Como os scanners a laser de segurança podem proteger pessoas e máquinas

Os scanners a laser de segurança podem contribuir para a segurança em instalações industriais e de logística. Eles podem proteger as pessoas de interações inseguras com as máquinas e podem proteger as máquinas de interferências não intencionais das pessoas.

Vários fatores são necessários para maximizar a eficácia dos scanners a laser de segurança. O primeiro é determinar se um scanner a laser é a melhor solução ou se outra tecnologia, como uma cortina de luz, pode ser mais adequada para a aplicação.

Depois que for determinado que um scanner é a melhor opção, há decisões importantes a serem tomadas, incluindo a:

• Seleção dos campos e conjuntos de campos ideais para proteção
• Uso de uma norma como o ISO (Organização Internacional de Normalização) 13855 para posicionar as proteções com relação à aproximação de uma pessoa
• Seleção do valor correto de amostragem múltipla
• Seleção de um scanner com o conjunto ideal de recursos

Este artigo começa analisando os fatores que afetam ao escolher um scanner e ao escolher uma cortina de luz. Em seguida, apresenta os critérios de seleção importantes para o uso de scanners e analisa os scanners a laser de segurança representativos da IDEC, Omron, SICK e Banner Engineering.

Scanner ou cortina?

Uma das primeiras considerações é: qual espaço físico está sendo protegido? Tanto os scanners quanto as cortinas de luz podem proteger as pessoas contra danos e proteger as máquinas contra interferências. Embora haja alguma sobreposição nos recursos de proteção dos scanners e das cortinas de luz, eles geralmente são adequados para aplicações diferentes, como:

Proteção do ponto de operação, que se refere à área ativa de uma máquina onde o trabalho é realizado. As cortinas de luz são adequadas para essa aplicação, pois podem ser posicionadas em um local ideal e sua resolução pode ser configurada para detectar dedos, mãos ou pés/pernas e fornecer o nível de proteção necessário. Os scanners geralmente precisam de uma distância mínima mais longa dos perigos devido aos seus tempos de resposta mais longos e, em geral, não são usados para proteção do ponto de operação.

Proteção de perímetro, que protege vários lados de uma máquina. Assim como a proteção de ponto de operação, as cortinas de luz são adequadas para fornecer soluções compactas para proteção de perímetro. Se uma pessoa cruzar o perímetro, um sinal de parada pode ser enviado, e a máquina é parada. Embora tanto as cortinas de luz quanto os scanners possam ser usados na proteção do perímetro, as cortinas de luz de segurança são usadas com mais frequência na proteção do perímetro e os scanners são usados com mais frequência na proteção da área.

Controle de acesso e proteção de área, que podem ser implementados com uma cortina de luz ou um scanner, dependendo das necessidades específicas da aplicação. As cortinas de luz são adequadas quando há um único ponto de entrada. Por exemplo, o monitoramento e a avaliação individual de cada feixe de luz permitem que uma cortina de luz diferencie entre uma pessoa "alta" e um portador de material "baixo", como um palete que cruza um limite, e modifica sua resposta de acordo.

Os scanners podem ser configurados para monitorar uma área de 275° para criar uma zona protegida bidimensional definida pelo usuário (Figura 1). Eles também podem estabelecer várias zonas de proteção com base na distância entre uma pessoa e a máquina protegida e diminuir a velocidade ou pará-la conforme apropriado.

Figura 1: Um scanner a laser de segurança como este pode monitorar uma área de 275° para criar uma zona de proteção bidimensional e enviar um alarme se qualquer pessoa ou objeto inesperado entrar nessa área (linhas vermelhas). (Fonte da imagem: Banner Engineering)

Sistemas móveis, como robôs móveis autônomos (AMRs) e veículos guiados automaticamente (AGVs), podem se beneficiar do uso de vários scanners. Esses scanners podem ser alimentados por bateria e instalados para trabalhar de forma cooperativa, monitorando simultaneamente dezenas de zonas de segurança ao redor do veículo. Diferentes zonas podem ser ativadas com base na velocidade, posição e mudanças de direção previstas do veículo. Os dados dos scanners podem ser complementados com codificadores nas rodas e outras entradas de sensores para dar suporte à navegação AMR.

Qual é o nível de segurança?

Uma vez definido o espaço físico a ser protegido, a próxima consideração é o nível de segurança necessário. Além de terem diferentes benefícios de aplicação, as cortinas de luz e os scanners a laser de segurança suportam diferentes níveis de segurança, conforme definido por várias normas internacionais. Por exemplo, a ISO 13849-1 define a confiabilidade das funções de controle seguro usando níveis de desempenho (PLs) desde "a" até "e", com PLe representando o nível mais alto.

Os scanners a laser de segurança atendem aos critérios da PLd e são adequados para uso em aplicações em que a segurança é uma prioridade importante. A classificação PLd é concedida a sistemas com a probabilidade de uma falha perigosa a cada 1 a 10 milhões de horas (141 a 1.141 anos com base na operação contínua). As cortinas de luz estão disponíveis com uma variedade maior de opções, desde PLc até PLe.

Outra norma importante é a IEC 62061, segurança de máquinas: segurança funcional de sistemas elétricos, eletrônicos e de controle eletrônico programável. Ela se baseia em uma estratégia de avaliação e redução de riscos para funções de controle de segurança, como cortinas de luz e scanners a laser de segurança. Inclui especificações de requisitos funcionais e requisitos de nível de integridade de segurança (SIL).

Exemplos de requisitos funcionais incluem frequência de operação, tempo de resposta, modos de operação, ciclos de trabalho, ambiente operacional, funções de reação a falhas e assim por diante. Os SILs resultantes são medidos em uma escala de 1 a 4 (Figura 2).

Figura 2: Os scanners a laser de segurança atendem aos critérios de PLd e SIL3 e são adequados para uso em aplicações em que a segurança é importante. (Fonte da imagem: SICK)

A ISO 13855 define como posicionar os scanners com relação à aproximação de uma pessoa. Por exemplo, se um scanner for montado a uma altura de 300 mm, uma resolução de 70 mm é suficiente para detectar uma perna humana. Em montagem com alturas mais baixas, a resolução mínima recomendada é de 50 mm.

Especificações do scanner

Depois de determinar que um scanner a laser de segurança atende aos requisitos da aplicação e pode suportar o nível de segurança necessário, é hora de considerar as especificações. Exemplos de especificações importantes do scanner incluem:

Ângulo de varredura. Vários ângulos de varredura estão disponíveis, como 190°, 270° e 275°. O ângulo de varredura e sua estrutura determinam como o scanner é montado no sistema para monitorar a área ou as áreas necessárias.

Zonas de proteção. Os scanners a laser de segurança têm várias zonas de proteção, incluindo a zona de proteção primária e uma ou mais zonas de advertência. Alguns podem usar dados digitalizados para configuração automática para ignorar objetos estacionários nas zonas de advertência (Figura 3). Em alguns casos, um scanner a laser de segurança pode varrer várias zonas sequencial ou simultaneamente. Por exemplo, um scanner pode suportar até 70 conjuntos exclusivos de zonas de segurança. Em um AMR, esse recurso permite que o scanner ajuste as áreas varridas com base no ambiente e na velocidade de movimento.

Figura 3: O comissionamento pode ser acelerado com o uso de um scanner que usa dados digitalizados para configuração automática para identificar objetos fixos nas zonas de advertência. (Fonte da imagem: IDEC)

Faixa do campo de proteção. É a distância máxima que a área protegida pode se estender do scanner. Os valores típicos variam de 3 a 10 m. A faixa do campo de proteção necessária depende das regulamentações locais e do tempo de resposta e da resolução do scanner.

Resolução. É medida em mm e determina o tamanho mínimo do objeto que o scanner pode detectar com precisão. Os valores típicos variam de 30 mm a 200 mm.

Tempo de resposta. Também chamado de tempo de detecção, ele mede a rapidez com que um scanner pode reconhecer a aproximação de um objeto. Os valores típicos variam de 60 a 500 ms.

Amostragem. Indica quantas vezes um objeto deve ser varrido em sequência para ser reconhecido pelo scanner. Por padrão, geralmente são necessárias pelo menos duas varreduras de amostragem. No entanto, em alguns scanners e em algumas circunstâncias, podem ser necessárias dez ou mais varreduras de amostragem sucessivas para reconhecer um objeto.

Zonas de proteção dupla

Os scanners a laser de segurança têm vários recursos e funções que atendem a diferentes necessidades da aplicação. Por exemplo, os scanners a laser de segurança SE2L da IDEC incluem a funcionalidade mestre/escravo e zonas de proteção dupla. A função mestre/escravo permite que um scanner se comunique com até três outros scanners. Isso pode simplificar significativamente o projeto do sistema e permitir o uso de um controlador de baixo custo, pois o controlador de segurança só precisa se comunicar com o mestre, que retransmite as instruções para os scanners escravos. O modelo SE2L-H05LP pode ser instalado com cabos de 2 a 20 m de comprimento, aumentando ainda mais a flexibilidade.

Esses scanners têm um tempo do ciclo de varredura de 30 ms e podem incluir 32 padrões na área de varredura. Usando a função de zona dupla, uma única unidade SE2L pode fazer a varredura independentemente das duas zonas adjacentes simultaneamente, eliminando a necessidade de um segundo scanner e simplificando o projeto do sistema.

Baixa potência para a segurança alimentada por bateria

A ampliação dos tempos de operação dos AGVs e AMRs pode ser uma consideração importante. Essas aplicações podem se beneficiar do uso do scanner a laser de segurança OS32C-SP1-4M compacto (104,5 mm) da Omron. Ele consome no máximo 5 W (3,75 W no modo de espera) e tem 70 conjuntos de combinações disponíveis de zonas de segurança e zonas de advertência, o que o torna adequado para uso em ambientes complexos (Figura 4). Inclui outros recursos:

• A resolução mínima pode ser definida como 30, 40, 50 ou 70 mm.
• A zona de segurança varia de acordo com a resolução:
  • 1,75 m (resolução de 30 mm)
  • 2,5 m (resolução de 40 mm)
  • 3,0 m (resolução de 50 mm)
  • 4,0 m (resolução de 70 mm)
• Raio da zona de advertência de até 15 m
• Tempo de resposta configurável de 80 ms até 680 ms.
• O tempo de troca da zona pode ser definido de 20 ms a 320 ms

Figura 4: Esse scanner a laser de segurança de baixa potência suporta 70 conjuntos de combinações de zonas de segurança e zonas de advertência, o que o torna adequado para AMRs que operam em ambientes complexos ou dinâmicos. (Fonte da imagem: Omron)

Campos triplos com amostragem e resolução selecionáveis

Os scanners a laser de segurança S300 Mini Standard da SICK apresentam resoluções de detecção e níveis de amostragem selecionáveis. Por exemplo, o modelo S32B-2011BA suporta diâmetros de resolução de 30, 40, 50 e 70 mm. Várias amostragens e resoluções podem ser definidas individualmente para cada campo, incluindo campos de proteção simultâneos (Figura 5). Esses scanners suportam até 48 campos livremente configuráveis e 16 conjuntos de campos comutáveis. A função de campo triplo permite que um campo de proteção e dois campos de advertência sejam usados simultaneamente.

Figura 5: Os scanners a laser de segurança S300 Mini Standard podem implementar vários níveis de amostragem e diferentes resoluções para cada campo de varredura. (Fonte da imagem: SICK)

Eliminação da necessidade de um CLP de segurança

Os scanners a laser de segurança SX5 da Banner Engineering apresentam uma função de silenciamento integral que pode monitorar e responder a sinais e suspender automaticamente a função de proteção para permitir que um objeto passe pela zona de segurança sem gerar um comando de parada. A função de silenciamento permite a suspensão de toda a zona de segurança (silenciamento total) ou apenas de uma seção da zona de segurança (silenciamento dinâmico parcial).

Uma unidade mestre SX5, como a SX5-ME70, pode controlar até três unidades remotas, como a SX5-R; o scanner também pode ler entradas de codificadores incrementais para modificar a zona de segurança com base na velocidade do veículo. Essas funções podem eliminar a necessidade de hardware de controle adicional, como um CLP de segurança.

Conclusão

Se forem adequadamente especificados, configurados e integrados, os scanners a laser de segurança são ideais para proteger pessoas e máquinas em aplicações como controle de acesso, proteção de área e em sistemas móveis, incluindo AGVs e AMRs. Eles atendem aos requisitos de PLd e SIL3 e são adequados para uso em aplicações em que a segurança é uma consideração importante. Esses scanners estão disponíveis com várias combinações de recursos e funções para atender a uma série de exigências da aplicação.