Kurtyny świetlne – wybór i instalacja

Kurtynę świetlną stanowi zespół nadajnik–odbiornik promieniowania optycznego. Pierwszy zbudowany jest z matrycy diod emitujących pojedyncze równoległe wiązki promieniowania podczerwonego, aktywowane sekwencyjnie. W odbiorniku matryca półprzewodnikowych fotodetektorów oczekuje na sygnały z nadajnika w odpowiedniej kolejności i czasie – stąd wynika konieczność synchronizacji sekcji nadawczej i odbiorczej (optycznej lub przez ich połączenie elektryczne). Wiązki promieniowania tworzą pomiędzy kolumnami nadajnika i odbiornika (niewidoczną) płaszczyznę. Jeśli zostanie ona naruszona przez nieprzezroczysty obiekt, jak na przykład dłoń, przerwanie wiązki zostanie wykryte w odbiorniku. To włącza zabezpieczenia zatrzymujące maszynę.

Ze względu na zasadę działania na tle innych środków ochrony kurtyny świetlne wyróżnia kompaktowość, mniej inwazyjny montaż, dzięki temu wymagający mniejszej ingerencji w organizację stanowiska, oraz dyskretna obecność. Z drugiej strony trzeba pamiętać, że inaczej niż na przykład lite osłony nie chronią przed rozbryzgami, odłamkami, iskrami, wysoką temperaturą ani oparami. Zatem decydując się na nie, trzeba się upewnić, że zapewnią ochronę adekwatną do potrzeb, czyli charakteru zagrożenia i specyfiki wykonywanych przez pracowników zadań. Determinuje to ich typ, a wybierając konkretny model, przeanalizować trzeba również jego parametry i funkcje.

Ochrona POC VS PAC

Generalnie kurtyny świetlne jako mechanizm bezpieczeństwa są wykorzystywane w dwóch przypadkach: w ochronie punktowej i obwodowej. Różnią się one wymaganiami w zakresie rozmiaru obszaru bezpiecznego i rozdzielczości ochrony, a determinuje je sposób organizacji przestrzennej zabezpieczenia i miejsce jego montażu.

Kurtyny świetlne w zabezpieczeniach punktowych (Point of Operation Control, POC) chronią dłonie, palce, ramiona pracowników, którzy będą obsługiwać maszynę, dlatego są montowane w jej bezpośrednim sąsiedztwie, w miejscu, gdzie personel może z nią wchodzić w interakcje. Przykładem zabezpieczenia typu POC jest kurtyna świetlna chroniąca palce i ręce operatorów maszyn do gięcia, prostowania i wytłaczania blach.

Kurtyny świetlne w ochronie obwodowej (Perimeter Access Control, PAC) tymczasem tworzą ogrodzenie wokół maszyn, z którymi pracownicy nie wchodzą w bezpośredni kontakt, ale mogą się znaleźć w ich przestrzeni roboczej. Przykładem są stanowiska zrobotyzowane. Rolą zabezpieczenia typu PAC jest zatem niedopuszczenie, żeby pracownik znalazł się w zasięgu ruchomej części maszyny, na przykład ramienia robota.

Klasyfikacja kurtyn świetlnych

Tytułowe urządzenia klasyfikuje się również ze względu na poziom bezpieczeństwa, jaki są w stanie zapewnić, na kurtyny świetlne typu 2 i 4, według podziału w normie EN IEC 61496-2. Generalnie te drugie są wymagane, gdy ryzyko wypadku jest większe, ponieważ dzięki zastosowanym rozwiązaniom spełniają wyższe wymogi bezpieczeństwa niż pierwsze.

Różnica pomiędzy tymi dwoma typami dotyczy m.in. gwarancji funkcji ochronnej. W przypadku kurtyn świetlnych typu 4 nawet w razie wystąpienia błędów lub usterki, dzięki automatycznemu ciągłemu testowaniu, maszyna natychmiast zostanie zablokowana, a jej ponowne uruchomienie wymagać będzie sprawdzenia lub wymiany kurtyny oraz zresetowania zabezpieczeń. Pod tym względem rozwiązania implementowane w urządzeniach typu 2 nie są aż tak rygorystyczne – wprawdzie są w nich przeprowadzane testy obwodów wewnętrznych, ale okresowo. To znaczy, że w przerwach pomiędzy kolejnymi sprawdzeniami możliwa jest utrata funkcji ochronnej, która zostanie wykryta dopiero w kolejnym teście. Z możliwością niezadziałania zabezpieczenia trzeba się zatem liczyć.

Ponadto w przypadku kurtyn świetlnych typu 2, ze względu na parametry ich układu optycznego, bardziej prawdopodobne jest, że wiązka światła generowana przez nadajnik będzie odbijana w innym kierunku przez połyskliwe powierzchnie. To może skutkować tym, że mimo obecności człowieka w strefie ochronnej, który przerywa wiązkę, do odbiornika dotrze promieniowanie odbite. Przez to zabezpieczenie nie zadziała i niebezpieczna maszyna nie zostanie zatrzymana. Dlatego w przypadku kurtyn świetlnych typu 2 wymagane jest zachowanie większego minimalnego odstępu od powierzchni odblaskowych, niż w tych typu 4.

Spełniające wyższe standardy bezpieczeństwa kurtyny świetlne typu 4 są generalnie droższe, natomiast te typu 2 są przystępną cenowo opcją w przypadkach niższego ryzyka wypadku. Są również często instalowane jako zabezpieczenie dodatkowe, podczas gdy te typu 4 są zwykle tym podstawowym.

Parametry kurtyn świetlnych

Najważniejsze parametry kurtyn świetlnych to: zasięg, wysokość pola ochronnego, czas odpowiedzi, rozdzielczość. Zasięg to maksymalna odległość między nadajnikiem a odbiornikiem kurtyny świetlnej. W razie korzystania z luster odchylających konieczne jest uwzględnienie współczynnika tłumienia, który wprowadza każde z nich (typowo około 15%). Dostępne są modele ze stałym albo regulowanym zasięgiem, w których czułość jest dopasowywana w czasie uruchamiania na podstawie odległości między nadajnikiem a odbiornikiem. Dobór tego parametru jest kluczową decyzją. Jeśli nadajnik i odbiornik kurtyny z silnym sygnałem optycznym, o dużym zasięgu, zamontuje się za blisko siebie, może ona, ze względu na odbicia od sąsiadujących powierzchni, nie działać prawidłowo, zmniejszając zamiast zwiększać, poziom ochrony na stanowisku. Taki sam efekt przyniesie zasięg za mały w stosunku do potrzeb uwarunkowanych rozmiarem obszaru chronionego. Analogiczne powinno być podejście przy doborze wysokości pola ochronnego (albo, jeżeli kurtyna jest ustawiona poziomo, głębokości strefy chronionej).

Kolejny ważny parametr to czas odpowiedzi. Określa on, jak szybko kurtyna świetlna przesyła sygnał alarmowy od momentu, gdy bieg promieni między nadajnikiem a odbiornikiem zostanie przerwany. Rozdzielczość natomiast charakteryzuje minimalny rozmiar obiektu, który może je przysłonić. W zabezpieczeniach jednowiązkowych jest równa średnicy punktu świetlnego, a w wielowiązkowych sumie średnicy punktu świetlnego i odległości między sąsiednimi punktami.

Im większa rozdzielczość, tym lepsza zdolność wykrywania obiektów w strefie chronionej, co pozwala na montaż kurtyny bliżej zagrożenia, w celu ochrony palców (typowa rozdzielczość 14 mm) lub dłoni (30 mm). W zależności od modelu może się to jednak wiązać z wydłużeniem czasu odpowiedzi. Kurtyny świetlne o większej rozdzielczości są też zwykle droższe.

Funkcje dodatkowe

Podstawowa funkcja kurtyny świetlnej to, jak już pisaliśmy, zatrzymanie niebezpiecznej maszyny w razie przerwania wiązki promieniowania przez obiekt, który ją przetnie, przekraczając w ten sposób granicę strefy niebezpiecznej. Kiedy ją opuści, można wykonać reset, zwalniający blokadę. Praca w trybie stop/restart, o ile bezpieczna, niekoniecznie jednak okazuje się najefektywniejsza na liniach i w halach produkcyjnych, gdzie ciągłość pracy przekłada się na produktywność. Dlatego, przez lata, funkcjonalność kurtyn świetlnych starano się rozszerzać o różne opcje, które ten niekorzystny efekt by niwelowały.

Przykładem takiej jest funkcja blanking (maskowanie). Jest ona polecana sytuacjom, w których wymagane jest, by płaszczyznę między nadajnikiem a odbiornikiem kurtyny na stałe przecinał obiekt używany na danym stanowisku (stojak, wąż, podpórka), bez sygnalizowania obecności przeszkody w strefie wykrywania i tym samym bez aktywacji zabezpieczeń. Funkcja blanking w takim przypadku pozwala na zdefiniowanie obszaru wyłączonego z ochrony. W zależności od modelu kurtyny dostępne są w tym zakresie różne opcje. Przykładowo blanking można zdefiniować dla obiektów o określonej wielkości, o rozmiarze zmiennym w pewnym zakresie, nieruchomych lub takich, które mogą się przemieszczać.

Czym jest muting?

Kolejny przykład to funkcja muting (wyciszenie). Polega ona na chwilowym wyłączeniu ochrony w razie wykrycia przez dodatkowe czujniki obiektu, identyfikowanego w oparciu o na przykład rozmiary lub kształt, dopuszczonego do naruszenia strefy wykrywania. Z mutingu korzysta się m.in. na liniach transportowych z towarami, które przechodzą z jednego obszaru produkcji do drugiego lub w zautomatyzowanych operacjach magazynowych.

Oprócz tego kurtyny dostępne są w wykonaniach specjalnych, umożliwiających ich użytkowanie na przykład w obecności atmosfery wybuchowej. Niektóre modele można również łączyć kaskadowo, jeżeli wymagany jest nietypowy kształt strefy chronionej, na przykład osłanianej równocześnie z kilku stron. Zmniejszyć koszty, dzięki ograniczeniu okablowania, pozwalają natomiast systemy kurtyn, które składają się z elementów aktywnych, wyposażonych w nadajnik i odbiornik oraz pasywnych z wbudowanymi lustrami odbijającymi wiązkę promieniowania. Jak pisaliśmy już wcześniej, lustra wprowadzają jednak tłumienie zmniejszające zasięg. Jeżeli spodziewamy się z kolei zakłóceń między niezależnymi kurtynami zainstalowanymi bardzo blisko siebie, warto wybrać modele, w których zaimplementowane zostało kodowanie wiązki. Taka opcja pozwoli odbiornikowi na odróżnienie wiązki z konkretnego nadajnika. Niestety równocześnie może to pogarszać czas reakcji i zasięg.

Wskazówki instalacyjne

Skuteczność ochrony zależy przede wszystkim od prawidłowego ustawienia kurtyny świetlnej względem zagrożenia – musi się ona znajdować w odległości większej, a przynajmniej równej minimalnej odległości bezpiecznej. W taki sposób określany jest dystans, który gwarantuje, że dotarcie do niebezpiecznego punktu będzie możliwe dopiero po zatrzymaniu maszyny.

Wytyczne w zakresie wyznaczania odległości bezpiecznej zostały przedstawione w normie PN- EN ISO 13855. W razie gdy wynik obliczeń okaże się nieodpowiedni do wymagań albo możliwości danego stanowiska, można rozważyć skrócenie całkowitego czasu zatrzymania maszyny albo poprawienie zdolności detekcji przez zakup kurtyny świetlnej o większej rozdzielczości.

Trzeba też pamiętać, że kurtyna świetlna bezpieczeństwa nie będzie w stanie chronić pracowników, jeżeli w osłonach otaczających urządzenie występować będą otwory, które pozwalają im sięgnąć pod, nad albo wokół urządzenia. Każda taka potencjalna luka może skłaniać ludzi do skorzystania z okazji. Przykładowo, jeśli kurtyna będzie się znajdować zbyt wysoko nad podłogą, może to kogoś zachęcić do obejścia zabezpieczenia – na przykład dla przyspieszenia albo ułatwienia sobie pracy - i przejścia pod nią. Dlatego najniższa wiązka promieniowanie nie powinna znajdować się wyżej niż maksymalnie 30 cm nad posadzką, o ile nie zastosowano innych zabezpieczeń. Analogicznie ostatnia wiązka nie może się znajdować zbyt nisko, aby uniemożliwić sięgnięcie ponad nią.

Kurtyny świetlne – czy warto?

Poza zaletami kurtyn świetlnych wymienionymi wcześniej warto wspomnieć o innych korzyściach, które wynikają z ich zamontowania. Przede wszystkim zastępując zabezpieczenia takie, jak osłony, kraty, bramki, które wymagają ręcznej obsługi i czekania na ich otwarcie, ułatwiają i skracają czas dostępu do obszarów roboczych. To przekłada się na zwiększenie wydajności maszyn, ich szybszą konserwację, załadunek i rozładunek. Ponadto, poza tym, że chronią personel przed uszkodzeniem ciała przez niebezpieczne elementy maszyny na skutek nieuwagi czy zmęczenia, stanowią ochronę przed nieuprawnioną ingerencją w jej działanie. Ważne aspekty użytkowe to także prosty i szybki montaż, elastyczność regulacji oraz pozycjonowania. Kurtyny świetlne wyróżnia również łatwość organizacji zabezpieczeń o różnych rozmiarach i kształcie obszaru chronionego.

Monika Jaworowska