Especificação da cortina de luz e compras

Cortinas de luz são dispositivos de segurança que protegem os eixos perigosos da máquina para evitar ferimentos aos operadores e outro pessoal da fábrica que trabalha perto ou com a máquina. Ascortinas de luz empregam um emissor em forma de barra que gera feixes de luz fotoelétricos a serem detectados por um receptor (Figura 1). A interrupção de qualquer viga serve como um sinal para os controladores de máquinas de que houve movimento no espaço de trabalho e que as operações perigosas devem cessar ou diminuir para velocidades que não representem risco para o operador humano. O uso de cortinas de luz de segurança está em ascensão, pois elas são menos intrusivas e muito mais configuráveis do que os limites baseados em cercas.

Figura 1: As cortinas de luz atuais conferem uma segurança sem precedentes às máquinas. Muitos são projetados para simplificar o processo de substituição de sistemas de segurança baseados em sensores de área. (Fonte de imagem: Design World)

Este artigo fornece uma visão geral das considerações ao especificar e instalar cortinas de luz. Como esta é uma atividade crítica para a segurança, todas as normas nacionais e internacionais relevantes devem ser consultadas antes de tentar a instalação. Melhor ainda seria utilizar os serviços de um instalador profissional acostumado a trabalhar de acordo com estas normas. Este artigo deve ser tratado como uma introdução e guia para algumas das normas relevantes, bem como fornecer algum conhecimento de base para ajudar na discussão dos requisitos de projeto com um instalador profissional de sistemas de segurança.

Identificação de perigos e riscos

Antes de especificar qualquer sistema de segurança, deve ser feita uma avaliação completa de risco para as máquinas perigosas que estão sendo protegidas. Isto estabelecerá áreas perigosas das máquinas e pontos potenciais de entrada. O nível de risco que um perigo apresenta constituirá uma parte importante da especificação de salvaguardas apropriadas.

Capacidade mínima de detecção do sensor

A capacidade mínima de detecção do sensor é o tamanho mínimo do objeto que irá acionar a cortina de luz. Diferentes cortinas de luz têm feixes dispostos em diferentes espaçamentos. Se a distância entre os feixes for de 5 mm de diâmetro, então um dedo inserido em qualquer lugar através da cortina de luz resultará em um comando de parada. Entretanto, uma capacidade mínima de detecção de sensores de 150 mm tornaria possível que o pessoal da fábrica alcançasse dentro da área cortada com um braço inteiro sem que a máquina parasse. O tamanho do objeto que uma cortina de luz pode detectar determinará a distância que ele precisa ser colocada das partes perigosas das máquinas.

Distância mínima

Ao contrário dos guardas, as cortinas de luz não impedem fisicamente uma pessoa de chegar a uma zona de perigo. Em vez disso, a cortina de luz emite um comando para que uma operação perigosa pare ou seja reduzida a uma velocidade segura. Isto significa que a cortina de luz deve ser posicionada suficientemente longe do perigo para dar tempo de parar a máquina antes que a pessoa a alcance (Figura 2). Esta distância depende de três parâmetros - o desempenho geral de parada do sistema, a distância de intrusão e a velocidade de aproximação.

Figura 2: A especificação adequada de uma cortina de luz requer o cálculo preciso da distância de segurança entre a área de detecção da cortina e a área de máquinas perigosas - e depois a manutenção de uma distância igual ou maior do que esse valor. Existem normas para ajudar a definir tais distâncias e, de fato, a norma EN ISO 13855 de distância de segurança foi encurtada para alavancar cortinas cada vez mais capazes, ao mesmo tempo em que permite máquinas de produção mais compactas. (Fonte de imagem: Panasonic Industrial Automation Sales)

O desempenho geral do sistema de parada é o tempo total entre uma pessoa passando pela cortina de luz e a máquina realmente parando. Inclui o atraso no sistema de controle elétrico e os efeitos de inércia que determinam a rapidez com que as máquinas em movimento podem parar. O desempenho geral da parada do sistema é representado pela variável T.

A distância de intrusão é a distância que uma pequena parte do corpo, como um dedo ou uma mão, poderia passar pela cortina de luz em direção à zona de perigo antes que a cortina de luz seja ativada. Isto é mais importante quando a capacidade mínima de detecção do sensor é grande, talvez significando que apenas o corpo de uma pessoa acionaria o comando de parada. Neste caso, uma pessoa poderia alcançar através da cortina de luz e seu braço não pararia a máquina.

De acordo com a norma EN ISO 13855 de distância de segurança - estabelecida pela Organização Internacional de Normalização e utilizada globalmente - a distância mínima para a zona de risco S é calculada (em mm) usando a equação:

onde K é a velocidade máxima de aproximação humana (braço ou corpo) em mm/seg, T é o desempenho geral de parada em segundos, e C é a distância de intrusão em mm. Em relação ao K, EN ISO 13855 define K como 2.000 mm/seg para o mais rápido que um braço humano pode mover-se e 1.600 mm/seg para o mais rápido que um corpo humano pode mover-se.

Por exemplo, suponha que uma célula de trabalho tenha uma cortina de luz capaz de detectar objetos de até 40 mm de diâmetro. A distância mínima deve ser calculada primeiro usando K = 2.000 mm/seg. Se isto resultar em uma distância inferior a 100 mm (conforme definido pela EN ISO 13855), então este valor menor resultante deve ser ignorado - e um valor de 100 mm utilizado. Se o valor resultante exceder 500 mm (conforme definido pela EN ISO 13855), então a distância deve ser calculada novamente usando K = 1.600 mm/seg (para evitar ferimentos do pessoal entrando em uma área perigosa) e a nova distância inferior pode ser usada; desde que não seja inferior a 500 mm. Os valores para outras capacidades de detecção de sensores também são fornecidos na ISO 13855.

Ao calcular a distância mínima de um robô, deve-se levar em consideração o alcance máximo do robô. Ao fazer isto, não se deve confiar no programa do robô para limitar o robô a um subconjunto de seu volume total de trabalho. Entretanto, os interruptores de limite podem ser usados nos eixos do robô como parte de um sistema de intertravamento que limita o alcance do robô com segurança.

Uma cortina de luz é apropriada?

Durante a fase inicial de especificação do sistema de segurança, é importante estabelecer se uma cortina de luz é apropriada. Aqui, a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) e as classificações ISO de normas são indispensáveis. Estas categorizam as normas de segurança como normas básicas de segurança tipo A, normas de segurança tipo B de função geral e normas de segurança tipo C específicas da máquina.

A primeira consideração é se existe uma norma tipo C para a operação da máquina em questão - e exatamente que tipo de proteção ela requer para aquela aplicação específica. De fato, as normas tipo C são freqüentemente específicas tanto para o tipo de máquina em questão quanto para a indústria - e podem ser definidas pela NFPA, BN, ANSI, RIA ou outros órgãos reguladores que adotaram ao longo dos anos o sistema EN ISO de classificação de normas de acordo com um sistema A-B-C. Se uma norma tipo C se aplicar à operação da máquina, então as diretrizes dessa norma (incluindo as relativas às cortinas de luz) devem ser seguidas. Isso porque as normas tipo C quantificam claramente todos os perigos e exigem medidas de mitigação de riscos para a função da máquina em questão - e suplanta o uso de todas as normas menos específicas. Se não houver uma norma tipo C que se aplique à função da máquina em mãos e uma cortina de luz parecer ser uma boa opção, a distância mínima deve ser calculada. Se a distância mínima for prática, o engenheiro de projeto pode continuar com a especificação de uma cortina de luz. Entretanto, se o espaço é limitado ou uma máquina leva um tempo significativo para parar, então outra forma de proteção (como uma guarda física) deve ser considerada.

Tipos de cortina de luz

A norma IEC 61496 empregada internacionalmente classifica as cortinas de luz como Tipo 2 ou Tipo 4. As cortinas de luz tipo 2 são de menor custo com eletrônica mais lenta e menos confiável. Se ocorrer uma falha nos circuitos de segurança de uma cortina de luz Tipo 2, pode haver um período de tempo antes que a falha seja detectada quando ela não oferece proteção. Em contraste, as cortinas de luz Tipo 4 empregam a verificação cruzada automatizada contínua de falhas e erros. Se ocorrer um erro, ele emite imediatamente um sinal de parada, o que significa que há uma proteção de segurança contínua.

As cortinas de luz de controle do ponto de operação (POC) são projetadas para serem instaladas perto de um perigo, onde os operadores freqüentemente interagem com uma máquina. Portanto, eles são projetados para a detecção de dedos, mãos e braços. É comum que a proteção física seja usada nas laterais de uma máquina e uma cortina de luz POC instalada na frente.

As cortinas de luz de controle de acesso ao perímetro (PAC) criam um perímetro de segurança em torno de uma máquina que não precisa de operadores para se aproximar dela. Eles normalmente oferecem apenas a detecção de corpo inteiro.

Um controle de acesso à área (AAC) também pode ser usado para realizar esta função. Os PACs frequentemente usam espelhos para reduzir as ferragens de cortina de luz necessárias para criar um perímetro completo.

Normas internacionais relacionadas à instalação de cortinas de luz

Há uma série de normas relevantes para a instalação correta de cortinas de luz. Se uma planta está instalando uma cortina de luz para uma aplicação de segurança crítica, então ela deve se referir diretamente a estas normas. A ISO 13857 se preocupa em estabelecer distâncias de segurança para evitar que os membros das pessoas cheguem a zonas de risco. A distância de segurança depende de uma estimativa de risco. Por exemplo, ao chegar para cima, uma pessoa não deve ser capaz de ficar a menos de 700 mm de um perigo, ou 500 mm se houver um baixo risco de dano. A ISO 12100 trata de estabelecer a severidade e a probabilidade de dano. Um baixo nível de dano seria dano reversível, como hematomas ou unhas quebradas, ou temperatura e duração do contato que não atinja um valor limite de queimadura. Os limites de queima são dados na ISO 13732, e a ISO 14121 fornece mais detalhes sobre a estimativa de risco.

Como detalhado acima, a ISO 13855 descreve o posicionamento das salvaguardas considerando as velocidades de aproximação de diferentes partes do corpo humano. Isto é geralmente mais relevante do que a ISO 13857 para cortinas de luz, porque as cortinas de luz não impedem que uma pessoa entre na zona de risco, mas param as operações perigosas. Portanto, é importante considerar a distância que uma pessoa pode percorrer no tempo entre a cortina de luz que envia o sinal de parada e a máquina que realmente pára. O desempenho geral do sistema de parada e a máxima velocidade de aproximação humana possível ditam juntos a distância mínima de segurança do guarda-luz em relação ao processo perigoso.

A ISO 14119 abrange a especificação e o projeto de dispositivos de intertravamento associados às proteções físicas. Embora não mencione explicitamente as cortinas de luz, muitos dos princípios são relevantes - como, por exemplo, projetar para minimizar as possibilidades de derrota.

A ISO 14120 cobre a especificação e o projeto das próprias proteções físicas e, portanto, é menos relevante para as instalações de cortinas leves. No entanto, cortinas de luz são frequentemente combinadas com proteções físicas. Por exemplo, proteções físicas podem ser usadas para impedir o acesso a uma zona de risco pelas laterais; com uma cortina de luz na frente da zona. Portanto, a ISO 14120 pode também precisar ser consultada.

Conclusão

As cortinas de luz podem melhorar muito a conveniência de operar máquinas. Eles permitem uma visão clara do volume de trabalho da máquina e permitem aos operadores chegar ao interior para remover peças e instalar ferramentas sem o inconveniente de abrir guardas.

Entretanto, as cortinas de luz nem sempre oferecem o mesmo nível de proteção - especialmente contra projéteis que são ejetados de operações de máquinas.

Também é importante lembrar que, devido à necessidade de permitir o desempenho geral de parada, cortinas de luz são normalmente instaladas mais longe da zona de risco do que os guardas. Todas estas são considerações importantes ao selecionar uma salvaguarda apropriada.