Bezpieczeństwo ludzi i maszyn - czujnik ultradźwiękowy

Ochrona personelu produkcyjnego w środowiskach przemysłowych stawia wysokie wymagania technice bezpieczeństwa: systemy ochrony muszą być solidne i całkowicie niezawodne, a jednocześnie spełniać surowe wytyczne i normy. Im wyższy stopień automatyzacji, tym ważniejszy staje się ten aspekt. Przykładem jest logistyka produkcji i magazynu, gdzie coraz częściej stosuje się zautomatyzowane systemy transportowe. Pojazdy poruszają się w miejscach, w których pracują ludzie i dlatego muszą być w stanie szybko się zatrzymać w dowolnym momencie, aby uniknąć kolizji. Ponieważ wiele AGV-ów często porusza się jednocześnie, technologia bezpieczeństwa jest również wykorzystywana do ochrony samych pojazdów w przypadku spotkania z innymi pojazdami.

"Solidna" zasada pomiaru

Istotne jest, aby w każdych okolicznościach przeszkody były wykrywane przez system czujników. W tym aspekcie konstrukcja czujników ultradźwiękowych ma przewagę nad innymi technologiami, takimi jak technologia optyczna, opierająca się na niezakłóconym rozpraszaniu światła. Jeśli wiązka światła czujników jest przesłonięta, odchylona lub niewystarczająco odbita, nie mogą one niezawodnie wykryć obiektu docelowego. Podczas użytkowania na zewnątrz para i kurz lub mgła, deszcz i śnieg mogą "połknąć" impuls światła. Właściwości specyficzne dla obiektu, takie jak nieregularne kontury, otwory i wgłębienia w powierzchniach, są w stanie również powodować zakłócenia pomiaru optycznego.

Tego rodzaju czynniki zakłócające prawie w ogóle nie mają wpływu na ultradźwięki. Z definicji, właściwości optyczne powierzchni nie mają bowiem znaczenia. Podczas wykrywania nieregularnych konturów pomocne są właściwości związane z kształtem wiązki dźwiękowej, która zawsze uderza w docelowy obiekt na powierzchni, a czujnik wykrywa znacznie więcej niż tylko punkt lub linię skanowania. Dlatego nie mają znaczenia dziury i wgłębienia w obiekcie docelowym. Kurz, opary i opady mają niewielki wpływ na dźwięk. Ponadto czujniki ultradźwiękowe są prawie całkowicie odporne na zanieczyszczenia lub powłoki przylegające do powierzchni.

Eliptyczna wiązka

Wiązka czujnika ultradźwiękowego jest zwykle promieniowo symetryczna. Natomiast w systemie USi-safety firmy Pepperl+Fuchs jest ona bardzo szeroka w jednej osi i bardzo wąska w drugiej. Ta asymetria nadaje jej wyraźnie eliptyczny kształt i umożliwia czujnikowi pokrycie dużego obszaru. Powstająca strefa bezpieczeństwa ma szerokość 80 cm w odległości 1,5 m. Różne opcje regulacji oferowane przez urządzenie umożliwiają również wykrywanie małych obiektów lub części ciała z dużej odległości. Maksymalny zasięg detekcji wynosi 2,5 m, co pozwala AGV monitorować całą przestrzeń w kierunku jazdy.

Niezawodna elektronika, intuicyjna parametryzacja

Każdej jednostce czujnika ultradźwiękowego przyporządkowane są przez elektronikę dwa wyjścia OSSD. Dwa mikrokontrolery w interfejsie sterowania monitorują zarówno funkcję czujnika, jak i siebie nawzajem. Zauważalne odchylenia w pracy czujników lub między sterownikami automatycznie wyzwalają obwód bezpieczeństwa. Niezawodna ochrona jest możliwa dla każdego z dwóch niezależnych kanałów czujników. W ten sposób wymagania dotyczące systemu bezpieczeństwa są spełnione nawet wówczas, gdy podłączona jest tylko jedna jednostka czujnikowa. W przypadku wyjścia sygnału do sterownika bezpieczeństwa dostępne jest jedno wyjście sygnału dla każdej jednostki czujnika, a także bezpieczne wyjścia OSSD z monitorowaniem zwarć.

Jeśli wiele pojazdów AGV porusza się po magazynie i napotyka się na siebie, zakłócenia między ich czujnikami ultradźwiękowymi są tłumione przez specjalne oprogramowanie. Stałe zmienne zakłócające i obiekty odniesienia dla ochrony przed manipulacją mogą zostać ukryte. Punkty przełączania, logika wyjściowa, inicjalizacja testów okresowych oraz parametry specyficzne dla bezpieczeństwa i ultradźwięków mogą być ustawiane intuicyjnie za pomocą oprogramowania do parametryzacji. Generuje ono również automatycznie protokoły bezpieczeństwa dla dokumentacji zakładu.

Przykład aplikacji: system antykolizyjny w ramionach wózków widłowych

W przypadku pojazdów sterowanych automatycznie, oprócz głównego kierunku jazdy dla ochrony istotne są również kierunki drugorzędne, takie jak poruszanie się w stronę wideł i strefa boczna. Małe jednostki czujników USi-safety można zintegrować w dowolnym miejscu, np. bezpośrednio w widłach. Zewnętrzny interfejs sterowania może być umieszczony w podwoziu pojazdu. Dzięki temu trójwymiarowe pole dźwiękowe zespołów czujników zabezpiecza obszar zagrożenia bezpośrednio przed ramionami wideł. Pył unoszący się w powietrzu i inne czynniki środowiskowe nie wpływają na detekcję.

Przykład aplikacji: bezpieczeństwo personelu we współpracy z AGV

Pojazdy AGV podążają za znakami na ziemi. Ich tor jazdy często znajduje się w miejscach, w których poruszają się również ludzie. Należy więc niezawodnie unikać kolizji bez zbędnych przerw w transporcie. Systemy optyczne, które służą do swobodnej nawigacji i ochrony personelu, mogą być uzupełnione lub nawet zastąpione alternatywnym sprzętem ochronnym, takim jak USi-safety. Jednostki czujników są elastycznie zintegrowane z AGV. Oprogramowanie do parametryzacji może być wykorzystane do szybkiego i łatwego dostosowania zakresu wykrywania do warunków. Sygnał wyjściowy może być użyty np. do zmniejszenia prędkości lub do wyprowadzenia sygnału ostrzegawczego. Wyjścia bezpieczeństwa niezawodnie inicjują zatrzymanie w niebezpiecznej sytuacji.

Przykład aplikacji: ochrona maszyn

W maszynach obszary krytyczne są zwykle chronione kurtynami fotoelektrycznymi. Ich czujniki w niektórych środowiskach, takich jak przemysł drzewny, często powodują jednak fałszywe wyzwalanie z powodu pyłu lub cząstek unoszących się w powietrzu. Maszyna przechodzi następnie w stan bezpieczny, po czym kurtyna musi zostać wyczyszczona, a system ponownie uruchomiony.

Alternatywnie, USi-safety wytwarza "kurtynę dźwiękową", na którą nie ma wpływu ani pył drzewny, ani cząstki unoszące się w powietrzu i przylegające zanieczyszczenia. Technologia ta niezawodnie chroni maszynę, ale bez zbędnych przerw w procesie produkcyjnym. Części maszyny, które wchodzą w obszar pomiarowy, można nauczyć za pomocą wejścia Teach-in. Jeśli taki cel odniesienia nie jest już wykrywany, system przejdzie w stan bezpieczny.

Pepperl+Fuchs Polska
www.pepperl-fuchs.com