Scanners a laser de segurança: como funcionam, padrões IEC 61496 e guia de integração

Scanners laser segurança são a espinha dorsal da proteção moderna da máquina na automatização da fábrica (fi×ed guardando esteiras de segurança, e em muitos casos cortinas de luz Eles escaneiam um plano 2 D com um laser giratório e param a maquinaria próxima quando uma pessoa ou objeto entra na zona de proteção Ao contrário dos sensores industriais típicos, eles se monitoram continuamente de acordo com a IEC 61496-3 e acionam um estado seguro em qualquer falha interna.

Esta visão geral explica o princípio de engenharia subjacente (como funcionam), os padrões de certificação (IEC 61496-3, IEC 61508 SIL 2, ISO 13849 PLd), as principais especificações que diferenciam os modelos, o cálculo da distância de montagem ISO 13855, o uso com PLCs de segurança e como escolher seu scanner.

O que é um scanner a laser de segurança e como funciona?

Um scanner a laser de segurança é um Dispositivo de Proteção Optoeletrônico Ativo responsivo à Reflexão Difusa (AOPDDR), anteriormente categorizado como ESPE Tipo 3 pela IEC 61496-3. O identificador de“ de reflexão ”difuso indica que não requer um par transmissor/receptor dedicado e, em vez disso, “recebe reflexão de qualquer objeto espalhando energia emitida o suficiente de volta ao detector.” Um scanner detecta qualquer dispersão de superfície reflexiva suficiente de sua luz de volta ao detector.

Princípio de Trabalho

Ele faz isso iluminando o campo com um diodo laser pulsado (pulsed laser diode), geralmente operando a 90 nanômetros no infravermelho próximo saída segura de olho Classe 1 de acordo com IEC 60825-1 (near infravermelho próximo) então medindo o tempo de voo dos fótons refletidos à medida que retornam ao detector Para cada conjunto de pulsos emitidos, o scanner mede um ponto de distância contra a velocidade conhecida da luz Sua saída é uma nuvem de pontos um conjunto de distâncias medidas aproximadamente orientadas em torno do arco de cobertura do scanner (gerado muito rapidamente).

Uma vez estabelecidos os pontos de distância, o software define um campo de proteção (o polígono que envolve o ambiente, o perigo (o perigo) que acionará as saídas de segurança no scanner se algum ponto medido dentro dele cair com um sinal de retorno adequado.

Redundância Auto-Monitoramento

Sob a IEC 61496-3 o próprio dispositivo deve incorporar uma função de autoverificação suficiente para os requisitos da Categoria 3. na realidade dupla microprocessadores operam independentemente um do outro, cada um processando cada varredura e comparação cruzada dos números resultantes Se quaisquer inconsistências são identificadas se subprodutos ópticos, firmware ou erro eletrônico, ou falha de alimentação (power supply fault fault) o scanner deixa cair itOCOs saídas OSSD para o seu estado à prova de falhas, interrompendo com segurança o seu equipamento A IEC 61496-3 impõe um limite mínimo de refletância alvo de 1.81TP3 T, o que significa que até mesmo roupas pretas ou foscas refletirão luz suficiente para o scanner detectar Isso impede que os operadores usem roupas escuras para evitar a detecção.

4 a especificação do dispositivo é publicada na IEC 61496-3:2018.

Padrões de segurança: IEC 61496, IEC 61508 SIL e ISO 13849 PLd

Os scanners a laser de segurança estão ligados a uma série de padrões internacionais, e cada padrão rege uma parte diferente do sistema de segurança SCS Sabendo qual padrão regula qual função evita falhas nas especificações.

SIL 2 vs SIL 3 Why Type 3 Scanners Max

SIL 2 representa uma taxa de falha perigosa entre 10-10/hora Os scanners do tipo 3 podem ser certificados para SIL 2 porque na arquitetura OSSD, ambos OSSDs emanam do mesmo elemento de detecção óptica Para atingir SIL 3 (10-10/hora) uma função de segurança precisa ser apoiada por um segundo canal de detecção verdadeiramente independente, a arquitetura usada para unidades do Tipo 4.

Arquitetura Categoria 3

ISO 13849-1 categoria 3 significa que ele mantém a função de segurança no caso de uma única falha Falhas cumulativas podem causar falha da função de segurança, mas qualquer falha deve ser detectada antes da próxima demanda na função de segurança (ou durante a próxima demanda, o mais tardar).A automonitoramento interno IEC 61496-3 Tipo 3 atende a esse requisito para o próprio hardware do scanner, mas a função de segurança total, scanner para parada da máquina, deve ser validada na Categoria 3, incluindo todos os componentes intermediários.

Na maioria das situações de trabalho geral 3 perímetro de um trabalho robótico máquinas, máquina automatizada de salvaguarda de um tipo 3 PLd /SIL 2 scanner a laser de segurança avaliado como sil 2 é a solução correta e eficaz quando a avaliação de risco determina um PLr d.

Especificações principais: intervalo de detecção, resolução e tempo de resposta

As especificações do scanner definem tanto o que o dispositivo detectará de forma confiável como seguro quanto a que distância do perigo ele deve ser colocado A tabela abaixo resume as principais especificações relacionadas à segurança, com faixas típicas destiladas de fichas técnicas de mercado para a categoria genérica de scanner Tipo 3.

Resolução de detecção: por que isso importa mais que o alcance

A resolução de detecção é o tamanho mínimo do objeto que o scanner foi projetado para detectar de forma confiável em seu campo de proteção nominal Um scanner de resolução de 30 mm pode detectar consistentemente de forma confiável um pulso de mão humana em sua zona de detecção. Tornando apropriado para aproximação de áreas perigosas. Um scanner de resolução de 70 mm é suficientemente sensível para detectar de forma confiável o pessoal que cruza (pernas do tronco), mas pode não ser detectado uma mão que alcança no limite do campo de proteção. (Nota: a interação da resolução angular e da resolução de detecção é um cálculo geométrico, com base no fato de que na faixa de 4 m uma resolução de 0,33 é igual a uma separação de cerca de 23 mm entre pontos de varredura adjacentes (o que significa que a especificação do campo de proteção de alcance total deve ser retirada da folha de dados, não calculada a partir da especificação angular de resolução)

Aplicações primárias: proteção de área, proteção de acesso e prevenção de colisões

Para que são utilizados os scanners a laser de segurança? abrangem três modos diferentes de aplicação, capitalizando diferentes propriedades do campo de proteção 2 D configurável.

1. proteção de área (células de máquinas estacionárias)

O scanner é montado horizontalmente no nível do chão ou a uma altura tal que o campo de proteção intercepta o objeto que se aproxima Ele verifica a presença de pessoal na zona de perigo em torno de equipamentos estacionários e protegidos, como células robóticas, prensas, equipamentos de embalagem, paletizadores automatizados Na presença de uma pessoa ou objeto, os OSSDs vão para o estado seguro e a máquina para Seu recurso de prevenção de reinicialização mantém a máquina em estado seguro para proteger o pessoal até que a zona esteja limpa e o operador reinicie fora da zona.

Exemplo de aplicação: Célula robô de seis eixos sem cerca de segurança física De acordo com a ISO 10218-2, o scanner define uma zona de aviso de desaceleração (queda de máquina para velocidade reduzida) e uma zona de parada interna (paradas de máquina).O modo de manutenção permite a entrada do operador com a função de segurança temporariamente substituída através do procedimento de bloqueio/tagout apropriado e do interruptor de chave com classificação de segurança.

2. proteção de acesso (Grandes Aberturas)

Montado verticalmente na entrada de uma zona de perigo, o scanner substitui o que de outra forma exigiria vários pares de cortinas de luz para proteger aberturas de forma ampla ou irregular Um scanner com ângulo de varredura 270 pode proteger uma abertura que pode exigir três ou quatro pares transmissor/receptor de cortinas de luz-eliminando hardware e montagem complexidade e custo O polígono campo de proteção é programado para combinar com a abertura com precisão.

Exemplo de aplicação: Máquina de desenrolamento com grande abertura de alimentação O scanner confirma que nenhum operador está na zona de perigo antes do reinício Combinado com um interruptor de intertravamento de segurança com classificação GS em qualquer porta de acesso secundária, isso fornece controle de acesso de categoria 3 em todos os pontos de entrada.

3. Prevenção de colisões em plataformas móveis

Os scanners são usados para fornecer na prevenção de colisão de veículos em AGVs (Veículos Guiados Automatizados), AMRs (Robôs Móveis Autônomos) e empilhadeiras Seus conjuntos de campo programáveis (até 32 deles) permitem a comutação de zona sensível à direção com o campo de proteção para a frente habilitado ao viajar para a frente, o campo traseiro ao reverter, campos laterais estreitos ao mover-se normalmente e campos omnidirecionais largos para manobras de estacionamento e rotação Os sinais externos do controlador do veículo alternam o campo ativo definido de maneira monitorada por ordem.

Cálculo de distância de segurança de acordo com ISO 13855

executando os cálculos para a distância mínima segura do limite da zona de detecção ao ponto de perigo, esta especificação da ISO 13855:2024 pode ser uma estrela, ou mais frequentemente, uma âncora de barco: errar o cálculo (lendo o valor do “total response time” muito baixo), resulta em uma distância montada que não pode parar a máquina de forma confiável antes que o operador atinja o perigo Este é o problema mais comum de instalação de scanner a laser de segurança.

A Fórmula

Velocidade de aproximação (K)

• Abordagem mão/braço: K = 2.000 mm/seg (padrão da ISO 13855:2024)
• Use K = 1.600 mm/seg (correção ISO 13855:2024 para permitir maior alcance)
• Abordagem de corpo inteiro (caminhada): K = 1.600 mm/s

Distância de intrusão (C) por resolução de detecção

• Detecção de mão (d 40 mm): C = 8 (d 14) mm, mínimo de 0 mm
• Detecção corporal (d 40 mm): C = 850 mm (média da ISO 13855)

Tempo Total de Resposta (T)

Onde: T representa a soma de todos os atrasos na cadeia de segurança, desde o momento em que uma pessoa entra na zona de detecção até o momento em que o perigo cessa:

• Tempo de resposta do scanner (a partir da folha de dados, por exemplo, 80 ms)
• Tempo de resposta do controlador de segurança (por exemplo, 10 ms)
• Atuador/tempo de paragem do travão da máquina (por exemplo, 120 ms)

Referência: ISO 13855:2024- Posicionamento das salvaguardas no que diz respeito às velocidades de aproximação de partes do corpo humano.

Integração com Controladores de Segurança: Segurança CIP, PROFIsafe e Fiação OSSD

A forma como um scanner a laser de segurança é integrado ao sistema de segurança geral depende da sua rede de CLP de segurança, da quantidade de dados de zona que você precisa transmitir e da necessidade de diagnósticos remotos.

Abordagens Integração

Hardwired OSSD: Scanner dois canais OSSD são conectados diretamente a um relé de segurança ou canal de entrada dupla de segurança PLC. simples, muito confiável, facilmente configurado para células pequenas com 1 scanner, sem necessidade de dados de zona Ambos OSSDs devem estar ativos para o estado seguro - uma gota de qualquer canal coloca o sistema em modo de segurança.

Fieldbus de segurança: O uso de um cabo de rede de segurança dedicado para transportar o sinal OSSD e os dados de diagnóstico/zona proporciona menos fiação e permite a exibição simultânea do status multizona na IHM de segurança do PLC.

Fundamentos de fiação OSSD

As saídas OSSD (Output Signal Switching Device) são dois canais independentes de transistor PNP. Ambos devem ser HIGH (24 VDC) para o estado ativo seguro Quando qualquer um deles cai, a entrada de segurança conectada percebe uma condição defeituosa & interrompe a função da máquina conectada Os circuitos de entrada PLC OSSD de segurança também monitoram shorts & shorts de canal cruzado para 24 VDC - ambos são falhas de fiação que devem ser corrigidas antes que a reinicialização seja permitida.

Estrutura de seleção: combinando o scanner tipo 3 com sua inscrição

Tal como acontece com qualquer dispositivo de segurança, conclua uma avaliação de risco na ISO 12100 e ISO 13849-1 para determinar o PLr necessário. Esse PLr é a entrada necessária para a seleção do dispositivo - não a marca e o modelo do scanner, nem os atributos de marketing do dispositivo, nem o que foi utilizado anteriormente em um projeto semelhante.

Quando o Tipo 3 NÃO é suficiente

• Freios de pressão que requerem detecção de dedo SIL 3 Tipo 4 AOPD (cortina de luz de segurança)
• Aplicações em que a avaliação de riscos requer sistemas Tipo 4 de canal duplo de arquitetura de categoria 4
• Qualquer aplicação em que PLr = e seja o resultado da avaliação de risco

Quando o Tipo 3 é a escolha certa

• Navegação AGV e detecção de obstáculos no veículo
• Monitoramento de acesso à área onde os operadores passam pela zona (não atingindo um perigo próximo)
• Perímetro estacionário da célula do robô com zonas configuráveis de desaceleração e parada
• Aberturas grandes ou irregulares onde pares de cortinas leves seriam impraticáveis
• Qualquer instalação onde PLr d seja confirmada por avaliação de risco

Perguntas frequentes

Referências e padrões

1. CEI 61496-3:2018 Segurança de máquinas Eletrosensíveis 3 Eletro-sensíveis para equipamentos de proteção difusa 3 Parte 3 Requisitos particulares utilizando medidas de proteção baseadas em reflexão Comissão Eletrotécnica Internacional
2. ISO 13855:2024 Segurança das salvaguardas das máquinas Posicionamento em relação às velocidades de aproximação das partes do corpo humano (Organização Internacional de Normalização)
3. ISO 13849-1 Segurança de máquinas (Segurança de máquinas) Sistemas relacionados com segurança (Segurança de máquinas) (Segurança de sistemas relacionados com a segurança) Parte (Empresa) (Empresa de normalização): Princípios gerais para a normalização 1: Organização Internacional de controlo
4. CEI 61508 Função de segurança elétrica/eletrônica/sistemas eletrônicos programáveis relacionados à segurança da Comissão Eletrotécnica Internacional
5. CEI 60825-1:2014 Segurança de 1 laser Part 1 Classificação de equipamentos e requisitos: Comissão Eletrotécnica Internacional de Equipamentos

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