SEK | EUR | USD

Ljusridåspecifikation och inköp

Av Lisa Eitel

Bidraget med av Digi-Keys nordamerikanska redaktörer

Ljusridåer är säkerhetsanordningar som spärrar farliga maskinaxlar för att förhindra skador på operatörer och annan anläggningspersonal som arbetar nära eller med maskinen. Ljusridåer använder en stångformad sändare som genererar fotoelektriska ljusstrålar som detekteras av en mottagare (figur 1). Avbrott i strålarna fungerar som en signal till maskinstyrenheter om att rörelser sker i arbetsutrymmet och att farliga moment antingen bör upphöra eller sakta ner till hastigheter som inte utgör någon risk för den mänskliga operatören. Användningen av säkerhetsljusridåer ökar, eftersom de är mindre iögonfallande och mycket mer konfigurerbara än staketbaserade gränser.

Dagens ljusridåer ger maskiner en säkerhet som tidigare inte funnits Figur 1: Dagens ljusridåer ger maskiner en säkerhet som tidigare inte funnits Många är utformade för att förenkla processen med att ersätta säkerhetssystem baserade på områdessensorer. (Bildkälla: Design World)

Denna artikel ger en översikt av övervägandena när man specificerar och installerar ljusridåer. Eftersom detta är en säkerhetskritisk aktivitet måste alla relevanta nationella och internationella standarder konsulteras innan man ger sig på installationen. Ännu bättre är att anlita en professionell installatör som är van att arbeta i enlighet med dessa standarder. Denna artikel kan betraktas som en introduktion och guide till några av de relevanta standarderna, och den ger viss bakgrundskunskap som underlättar att diskutera konstruktionskrav med en professionell installatör av säkerhetssystem.

Identifiera faror och risker

Innan ett säkerhetssystem specificeras bör en fullständig riskbedömning göras för de farliga maskiner som ska skyddas. Detta kommer att definiera eventuella farliga områden kring maskinen och potentiella tillträdespunkter. Risknivån på en fara är en viktig del i att precisera lämpliga skyddsåtgärder.

Lägsta sensoravkänningsförmåga

Den minsta sensoravkänningsförmågan är den minsta objektstorleken som kommer att utlösa ljusridån. Olika ljusridåer har strålar anordnade på olika avstånd. Om avståndet mellan strålarna är 5 mm, kommer ett finger som någonstans sticks igenom ljusridån att leda till ett stoppkommando. En minsta sensoravkänningsförmåga på 150 mm gör det dock möjligt för anläggningspersonal att nå in i det avgränsade området med en hel arm utan att maskinerna får order att stanna. Objektstorleken som en ljusridå kan upptäcka, avgör vilket avstånd från de farliga delarna av maskinerna som den behöver placeras på.

Minsta avstånd

Till skillnad från fysiska skydd hindrar ljusridåer inte en person från att komma in i en riskzon. Istället ger ljusridån ett kommando om att ett farligt moment ska stoppas eller saktas ned till en säker hastighet. Detta innebär att ljusridån måste placeras tillräckligt långt från faran för att ge maskinen tid att stanna innan personen når den (figur 2). Detta avstånd beror på tre parametrar - systemets övergripande stopprestanda samt avståndet av och hastigheten på intrånget.

Diagram över korrekt specifikation av en ljusridå Figur 2: Korrekt specifikation av en ljusridå kräver noggrann beräkning av säkerhetsavståndet mellan ridåns avkänningsområde och det farliga maskinområdet - och sedan upprätthållande av ett avstånd som är lika med eller större än detta värde. Det finns standarder som hjälper till att definiera sådana avstånd, och i själva verket har säkerhetsavståndskraven i EN ISO 13855 kortats ner då ridåerna fått allt bättre prestanda, samtidigt som mer kompakta produktionsmaskiner blir möjliga. (Bildkälla: Panasonic Industrial Automation Sales)

Systemets övergripande stopprestanda är den totala tiden mellan att en person passerar ljusridån och att maskinen faktiskt stannar. Den inkluderar fördröjningen i det elektriska styrsystemet och tröghetseffekterna som avgör hur snabbt maskiner kan röra sig. Den övergripande systemstopprestandan representeras av variabeln T .

Intrångsavståndet är det avstånd som en liten del av kroppen, såsom ett finger eller en hand, kan röra sig förbi ljusridån mot riskzonen innan ljusridån aktiveras. Detta är viktigast när den minsta sensoravkänningsförmågan är stor, vilket kanske betyder att endast en persons kropp skulle utlösa stoppkommandot. I det här fallet kan en person nå ut genom ljusridån och deras arm stoppar inte maskinen.

Enligt standarden för säkerhetsavstånd, EN ISO 13855, som är upprättad av International Organization for Standardization och används globalt, beräknas minimiavståndet till riskzonen S (i mm) med hjälp av ekvationen:

Ekvation 1

där K är maximal annalkandefart för en människa (arm eller kropp) i mm/sek, T är den övergripande stopprestandan i sekunder och C är intrångsavståndet i mm. När det gäller K definierar EN ISO 13855 K som 2000 mm/sek för det snabbaste en mänsklig arm kan röra sig och 1600 mm/sek för det snabbaste en människokropp kan röra sig.

Antag till exempel att en arbetscell har en ljusridå som kan upptäcka föremål så små som 40 mm i diameter. Minsta avstånd bör först beräknas med K = 2000 mm/sek. Om detta resulterar i ett avstånd som är mindre än 100 mm (enligt EN ISO 13855), bör detta lägre resulterande värde ignoreras - och ett värde på 100 mm användas. Om det resulterande värdet överstiger 500 mm (såsom det definieras enligt EN ISO 13855), ska avståndet beräknas igen med K = 1600 mm/sek (för att förhindra skador då personer beträder ett farligt område) och det nya mindre avståndet kan användas, förutsatt att det inte är mindre än 500 mm. Värden för andra sensordetekteringsfunktioner ges också i ISO 13855.

När man beräknar minsta avstånd från en robot måste man ta hänsyn till robotens maximala räckvidd. För att göra detta bör man inte lita på robotprogrammet för att begränsa roboten till en delmängd av dess fulla arbetsvolym. Gränslägesbrytare kan dock användas på robotens axlar som en del av ett spärrsystem som på säkert vis begränsar robotens räckvidd.

Är en ljusridå lämplig?

Under det inledande skedet av säkerhetssystemspecifikationen är det viktigt att fastställa om en ljusridå är lämplig. Här är International Electrotechnical Commission (IEC) och ISO-klassificeringar av standarder oumbärliga. Dessa klassificerar säkerhetsstandarder som grundläggande typ A-säkerhetsstandarder, allmänfunktionella typ B-säkerhetsstandarder och maskinspecifika typ C-säkerhetsstandarder.

Det första övervägandet är om det finns en typ C-standard för den aktuella maskindriften - och exakt vilken typ av skydd som krävs för just den tillämpningen. Faktum är att typ C-standarder ofta är specifika för både maskintypen och industrin - och kan definieras av NFPA, BN, ANSI, RIA eller andra regleringsorgan som genom åren har antagit EN ISO-systemet för klassificering enligt ett ABC-system. Om en typ C-standard gäller för maskindriften, måste riktlinjerna i den standarden (inklusive de som gäller ljusridåer) följas. Det beror på att typ C-standarder tydligt kvantifierar alla risker och nödvändiga riskreducerande åtgärder för maskindriften - och ersätter användningen av alla mindre specifika standarder. Om det inte finns någon typ C-standard som gäller maskinens funktion till hands, och en ljusridå verkar vara ett bra alternativ, ska minimiavståndet beräknas. Om minimiavståndet är praktiskt genomförbart, kan konstruktören fortsätta med att specificera en ljusridå. Men om utrymmet är begränsat eller det tar avsevärd tid att stoppa en maskin, bör en annan form av skydd (såssom ett fysiskt skydd) övervägas.

Typer av ljusridåer

Den internationellt använda IEC 61496-standarden klassificerar ljusridåer som typ 2 eller typ 4. Ljusridåer av typ 2 är billigare med långsammare och mindre tillförlitlig elektronik. Om ett fel inträffar i säkerhetskretsarna på en typ 2-ljusridå kan det ta en tid innan felet upptäcks när det inte ger något skydd. Däremot använder ljusridåer av typ 4 kontinuerlig automatiserad korskontroll för att känna av felaktig funktion och haverier. Om ett fel då uppstår, avger de omedelbart en stoppsignal, vilket innebär att det finns ett kontinuerligt säkerhetsskydd.

POC-ljusridåer (Point of Operation Control) är konstruerade för att installeras nära en fara där operatörer ofta interagerar med en maskin. De är därför utformade för finger-, hand- och armdetektering. Det är vanligt att fysiska skydd används vid sidorna av en maskin och en POC-ljusridå installerad på framsidan.

PAC-ljusridåer (Perimeter Access Control) skapar en säkerhetsomkrets runt en maskin som inte tillåter operatörer att närma sig den. Dessa använder vanligtvis bara helkroppsdetektering.

En AAC (area access control) kan också användas för att utföra denna funktion. PAC:er använder ofta speglar för att minska mängden ljusridåhårdvara som krävs för en komplett omkrets.

Internationella standarder relaterade till installation av ljusridåer

Det finns ett antal standarder som är relevanta för korrekt installation av ljusridåer. Om en anläggning installerar en ljusridå för en säkerhetskritisk tillämpning, måste den hänvisa direkt till dessa standarder. ISO 13857 handlar om att fastställa säkerhetsavstånd för att förhindra att människors kroppsdelar når riskzoner. Säkerhetsavståndet beror på en riskuppskattning. Om man exempelvis sträcker armarna uppåt, bör en person inte kunna komma inom 700 mm från en fara, eller 500 mm om det finns låg risk för skada. ISO 12100 handlar om att fastställa svårighetsgraden på och sannolikheten för skador. En låg nivå av skada skulle vara en reversibel skada såsom blåmärken eller trasiga naglar, eller temperatur och kontaktvaraktighet som inte når ett tröskelvärde. Brännskadetrösklar anges i ISO 13732 och ISO 14121 ger mer information om riskuppskattning.

Som nämnts ovan beskriver ISO 13855 placeringen av skydd med hänsyn till den hastighet som olika delar av människokroppen närmar sig med. Detta är i allmänhet mer relevant än ISO 13857 för ljusridåer, eftersom ljusridåer inte hindrar en person från att komma in i riskzonen utan snarare stoppar farliga driftmoment. Det är därför viktigt att beräkna hur långt en person kan röra sig under tiden mellan att ljusridån sänder ut stoppsignalen och att maskinen faktiskt stannar. Det övergripande systemets stopprestanda och den maximalt möjliga mänskliga intrångshastigheten dikterar tillsammans ljusskyddets minsta säkra avstånd från den farliga processen.

ISO 14119 täcker specifikation och utformning av förreglingsanordningar associerade med fysiska skydd. Även om den inte uttryckligen nämner ljusridåer, är många av principerna relevanta - såsom att konstruera för att minimera skaderisken.

ISO 14120 täcker specifikation och utformning av själva de fysiska skydden och är därför mindre relevant för ljusridåinstallationer. Ljusridåer kombineras dock ofta med fysiska skydd. Exempelvis kan fysiska skydd användas för att förhindra åtkomst till en riskzon från sidorna, med en ljusridå vid zonens front. ISO 14120 kan därför också behöva konsulteras.

Sammanfattning

Ljusridåer kan avsevärt förbättra användarvänligheten hos maskiner. De ger en tydlig bild av maskinens arbetsvolym och gör det möjligt för operatörer att sträcka sig in för att ta bort komponenter och installera verktyg utan att göra sig besvär med att öppna skydd.

Ljusridåer erbjuder emellertid inte alltid samma skyddsnivå - speciellt mot projektiler som kan kastas ut från maskinens arbetsmoment.

Viktigt att komma ihåg är att till följd av nödvändigheten att ta hänsyn till den övergripande stopprestandan, är ljusridåer vanligtvis monterade längre bort från riskzonen än fysiska skydd. Alla dessa är viktiga överväganden när man ska välja lämpliga skyddsåtgärder.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Om skribenten

Lisa Eitel

Lisa Eitel has worked in the motion industry since 2001. Her areas of focus include motors, drives, motion control, power transmission, linear motion, and sensing and feedback technologies. She has a B.S. in Mechanical Engineering and is an inductee of Tau Beta Pi engineering honor society; a member of the Society of Women Engineers; and a judge for the FIRST Robotics Buckeye Regionals. Besides her motioncontroltips.com contributions, Lisa also leads the production of the quarterly motion issues of Design World.

Om utgivaren

Digi-Keys nordamerikanska redaktörer