięki temu zoptymalizować aplikację, patrz ilustracja 6.

Ilustracja 6: Pojazdy transportowe bez kierowcy pracują w niewielkiej odległości od siebie

Spośród wszystkich wymienionych wyżej parametrów zazwyczaj największą i najbardziej zmienną wartością w całym łańcuchu jest wartość SA, czyli droga zatrzymania pojazdu. Droga zatrzymania obejmuje drogę hamowania pojazdu, drogę przebytą w czasie odpowiedzi laserowego skanera bezpieczeństwa i czas odpowiedzi sterownika bezpieczeństwa pojazdu.

Czas zatrzymania obejmuje następujące parametry, patrz równanie:

Ilustracja 6: Pojazdy transportowe bez kierowcy pracują w niewielkiej odległości od siebie

Droga hamowania może zależeć od całego szeregu czynników, takich jak np. rodzaj używanych hamulców, otoczenie, w jakim stosowany jest autonomiczny pojazd przemysłowy, ładunku, kierunku jazdy, stanu opon itp. Czynniki te należy koniecznie wziąć pod uwagę. Drogę, jaką pokonuje pojazd w trakcie czasu odpowiedzi układu sterowania, można zoptymalizować, uwzględniając sterownik bezpieczeństwa, architekturę oraz metodę podłączenia. Droga pokonywana w trakcie czasu odpowiedzi laserowego skanera bezpieczeństwa zależy od podstawowego czasu odpowiedzi używanego skanera, jak również od jego konfiguracji.

Droga przebyta w trakcie czasu odpowiedzi laserowego skanera bezpieczeństwa

Odcinek drogi przebyty w trakcie czasu odpowiedzi laserowego skanera bezpieczeństwa zależy od:

  • podstawowego czasu odpowiedzi laserowego skanera bezpieczeństwa,
  • prędkości maksymalnej pojazdu,
  • dodatkowego czasu odpowiedzi ze względu na próbkowanie wielokrotne, czasy przesyłania oraz zmianę sytuacji.

Jest to dokładnie pokazane w poniższym równaniu:

Niemożliwe byłoby dokonanie oceny każdego odmiennego środowiska, każdego systemu autonomicznego pojazdu przemysłowego, każdego sterownika bezpieczeństwa, każdego skanera i jego połączeń, a wartość ta musiałaby wynikać z danych testowych. Widać jednakże, że szybka reakcja skanera i ograniczenie próbkowania wielokrotnego ma bezpośredni wpływ na ogólny czas reakcji systemu. Wpływa to bezpośrednio na wielkość wymaganego pola ochronnego. W praktyce może to przyczyniać się w poszczególnych przypadkach do różnic pola ochronnego nawet do ponad 10 m. Ważne jest również, aby czas przesyłania do systemu sterującego był w miarę możliwości krótki. Można to osiągnąć na różne sposoby, np. dzięki stałemu okablowaniu OSSD z wejściami do sterowników bezpieczeństwa lub też dzięki bezpiecznej komunikacji z „symultaniczną analizą pól” do równoczesnego monitorowania wielu pól ochronnych.

Efekt – dzięki temu można uzyskać optymalną wielkość pola ochronnego

Pole ochronne musi być odpowiednie do danego zastosowania. W przypadku zastosowań mobilnych jednakże korzystne jest utrzymywanie tego pola na jak najniższym poziomie w celu wyeliminowania przypadków fałszywego wyzwalania oraz ze względu na wymagania przestrzenne pojazdów. Dlatego też konieczne jest uwzględnienie zarówno czasu odpowiedzi skanera, jak również całego systemu. Wielokrotne skanowanie może spowodować wydłużenie czasu odpowiedzi skanera. Ponadto należy pamiętać o tym, ile dodatkowego czasu odpowiedzi potrzeba na każde dodatkowe skanowanie. Im bardziej odporna i niezawodna jest zasada wykrywania skanera, tym bardziej prawdopodobne jest, że w skomplikowanym otoczeniu będzie występować mniejsza potrzeba wielokrotnego skanowania. Pojazdy mogą dzięki temu pracować z wysoką prędkością oraz bliżej konturów obiektów w otoczeniu, co zwiększa ogólną wydajność oraz efektywność produkcji, a przy okazji zmniejsza powierzchnię zajmowaną przez instalacje. Należy przy tym uwzględnić również system sterowania, do którego jest podłączony skaner, a także sposób, w jaki jest on podłączony. Równoczesna analiza pól w przypadku złożonych zastosowań lub też stałe okablowanie w prostszych przypadkach może w związku z tym wpłynąć na poprawę czasu odpowiedzi. Maksymalna wielkość pola ochronnego, jaką może zapewnić laserowy skaner bezpieczeństwa, jest ważną cechą, jednakże w przypadku zastosowań w autonomicznych pojazdach przemysłowych ważniejsze jest uwzględnienie ogólnego czasu reakcji i stabilności detekcji, dzięki czemu pola ochronne mogą być w miarę możliwości małe, a jednocześnie na tyle duże, na ile to niezbędne.

Laserowe skanery bezpieczeństwa



8 kwietnia 2021 / Kategoria: , , ,
  • Autor: SICK Sp. z o.o.
  • Od przeszło 70 lat dostarczamy produkty i systemy automatyki. Świadczymy także wsparcie techniczne oraz serwis dotyczący rozwiązań do każdej fazy produkcji w wielu branżach przemysłu takich jak: - automatyka przemysłowa, - logistyka, - automatyka procesowa. Nasz serwis oprócz konfiguracji i uruchomienia zaawansowanych produktów oraz gotowych systemów, proponuje również kompleksowe rozwiązania w zakresie tworzenia projektów i ich realizacji zgodnie z indywidualnymi wymaganiami klienta.
  • Profil Autora
  • http://www.sick.pl

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.



.

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Wejdź do świata automatyki WAGO z bezpłatną licencją e!COCKPIT na start

Wejdź do świata automatyki WAGO z bezpłatną licencją e!COCKPIT na start

>KLIKNIJ<

Nowy świat automatyzacji

Nowy świat automatyzacji

>KLIKNIJ<

Krążniki do przenośników taśmowych – rodzaje i zastosowanie

Krążniki do przenośników taśmowych – rodzaje i zastosowanie

>KLIKNIJ<

Elastyczna modernizacja instalacji dzięki bramom szeregowym

Elastyczna modernizacja instalacji dzięki bramom szeregowym

>KLIKNIJ<

Aplikacje Ethernet

Aplikacje Ethernet

>KLIKNIJ<

Rozporządzenie UE w sprawie ekoprojektów

Rozporządzenie UE w sprawie ekoprojektów

>KLIKNIJ<

Centrum Testowania Technologii Przemysłu 4.0 powstało na Śląsku. Przełom dla polskiej branży produkcyjnej

Centrum Testowania Technologii Przemysłu 4.0 powstało na Śląsku. Przełom dla polskiej branży produkcyjnej

>KLIKNIJ<

Depaletyzowanie: dzięki technologii zdjęć 3D roboty widzą po prostu więcej

Depaletyzowanie: dzięki technologii zdjęć 3D roboty widzą po prostu więcej

>KLIKNIJ<

Poznaj iAutomatyka Roku 2020 – Wywiad z Adamem Laryszem

Poznaj iAutomatyka Roku 2020 – Wywiad z Adamem Laryszem

>KLIKNIJ<

PFC200 w Sferycznym Ogrodzie Badawczym

PFC200 w Sferycznym Ogrodzie Badawczym

>KLIKNIJ<

Roboty SCARA – możliwości łatwej automatyzacji procesów produkcyjnych

Roboty SCARA – możliwości łatwej automatyzacji procesów produkcyjnych

>KLIKNIJ<

Przekaźnik z wymuszonym prowadzeniem styków

Przekaźnik z wymuszonym prowadzeniem styków

>KLIKNIJ<

INTELIGENTNA KURTYNA OPTYCZNA WEBCHECKER DO POMIARÓW SZEROKOŚCI I PROWADZENIA KRAWĘDZI KILKU WSTĘG JEDNOCZEŚNIE

INTELIGENTNA KURTYNA OPTYCZNA WEBCHECKER DO POMIARÓW SZEROKOŚCI I PROWADZENIA KRAWĘDZI KILKU WSTĘG JEDNOCZEŚNIE

>KLIKNIJ<

Jak zwiększyć wydajność maszyny dzięki sterownikowi ruchu Trio?

Jak zwiększyć wydajność maszyny dzięki sterownikowi ruchu Trio?

>KLIKNIJ<

Nowości produktowe 2021

Nowości produktowe 2021

>KLIKNIJ<

Zasilacze transformatorowe z MerXu – oferta platformy

Zasilacze transformatorowe z MerXu – oferta platformy

>KLIKNIJ<

Wyłączniki magnetyczne Pizzato ST G RFID z certyfikatem ECOLAB

Wyłączniki magnetyczne Pizzato ST G RFID z certyfikatem ECOLAB

>KLIKNIJ<

Przemysł 4.0 – jak wypłynąć na fali zmian?

Przemysł 4.0 – jak wypłynąć na fali zmian?

>KLIKNIJ<

Projektowanie i wdrażanie rozwiązań pod klucz

Projektowanie i wdrażanie rozwiązań pod klucz

>KLIKNIJ<

Indukcyjne czujniki ReeR PI-SAFE – bezpieczna praca ludzi z maszynami

Indukcyjne czujniki ReeR PI-SAFE – bezpieczna praca ludzi z maszynami

Reklama



MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • To rozwiązanie oparte o technologię LoRaWAN pozwala skutecznie realizować działania ograniczające ryzyko rozprzestrzeniania się wirusa . Możliwość automatycznej kontroli dystansu z jednoczesnym monitoringiem relacji i wstecznym śledzeniem k...
  • Produkty i rozwiązania firmy SICK są równie różnorodne jak codzienność w przedsiębiorstwie. Szkolenia SICK dla użytkowników umożliwiają zdobycie wiedzy na temat zróżnicowanej oferty naszych innowacyjnych produktów w formie dostosowanej do k...
    Link: Terminy
  • SCADA z wbudowanym serwerem sieci Web i routerem, bez licencji, bez limitów rejestrów! Brzmi dobrze? A to dopiero początek! Jest to urządzenie umożliwiające zarządzanie zarówno w sieci lokalnej jak i przez Internet z komputera, bądź urządze...
  • RPI-1ZI-U24A, to przekaźnik  instalacyjny wytrzymujący maksymalny prąd załączania 120A w czasie 20ms. Przekaźnik ten dedykowany jest do załączania obwodów o wysokim prądzie początkowym, w szczególności do obwodów oświetleniowych, potwierdzo...
  • Routery Ubiquity serii RK2x to rozwiązania zapewniające funkcjonalności zdalnego dostępu serwisowego, które mogą być użyte z dowolnym urządzeniem automatyki. Routery Ubiquity o symbolach RK20, RK21 i RK22, to modele umożliwiające zdalny ser...
  • SIR6W, to nowa seria przekaźników interfejsowych przeznaczonych do separacji wejść/wyjść w aplikacjach PLC oraz do wielu różnych aplikacji jako elementy pośredniczące i wykonawcze. • SIR6W, to przekaźniki o niewielkich wymiarach 88,6 x 6,2 ...



KATEGORIE ARTYKUŁÓW
POLECANE ARTYKUŁY
Wydarzenia