Стандарти за безопасност за роботизирани клетки за палетизиране в опаковъчни предприятия: светлинни завеси, огради и оценка на риска

Резюме:Осигуряването на оперативна безопасност в автоматизираните опаковъчни заводи изисква строг, много{0}}пластов подход към контрола на опасностите. Внедряването на индустриален робот за палетизиране или кобот система изисква стриктно спазване на световните стандарти, включително ISO 12100, ISO10218-1/2, ISO/TS 15066 и ISO 13849-1. Цялостната предпазна архитектура съчетава физическа взаимосвързана периметърна ограда, оптични сензорни технологии като предпазни светлинни завеси и лазерни скенери и усъвършенствана контролна логика на Safety PLC. Чрез правилно прилагане на оценки на риска, изчисляване на безопасни разстояния и конфигуриране на интелигентни функции за заглушаване и заглушаване, съоръженията за опаковане могат да поддържат висока пропускателна способност на линията, като същевременно постигат работна среда без вреда и пълно съответствие с CE и OSHA.

Преди да инсталират роботизиран палетизатор, инженерните екипи трябва да извършат задълбочена оценка на риска в съответствие с ISO 12100, който управлява безопасността на машините чрез общи принципи за проектиране, оценка на риска и намаляване на риска. Оценката на риска е итеративен процес, прилаган по време на проектирането, интегрирането и въвеждането в експлоатация.

Идентификация на опасността:Идентифициране на потенциални механични, електрически и оперативни опасности във всички режими на работа, включително автоматична работа, ръчно обучение, поддръжка и отстраняване на засядания.

Оценка на риска:Оценяване на тежестта на потенциалното нараняване, честотата или продължителността на експозицията и вероятността за избягване на увреждане.

Намаляване на риска (методът на три-стъпки):Прилагане на присъщо безопасни дизайнерски мерки за премахване на острите ръбове или ограничаване на скоростта на робота, интегриране на предпазни мерки като физически огради и светлинни завеси и предоставяне на ясни предупредителни знаци и протоколи за обучение на оператори.

ISO 12100:Фокусира се върху общата методология за оценка на риска и принципите за намаляване на риска за машини, оценени чрез матрица за оценка на риска.

ISO 10218-1/2:Определя задължителни изисквания за безопасност и критерии за проектиране на клетки за индустриални роботи, роботизирани системи и интеграция.

ISO/TS 15066:Осигурява конкретни насоки за съвместна работа на роботи и ограничаване на мощността и силата въз основа на биомеханичните прагове на налягането.

ISO 13849-1:Очертава свързаните с безопасността{0}}части на проектирането и валидирането на системите за управление, определяйки нива на ефективност като PLd или PLe.

IEC 62061:Регулира функционалната безопасност на системите за управление,-свързани с електрическа и електронна безопасност за машини, определени от нива на интегритет на безопасност SIL2 или SIL3.

Физическото ограждане на периметъра осигурява основната твърда бариера, предотвратяваща неоторизирано влизане на хора в обвивката на опасно движение на промишлена роботна ръка за палетизиране.

Правила за минимална височина:В съответствие с ISO 13857, твърдите предпазни огради трябва да стоят на минимална височина от 2000 милиметра над пода, за да предотвратят на операторите да достигнат до опасната зона.

Пътен просвет:Долната мрежеста рамка трябва да поддържа просвет от 150 до 200 милиметра, за да се предотврати пропълзяването на персонала, като същевременно позволява лесно измиване и почистване на пода.

Размер на отвора на мрежата:Мрежестите отвори трябва да предпазват пръстите или ръцете от достигане на структурни опасности. Стандартната телена мрежа 50 на 50 милиметра изисква минимално безопасно разстояние от 200 милиметра от всеки движещ се механичен компонент.

По време на стандартна работа клетката на робота е напълно заключена. Когато оператор поиска влизане чрез HMI конзолата, системата за управление инициира контролирано забавяне на скоростта. След като системата задейства състояние на безопасно изключване на въртящия момент и потвърди нулево движение, захванатият-ключ или соленоидна блокировка освобождава вратата за достъп, позволявайки безопасно ръчно влизане в клетката.

Всички врати за достъп, вградени във физически периметърни огради, трябва да бъдат снабдени с дву-канални предпазни блокиращи превключватели, включващи защитно заключване. Електромагнитните-заключващи предпазни превключватели държат вратите за достъп заключени, докато роботът достигне пълно спиране. Системите за блокировка с-затворен ключ изискват операторите да извадят физически предпазен ключ от конзолата на портата, преди да отворят вратата, а пренасянето на този ключ в клетката не позволява на трети страни да затворят вратата и да рестартират автоматичния-режим, докато персоналът е вътре.

Когато физическите бариери биха ограничили транспортните линии за подаване или извеждане на палети, оптичните сензорни-устройства за присъствие осигуряват активно електро{1}}чувствително защитно оборудване.

Предпазните светлинни завеси излъчват набор от инфрачервени лъчи през отворите за достъп. Прекъсването на който и да е лъч изпраща незабавен сигнал за спиране към Safety PLC. Защитата на пръстите използва разделителна способност от 14-милиметра и се монтира близо до опасни точки на прищипване като край-на{-ръкохватки за инструменти. Защитата на ръцете използва 30-милиметрова резолюция като стандартна конфигурация около конвейерите. Решетките за откриване на тялото и контрол на достъпа използват многолъчева настройка с разделителна способност от 300 до 500 милиметра за защита при влизане в периметъра.

Лазерните скенери за безопасност използват лазерно отражение Time{0}}of-Flight за наблюдение на 2D подови площи около палетизираща роботна система. Позволяват динамично превключване на зоните. Когато оператор наближи предупредителната зона, скенерът задейства звукова аларма и сигнализира на контролера на робота да намали до безопасна намалена скорост. Ако операторът пристъпи по-близо до вътрешната защитна зона, скенерът изпълнява незабавно безопасно спиране от категория 0 или категория 1.

Поставянето на предпазна светлинна завеса твърде близо до рамото на робот за промишлено палетизиране създава сериозна опасност за безопасността, тъй като операторът може да достигне зоната на опасно движение, преди рамото на робота да спре напълно.

Минималното безопасно разстояние се изчислява съгласно ISO 13855, като се използва стандартизирана формула. Изискваното разстояние е равно на скоростта на приближаване на човек, умножена по общото време за спиране на системата, плюс допълнително разстояние на проникване въз основа на резолюцията на сензора. Скоростта на човешки подход обикновено е настроена на 1600 милиметра в секунда за достъп до тялото или 2000 милиметра в секунда за движения на ръцете. Общото време за спиране на системата съчетава времената за реакция на оптичния сензор, логическата обработка на Safety PLC и механизма за спиране на задвижващия механизъм на контролера на робота. Допълнителното разстояние на проникване отчита колко далеч ръка или част от тялото може да пробие светлинните лъчи, преди да се появи откриване.

В сценарий на практическо приложение, ако скоростта на приближаване на човека е 1600 милиметра в секунда, общото комбинирано време за реакция при спиране на системата е 0,35 секунди и разрешената дълбочина на проникване за решетка за откриване на тяло е 850 милиметра, изчислението се умножава 1600 по 0,35, за да се получат 560 милиметра. Добавянето на допустимото за проникване от 850 милиметра води до необходимото минимално безопасно разстояние от 1410 милиметра. Следователно светлинната завеса трябва да бъде монтирана на разстояние най-малко 1410 милиметра от най-близката опасна линия за почистване на робота.

Автоматизираните опаковъчни линии трябва да позволяват на готовите палетни стекове или празните палети да преминават през периметърни отвори, без да задействат фалшиви аварийни спирания, като същевременно откриват човешко влизане.

Заглушаването е метод за временно заобикаляне, който временно деактивира светлинната завеса по време на влизане или излизане на материал чрез логика на фото-око. Системата разчита на кръстосани (X-заглушаване) или паралелни (L-заглушаване) фотоелектрични сензори за разпознаване на специфичната форма и скорост на изходящ палет. Основното предимство на заглушаването е позволяването на непрекъснато прехвърляне на пълни палетни товари извън клетката, но основното му ограничение е изискването за стриктна времева последователност, за да се попречи на човек да се влачи плътно зад палета.

Бланкирането е метод за пространствено дезактивиране, при който специфични лъчи на светлинната завеса се дезактивират, когато неподвижни обекти преминават през оптичното поле. Фиксираното заглушаване непрекъснато игнорира стационарни структурни опори или рамки на ролетни легла. Плаващото заглушаване игнорира движещи се обекти с определен размер, като същевременно поддържа защита на лъча над и под обекта. Основното ограничение на заглушаването е, че ефективната разделителна способност на сензора пада, което изисква преизчислени минимални безопасни разстояния.

Свързването на устройства за безопасност към стандартни, не{0}}безопасни PLC е сериозно нарушение на съответствието. Съвременните роботизирани системи за палетизиране изискват архитектури за контрол на функционалната безопасност, сертифицирани поISO 13849-1.

Необходимото ниво на ефективност се определя чрез оценка на тежестта на нараняването, честотата на излагане и възможността за избягване на увреждане. Поради големия полезен товар, вариращ от 20 до над 300 килограма, и високите скорости на движение на ръката, роботизираните палетизиращи клетки почти универсално изискват PLd или PLe при архитектури от категория 3 или категория 4.

В структура за управление на безопасността от категория 3 или категория 4 двуканалните входни сигнали от светлинни завеси, блокировки на порти и бутони за аварийно спиране се подават директно в PLC за безопасност или специален контролер за безопасност. Контролерът за безопасност извършва безопасно кръстосано-наблюдение и излишна логическа обработка. След това изпраща дву{6}}канални изходни сигнали към безопасни изпълнителни механизми, като например двойни главни контактори или вход за безопасно изключване на въртящия момент на контролера на робота.

Безопасно изключване на въртящия момент (STO):Прекъсва захранването на двигателите на робота, без да изключва електрониката на контролера, предотвратявайки неочаквано механично рестартиране.

Безопасно оперативно спиране (SOS):Наблюдава роботизираните енкодери, за да гарантира, че ръката остава напълно неподвижна, като същевременно запазва пълния въртящ момент на двигателя.

Безопасно-ограничена скорост (SLS):Ограничава максималната скорост на централната точка на инструмента по време на режим на обучение или ръчни операции с намалена{0}}скорост, обикновено до 250 милиметра в секунда или по-малко.

Изборът между колаборативен робот палетизатор и традиционна високо{0}}промишлена ръка променя фундаментално изискванията за безопасност на клетката.

Основен предпазен механизъм:Ограничаване на мощността и силата (PFL) чрез съвместни сензори за въртящ момент.

Фокус на стандартите:Урежда се основно от ISO/TS 15066 и ISO 10218-1.

Точка на прищипване и безопасност на EOAT:Използва меки-подплатени дръжки и-ограничаващи силата ограничители.

Работна скорост и отпечатък:Ограничен до ниски скорости под 1,0 метър в секунда по време на съвместен режим, предлагащ ултра-компактен отпечатък, който често изисква минимална охрана или никаква.

Капацитет на полезен товар:Обикновено варира от 8 до 25 килограма.

Основен предпазен механизъм:Физически блокирани периметърни огради и активни светлинни завеси.

Фокус на стандартите:Урежда се от ISO 10218-1/2 и ISO 13849-1.

Точка на прищипване и безопасност на EOAT:Използва механични защитени грайфери с висока сила на затягане.

Работна скорост и отпечатък:Работи при неограничени пълни скорости над 2,5 метра в секунда, което изисква голям отпечатък за целия ограден плик.

Капацитет на полезен товар:Варира от 50 килограма до над 800 килограма.

Коботът е толкова безопасен, колкото са неговите инструменти и полезен товар. Ако кобот държи гофрирана тава с остри ръбове или тежка дървена палета, откритият удар може да причини тежка травма. Пълната оценка на риска по ISO 12100 остава задължителна дори за-безоградни кобот клетки.

Дори със сертифициран хардуер за безопасност, неправилната инсталация или разместването на сензора води до прекъсване на клетката и нежелан престой.

Прекъснато прекъсване на светлинната завеса:Често се причинява от вибрации от близките конвейери, причиняващи изместване на оптичното центриране. За да разрешите това, подсилете монтажните стълбове с анти-плочи за овлажняване на вибрациите и повторно-подравнете оптичната ос с помощта на лазерни инструменти.

Грешка при заглушаване по време на излизане на палета:Възниква, когато сензорите за заглушаване се активират извън последователността или поради неправилна форма на палета. Поправете това, като почистите повърхностите на фотоелектрическите лещи и калибрирате повторно ъглите на пресичане на сензора за заглушаване на X-и прозорците на PLC таймера.

Неизправности в кръстосана- верига на PLC за безопасност:Показва късо съединение между дву-каналните безопасни входни канали. Проверете клемните блокове на полевото окабеляване за прищипани проводници и сменете повредените кабелни участъци с екранирани кабели с усукана-двойка.

Роботът отказва автоматично-стартиране след затваряне на вратата:Обикновено се случва, защото контролерът за безопасност изисква ръчно нулиране, преди да рестартира логиката на автоматичния-режим. Потвърдете, че операторът е изпълнил последователността от бутони за ръчно нулиране извън клетката и проверете състоянието на соленоида на предпазителя-заключване на HMI.

Лазерен скенер фалшиво спира от прах:Причинява се от натрупване на прах върху прозорците на оптичните лещи, което задейства прагове за разстояние. Избършете прозорците на скенера с помощта на анти-статични кърпички и коригирайте толерансите на полето на контура на скенера в софтуера.

Преди да предадат автоматизирана палетизираща клетка на производствения персонал, инженерите по безопасност трябва да попълнят и подпишат контролен списък за проверка на функционалната безопасност:

E-Спиране на тестване на верига:Натиснете всеки бутон за аварийно спиране на HMI, обучете висулката и стълбовете на оградата поотделно, за да потвърдите незабавна реакция на безопасно изключване на въртящия момент.

Функционалност на блокировката за безопасност:Уверете се, че отварянето на всяка физическа оградна врата незабавно спира движението на робота и предотвратява отключването на вратата по време на работа.

Проверка на спирачното разстояние на светлинната завеса:Извършете тестове за физическо проникване, като използвате устройство за измерване на времето за спиране, за да проверите дали физическото разстояние отговаря или надвишава изчисления минимум по ISO 13855.

Тестване на грешка при заглушаване на логика:Умишлено прекъсване на лъчите на светлинната завеса извън правилната последователност на заглушаване, за да потвърдите, че системата задейства твърдо безопасно спиране.

Проверка на местоположението за ръчно нулиране:Уверете се, че всички бутони за ръчно безопасно нулиране са разположени строго извън опасното заграждение, с пълен, безпрепятствен изглед към цялата вътрешност на клетката.

Инспекция на знаци и визуално предупреждение:Уверете се, че етикетите за високо{0}} напрежение, предупредителните знаци за движение на робота и визуалните маяци за състояние са ясно видими и напълно функционални.

Изграждането на напълно съвместима, високо{0}}производителна промишлена роботизираща клетка за палетизиране изисква балансиране на оперативната ефективност със стриктно намаляване на риска.

Първо, направете оценка на риска по ISO 12100 рано по време на фазата на инженерното оформление, за да избегнете скъпоструващи редизайни на клетката на късен етап-. Второ, комбинирайте твърда физическа охрана на периметъра със сертифицирани предпазни светлинни завеси тип 4 и безопасни лазерни скенери за осигуряване на входни и изходни точки. Трето, винаги изчислявайте минималните безопасни разстояния съгласно ISO 13855, за да сте сигурни, че ефективността на спиране съответства на скоростта на приближаване на човек. И накрая, внедрете PLd/PLe категория 3 или 4 двуканални-архитектури за управление на безопасността чрез специални PLC за безопасност.

Чрез установяване на здрава, много{0}}пластова архитектура за безопасност, съоръженията за опаковане могат да защитят персонала, да преминат одити за съответствие с нормативните изисквания без забавяне и да постигнат непрекъснато дългосрочно-производство.