Laserový skener SIGUARD LS4
 | ||||||||||
| inovace, technologie, projekty Laserový skener SIGUARD LS4 Ing. Zdeněk Bekr, Siemens s. r. o. Laserový skener spolehlivě vyhodnotí přítomnost osob v blízkosti strojního zařízení, ať se jedná o stacionární nebo mobilní strojní zařízení. Laserový skener SIGUARD LS4 chrání nejen zdraví osob v bezprostřední blízkosti strojního zařízení, ale také životní prostředí a strojní zařízení samotné. Uplatnění nalezne především na automatizovaných a robotizovaných pracovištích nebo automaticky řízených vozidlech (bez řidiče), přitom může sloužit k aktivní ochraně osob (předcházení úrazům), zjišťování nečekaných překážek (např. v jízdní dráze) nebo k měření vzdálenosti.  Laserový skener Laserový skener (obr. 1) je elektrické snímací ochranné zařízení (ESPE – electro-sensitive protective equipment), které se používá u strojních zařízení, u nichž může nastat poranění osob. Zajišťuje ochranu uvedením stroje nebo jeho části do bezpečného stavu dříve, než dojde k ohrožení osob. Všeobecné požadavky na konstrukci a zkoušení, jakož i názvosloví jsou stanoveny normou ČSN EN 61496-1, která je českou verzí evropské normy EN 61496:1997. Uvedená evropská norma má status české technické normy. Speciální požadavky na ESPE využívající aktivní optoelektronická ochranná zařízení citlivá na rozptylový odraz (AOPDDR – active opto-electronic protective device responsive to diffuse reflection), k nimž laserový skener LS4 patří, jsou stanoveny v ČSN EN 61496-3. Tato norma je českou verzí evropské normy EN 61496-3:2001 a má status české technické normy. Laserový skener LS4 je ESPE typu 3, a proto splňuje požadavky kategorie 3 podle normy ČSN EN 954-1, která se zabývá bezpečnostními částmi řídicích systémů strojních zařízení (obr. 1). LS4 má dvojrozměrnou zónu zachycení (pracovní oblast) ve tvaru kruhové výseče. Její střed a orientace v prostoru jsou dány místem montáže a pracovní polohou skeneru. Princip činnosti Impulsní infračervený paprsek emitovaný svítivou diodou prochází optickou soustavu a dopadá na rotující zrcadlo (obr. 2). Potom se šíří prostorem, odráží se od osob nebo objektů, které se nacházejí v zóně zachycení skeneru, a šíří se zpět ke skeneru. Opět prochází optickou soustavou a dopadá na fotocitlivý prvek přijímače, který aktivuje příslušný výstupní obvod.
Zóna zachycení Paprsek je při dopadu na rotační zrcadlo vychylován tak, že vzniká zóna zachycení ve tvaru kruhové výseče s vrcholovým úhlem 190° (obr. 3). Zóna zachycení je pomyslně rozdělena na úhlové segmenty 0,36°. Doba přeběhu zóny zachycení, tj. doba, která uplyne mezi vysláním prvního a posledního paprsku, činí 40 ms, a četnost přeběhů tedy je 25 s–1. Jedním přeběhem se přitom rozumí vyslání paprsku postupně do všech úhlových segmentů. Standardně jsou nastaveny dva přeběhy na jedno vyhodnocení (změnu stavu výstupního obvodu). Poloha osoby nebo objektu se vyhodnocuje jednak podle aktivního úhlového segmentu, jednak na základě měření doby šíření vyslaného a odraženého světelného impulsu v daném úhlovém segmentu. Vzdálenost od skeneru je přímo úměrná době šíření světelného impulsu. Rozlišovací schopnost skeneru je 0,36°, což umožňuje spolehlivé vyhodnocení objektů o průměru 70 mm do vzdálenosti 4 m. Součinitel odrazu přitom musí být alespoň 1,8 %. Tato hodnota odpovídá odrazu od matně černého objektu a znamená, že skener je schopen spolehlivě vyhodnotit přítomnost osob také v tmavém oblečení.
Obr. 5. Nastavení provozních parametrů spolu s definicí tvaru a velikosti až čtyř dvojic zón ochrana-výstraha na PC. Pro přehlednost jsou znázorněny pouze zóny ochrany SF1 až SF4 (SF - Schutzfeld - chráněné území) Zóna výstraha a zóna ochrana Jak již bylo uvedeno, zóna zachycení má tvar kruhové výseče s poloměrem r = 50 m (dosah skeneru) a je rozdělena na tzv. zónu ochrana osob a zónu výstraha (obr. 4). Zóna ochrana, popř. výstraha jsou části zóny zachycení vymezené poloměrem r Ł 4 m, popř. r Ł 15 m. Je-li vzdálenost menší než 4 m, osoba se nachází v zóně ochrana. Skener proto vydá do řídicího systému stroje povel k zastavení nebezpečného pohybu a předejde tak úrazu. Pokud se osoba nachází mimo zónu ochrana a zároveň je její vzdálenost od skeneru menší nebo rovna 15 m, osoba se pohybuje v zóně výstraha. Skener v tomto případě signalizuje hrozící nebezpečí úrazu. Uvnitř zóny zachycení je možné definovat až čtyři dvojice zón výstraha-ochrana.  Přepínání zón výstraha-ochrana Nastavení provozních parametrů spolu s definicí tvaru a velikosti až čtyř dvojic zón ochrana-výstraha na PC s instalovaným programovým vybavením LS4Soft umožňuje optimální přizpůsobení požadavkům všech běžných aplikací. Takto vytvořené zóny (na obr. 5 jsou označeny SF1 až SF4) je možné přepínat za provozu prostřednictvím řídicího systému stroje. Tak lze postupně zajišťovat ochranu na různých částech pracoviště podle toho, jak vyžaduje výrobní technologie. To je vhodné např. na pracovištích s manipulátory a roboty (obr. 8) nebo na automaticky řízených vozidlech (obr. 9). LS4Soft Pomocí programového vybavení LS4Soft je možné přesně nastavit parametry skeneru tak, jak vyžaduje daná aplikace (obr. 6). Lze definovat tvar, velikost a počet zón výstraha-ochrana, dokonce i pořadí, v jakém budou jednotlivé zóny přepínány. Jednotlivé zóny jsou na monitoru znázorněny graficky a pro přehlednost odlišnými barvami. Zobrazeny jsou i kontury objektů, které se nacházejí v zóně zachycení, tj. vše do vzdálenosti 50 m od skeneru. Dále je možné nastavit blokování opětného (automatického) spuštění, počet přeběhů, dobu odezvy a přístupová oprávnění pro různé skupiny uživatelů (obsluha, údržba, autorizovaná osoba nebo servis). Je-li skener připraven k provozu, může být pro archivaci vytištěn protokol obsahující provozní parametry skeneru. LS4Soft je kompatibilní s Windows 95, 98, 2000 a NT. Pro připojení skeneru k počítači slouží sériové rozhraní RS-232.
Aplikace Zabezpečení přístupu Přepínání zón Zabezpečení jízdní dráhy Ochrana proti kolizím s manipulačním zařízením  Zabezpečení manipulačních prostorů mezi regály Další možnosti použití
Vhodné připojení Existují tři způsoby, jak laserový skener LS4 připojit. Kromě standardního připojení kabelovým svazkem jsou k dispozici připojení k sběrnicovým systémům AS-Interface a Profibus. LS4 Standard Spočívá v použití tradičních připojovacích vodičů (obr. 12). V tom případě je zapotřebí připojit dva bezpečnostní polovodičové výstupy využívající princip zálohování (redundance), které nepodléhají mechanickému opotřebení a „informují“ řídicí systém stroje o nebezpečí (úrazu), které hrozí osobě nacházející se v bezprostřední blízkosti stroje. Oba výstupy mohou spínat přímo akční členy, jako např. elektromagnetické cívky stykačů nebo ventilů. Dále musí být připojeny: stejnosměrné řídicí napájecí napětí 24 V, popř. řídicí vstupy pro přepínání až čtyř dvojic zón nebo signalizační výstup pro zónu výstraha. Jsou-li využity všechny funkce skeneru, je k připojení zapotřebí desetižilový kabel.  LS4 safety at work Poměrně novým trendem je integrace funkční bezpečnosti do elektronických programovatelných automatů (PLC) a sběrnicových systémů (obr. 13). Typickým příkladem je koncepce AS-Interface safety at work, která umožňuje integraci funkční bezpečnosti strojních zařízení do standardní sběrnice AS-Interface. V praxi to znamená připojení řídicích přístrojů snímajících požadavek na bezpečnostní funkci, tj. vypínačů nouzového zastavení, elektrických snímacích ochranných zařízení (světelné závory, laserové skenery) nebo koncových spínačů, přímo ke sběrnici AS-Interface. Speciální řídicí systém (master) ani programovatelný automat tedy nejsou nutné. Laserový skener je plně kompatibilní se standardními komponentami systému AS-Interface podle EN 50 295 a připojuje se konektorem k dvoužilovému vedení sběrnice. Uvedení strojního zařízení nebo jeho části do bezpečného stavu zajišťuje bezpečnostní monitor, jenž periodicky vyhodnocuje signály několika řídicích přístrojů současně a monitoruje nejen funkční bezpečnost, ale i správnost protokolu pro přenos dat po sběrnici. K dispozici je připojení lokálního ovladače pro manuální potvrzení opětného spuštění (reset) a řídicí vstupy pro přepínání zón. LS4 PROFIsafe Přímé připojení ke sběrnici Profibus poskytuje komfortní provoz laserového skeneru LS4 (obr.14). Veškeré vstupní a výstupní signály včetně volby aktuální dvojice zóny výstraha-ochrana v pracovní oblasti skeneru jsou přenášeny přes Profibus. Přenos dat je zajištěn protokolem PROFIsafe. Uvedení strojního zařízení nebo jeho části do bezpečného stavu, jakož i volba aktuální zóny jsou řešeny programovým algoritmem v programovatelném automatu s bezpečnostním hardwarovým a softwarovým modulem (např. SIMATIC S7-300F). Po případné výměně skeneru za nový jsou automaticky načteny původní parametry, proto není nutné znovu je zadávat. Lokální ovladač pro manuální potvrzení opětného spuštění (reset) je připojen, stejně jako ostatní přívody, pomocí konektoru s převlečnou maticí M12.
Obr. 13. Integrace funkční bezpečnosti do elektronických programovatelných automatů (PLC) a sběrnicových systémů Příslušenství Připevnění a přesné nasměrování je usnadněno použitím výkyvného montážního panelu. K připojení jsou určeny připojovací kabely různé délky zakončené konektorem. K dispozici jsou také válcová zkušební tělesa o délce 0,5 nebo 1 m s průměrem 70 , popř. 200 mm, a součinitelem odrazu 1,8 %. Siemens s. r. o., divize Automatizace a pohony | ||||||||||
