Световые завесы безопасности

В цехах промышленных предприятиях, на площадях которых функционирует и перемещается тяжелое оборудование, есть так называемые «запретные зоны», отмеченные яркими цветными линиями. Участок, огражденный такими линиями, считается опасным для нахождения людей ввиду угрозы травматизма от потенциально опасных механизмов (подъемников, прессов, роботов и т.п.), а также присутствия вредных для здоровья веществ.

Чтобы защитить персонал от получения производственной травмы, создается световая завеса безопасности – виртуальный барьер, препятствующий проникновению человека в запретную зону. В создании фотобарьера участвуют оптоэлектронные приборы – излучатель и приемник светового сигнала (одного или нескольких световых лучей), образующих неосязаемую область контроля. Пересечение луча включает аварийный сигнал тревоги либо приводит к аварийному отключению технологической линии или отдельного агрегата.

Как работает световая завеса безопасности?

Основным элементом световой завесы являются датчики, расположенные напротив друг друга в одной плоскости и работящие в паре. Один из них служит передатчиком, второй – приемником. В передающем устройстве находится массив световых или лазерных диодов (видимый/невидимый свет). Светодиодный блок может гореть непрерывно либо пульсировать с определенной частотой. Пульсация может быть последовательной либо модулированной, а последовательность идти по двум направлениям: сверху вниз либо наоборот. В датчиках могут присутствовать встроенные микропроцессорные контроллеры с программируемой памятью (ПЛК), прямой и релейный выход, а также транзисторный выход PNP/NPN.

В приемном устройстве расположены фототранзисторы и фоторезисторы, которые улавливают импульсную последовательность и частоту сигнала передатчика. В приемнике реализована схема, благодаря которой обеспечивается способность системы противостоять посторонним шумам и внешним радиопомехам.

Фотобарьеры выпускаются в различных модификациях. Некоторые из них безошибочно обнаруживают любой двигающийся предмет, другие же настраиваются (программируются) таким образом, чтобы пропускать объекты с определенными характеристиками (по габаритам или конфигурации). В качестве примера можно привести датчик, смонтированный на конвейере. Его можно настроить так, что он будет срабатывать только тогда, когда пред ним пройдет предмет, отличающийся от эталонного образца.

Типы завес безопасности

Различают два типа:

• РОС – контроль доступа к рабочему месту. Служит для обеспечения защиты сравнительно небольшой рабочей зоны в малогабаритных машинах, когда оператор должен находиться близко к станку, подвергаясь риску поранить руки или пальцы
• РАС – контроль доступа к периметру. Применяется там, где необходимо защитить все тело оператора. Завеса гарантирует, что никто не войдет в защищаемую зону и не приблизится к работающей машине ближе, чем допустимое расстояние.

Несмотря на большое разнообразие размеров и конструктивных нюансов, принцип работы обоих видов остается одним и тем же.

Помимо высшего уровня промышленной безопасности Type 4 существует более низкий уровень Type 2. В свою очередь стандарт SIL, устанавливающий связь между степенью риска и уровнем полноты безопасности, имеет три категории (I, II и III), отражающих степень риска и тяжесть возможных последствий.

У систем Type 2 угол раскрытия луча (ЕАА) составляет ± 5°, в то время как у Type 4 он равен ± 2,5°. Более широкий угол делает СЗБ Type 2 более восприимчивой к оптическим коротким замыканиям (ОКЗ), возникающим при прохождении объекта с большой отражающей способностью. По этой причине для приложений, характеризующихся высокой степенью риска, завеса Type 4 стандарта SIL 3 будет лучшим, хотя и самым дорогим решением.

Преимущества использования световых завес

Внедрение фотобарьера связано со значительными затратами, поэтому руководители предприятий не всегда идут на этот шаг. Однако практика показывает, что их использование как современного средства защиты полностью себя оправдало. К преимуществам устройства относятся:

• Обеспечение высокой степени защиты обслуживающего персонала путем аварийного отключения оборудования или подачи предупреждающего сигнала. По сравнению с традиционными методами, такими как ограждение опасной зоны барьерами или ее обозначение специальными знаками – это шаг вперед.
• Встроенные датчики, как правило, имеют функцию самодиагностики. Они осуществляют контроль над состоянием охраняемой зоны. При возникновении проблем датчик подает электронный сигнал на аварийное отключение опасного механизма. Чтобы отключить блокировку, нужно выполнить ручной сброс либо отремонтировать датчик.
• Оптоэлектронные защитные устройства в большинстве случаев соответствуют высшему уровню промышленной безопасности – Type 4 (SIL 3, PL e), что означает исключительную надежность. Именно такие приборы устанавливают на автоматических упаковочных линиях ввиду высокого риска получения травмы. По сравнению с фотоэлектрическими датчиками СЗБ стоит на порядок выше.
• Завесы проектируют и изготавливают с таким расчетом, чтобы они могли гарантированно противостоять суровым условиям окружающей среды (загрязнениям, вибрациям и т.п.).

Где используют СЗБ

Световые завесы безопасности применяются на промышленных предприятиях с высокой степенью автоматизации производственных процессов в случае, когда в зоне действия оборудования или механизма нахождение оператора не допускается.

Например, выполняя работы, роботизированный манипулятор движется очень быстро. До того, как механизм начнет работу, оператору должна быть предоставлена возможность проникновения в зону, чтобы выполнить настройку и калибровку аппарата. После совершения манипуляций и выхода оператора доступ к роботу должен быть закрыт. Устройство физического ограждения – не лучший способ решения задачи. Случайное приближение человека к работающей машине лучше организовать с помощью фотобарьера: она мгновенно улавливает движение и отключает аппарат от системы питания. Такой способ защиты получил название «охрана периметра».

Еще одно применение связано с охраной пальцев и рук оператора, работающего на сборочном производстве с использованием особо опасных машин, таких как формовочные прессы, штамповочные станки и т.п.

Стандарты безопасности световых защитных систем

СЗБ проектируют и изготавливают с учетом положений, изложенных в следующих нормативных документах:

• ASNI B11.19 (Performance criteria for safeguarding) – критерии эффективности для обеспечения безопасности;
• IEC 61496-1 (Electro-sensitive protective equipment) – электрочувствительное защитное оборудование;
• IEC/TS 62046 (Application of protective equipment to detect the presence of persons) – приложение для обнаружения присутствия человека;
• ISO 13855 (Positioning of safeguards with respect to the approach speeds of parts of the human body) – расположение защитных средств в зависимости от скорости сближения частей человеческого тела.

Критерии выбора

Выбирая световую завесу безопасности для каждого конкретного случая, пользователь должен руководствоваться рядом основополагающих критериев.

1. Уровень безопасности и соответствующие стандарты. Как уже отмечалось, световые защитные системы могут иметь уровень промышленной безопасности Type 2 или Type 4. Первые годятся при низкой степени риска. У них большой угол раскрытия светового луча, а самодиагностика выполняется только при запуске. Type 4 обеспечивает значительно больший уровень защиты периметра опасной зоны, снижая уровень риска до минимума. Он непрерывно контролирует неисправности и обладает очень высокой устойчивостью к отказам.
2. Производительность. По этому показателю критерии выбора устройства сводятся к следующим параметрам:
   • зона обнаружения – она может быть параллельной, перпендикулярной или диагональной по отношению к углу подхода оператора;
   • высота защиты;
   • дистанция между передающим и принимающим устройством (spanning distance);
   • расположение микропроцессорного контроллера (ПЛК): внешнее или внутреннее;
   • уровень чувствительности;
   • класс защиты от проникновения (IP), характеризующий защищенность изделия от попадания внутрь корпуса пыли и мелкой грязи, а также защищенность человека от токопроводящих поверхностей.
3. Дополнительные особенности:
   • функция «плавающий луч», позволяющая отключать лучи (один или несколько) в желаемом месте для открытия доступа сквозь конкретную секцию в нужное время (настройка автоматического перемещения луча с заданной скоростью);
   • диагностика ошибок как на стадии запуска, так и в процессе работы;
   • наличие реле безопасности со специальным выходом, срабатывающим во время пересечения объектом завесы и остающимся включенным до сброса параметров;
   • опция ручного управления (временный байпас) на время работы машины в безопасном режиме;
   • отключение одного или нескольких стационарных лучей посредством заглушки.