Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Laserový skener SIGUARD LS4

číslo 12/2003

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.

Obr. 1.

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.

Obr. 2. Obr. 3. Obr. 4.

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. Obr. 7. Obr. 8.

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)
Obr. 7. Signalizace nebezpečí hrozícího osobám v blízkosti strojního zařízení a zastavení nebezpečného pohybu, nachází-li se osoba v bezprostřední blízkosti stroje
Obr. 8. Předcházení úrazům na různých místech robotizovaného pracoviště

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.

Obr. 6.

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.

Obr. 9. Obr. 10.

Aplikace

Zabezpečení přístupu
Signalizace nebezpečí hrozícího osobám v blízkosti strojního zařízení a zastavení nebezpečného pohybu, nachází-li se osoba v bezprostřední blízkosti stroje (obr. 7).

Přepínání zón
Předcházení úrazům na různých místech robotizovaného pracoviště je zřejmé z obr. 8.

Zabezpečení jízdní dráhy
Montáž skeneru na automaticky řízeném vozidle, které přepravuje materiál, obrobky nebo výrobky, je vidět na obr. 9. Skener zabezpečí větší prostor než nárazník. V tomto případě lze využít přepínání jednotlivých zón, např. v závislosti na změně směru jízdy. Podle toho, jaká je vzdálenost objektu nebo osoby, je možné změnit rychlost jízdy vozidla nebo ho zastavit a předejít kolizi.

Ochrana proti kolizím s manipulačním zařízením
Montáž skeneru na manipulační zařízení zamezuje úrazu osob, které se zdržují v jízdní dráze, a též zamezuje poškození manipulačního zařízení nebo nákladu – viz obr. 10.

Obr. 11.

Zabezpečení manipulačních prostorů mezi regály
Montáž skeneru přímo na manipulační vozík chrání před kolizemi s osobami při provozu v uličce mezi regály (obr. 11).

Další možnosti použití

  • vyhodnocení přesahu pohyblivých částí (ochrana osob a stroje),
  • aplikace, které nemají bezpečnostní charakter, např. měření vzdálenosti, vyhodnocení polohy nebo obrysů objektu.

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.

Obr. 12.

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. Obr. 14.

Obr. 13. Integrace funkční bezpečnosti do elektronických programovatelných automatů (PLC) a sběrnicových systémů
Obr. 14. Přímé připojení ke sběrnici Profibus poskytuje komfortní provoz laserového skeneru LS4

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
Evropská 33a
160 00 Prah 6
tel.: 233 032 445-6
http://www.siemens.cz/ad