Passaggio di prodotti in modo sicuro- un problema per il muting?

I dispositivi di protezione elettrosensibili (ESPE), come le barriere fotoelettriche ed i laser scanner di sicurezza, sono utilizzati come dispositivi di protezione su molte macchine (come, ad esempio, sulle linee di trasporto in cui i prodotti si spostano da un'area di produzione all'altra). Nella maggior parte dei casi, queste applicazioni richiedono che l'ESPE consenta il passaggio dei prodotti attraverso il proprio campo protetto ed intervenga in caso di passaggio degli operatori. La gestione più comune nel passaggio sicuro dei prodotti consiste nel “bypassare” temporaneamente l'ESPE durante il passaggio dei prodotti utilizzando dei sensori aggiuntivi (detti di "muting"). Tuttavia, esistono altri metodi che non richiedono la più classica funzione di muting, ma utilizzano algoritmi sicuri per distinguere il materiale dalle persone.

Questo articolo esamina l'argomento e presenta alcuni esempi di metodi gestione del flusso di prodotti in modo sicuro attraverso un dispositivo di protezione elettrosensibile (ESPE), insieme ad alcune indicazioni su come selezionare la soluzione più appropriata per l'applicazione. 

Normative UE: garantire la sicurezza dei macchinari 

Garantire la sicurezza dei macchinari è un obbligo di legge nella Comunità Europea. 

Per i produttori che desiderano immettere sul mercato macchinari all'interno del territorio CE, la Direttiva Macchine (2006/42/CE) stabilisce i requisiti essenziali di salute e sicurezza per la progettazione e la costruzione dei macchinari. La Direttiva (2009/104/CE) sui Requisiti minimi di sicurezza e di salute per l’uso delle attrezzature di lavoro si applica agli utilizzatori di macchine.

Per garantire la sicurezza dei macchinari le norme EN (armonizzate secondo la Direttiva Macchine) sono disponibili come soluzioni pratiche per soddisfare i requisiti di sicurezza. La piena conformità ai requisiti di una norma EN armonizzata fa scattare la cosiddetta “presunzione di conformità” (alle rispettive direttive).

Norme armonizzate in tre categorie 

Queste norme armonizzate sono suddivise in tre categorie: 

• Norme di tipo A - Norme di base sulla sicurezza con terminologia di base, principi di progettazione e aspetti generali che possono essere applicati a tutti i macchinari (per esempio, la norma EN ISO 12100 per la valutazione del rischio) 
• Norme di tipo B - Norme di sicurezza di gruppo che affrontano aspetti della sicurezza o un particolare tipo di dispositivo di protezione. Possono essere utilizzate per un'ampia gamma di macchine (per esempio, la norma EN ISO 13855 per il calcolo delle distanze minime di sicurezza o la norma EN ISO 14119 per l'interblocco delle protezioni, ecc.) 
• Norme di tipo C - Contengono tutti i requisiti di sicurezza per un macchinario specifico o una categoria di macchinari. 

Se esiste una norma di tipo C, essa ha la priorità sulle norme di tipo A e B. Una norma di tipo C farà riferimento, comunque, alle eventuali norme di tipo A e B pertinenti.

L’uso di una singola norma di tipo C, tuttavia, potrebbe non far raggiungere la conformità prevista con i Requisiti Essenziali di Salute e Sicurezza (EHSR) della Direttiva Macchine. Al giorno d'oggi è comune che molte macchine, ognuna delle quali facenti riferimento ad una o più norme di tipo C, funzionino insieme rendendo l’applicazione più complessa, ad esempio, un robot per l'alimentazione di una macchina CNC composta da un tornio, un robot, un sistema di cassetti automatizzati e un nastro trasportatore (vedi Immagine 1). 

Sicurezza funzionale 

Per le macchine che di solito contengono dispositivi di protezione elettrosensibili (ESPE), le norme di tipo C corrispondenti contengono spesso istruzioni per la loro applicazione. Le norme di tipo “C” EN-415, ad esempio, che trattano i requisiti di sicurezza delle macchine per l'imballaggio, contengono molte informazioni utili. 

La norma EN 415-6 per le macchine avvolgitrici di pallet (avvolgitrici a film) contiene allegati su argomenti come l'ESPE in posizione verticale, il posizionamento dell'ESPE e la gestione della funzione di muting. Tuttavia, questa norma è stata pubblicata nel 2013 e da allora sono state sviluppate tecnologie più recenti che possono essere utilizzate in queste applicazioni. Le norme descrivono lo stato dell'arte e, purtroppo, lo sviluppo delle norme non può sempre riflettere gli ultimi progressi tecnici. La EN 415-6 fa riferimento alle norme EN ISO 13849-1 ed EN 62061, ora sostituita da EN IEC 62061,relativamente alla “robustezza” del sistema di controllo di cui fa parte l'ESPE. Queste parti del sistema di controllo correlate alla sicurezza (SRP/CS) devono essere progettate e costruite di conseguenza, e devono avere un adeguato grado di robustezza, corrispondente al livello di riduzione del rischio richiesto. 

Le norme EN ISO 13849-1 ed EN IEC 62061 forniscono requisiti di sicurezza e indicazioni sui principi per la progettazione e l’integrazione di SRP/CS, compreso lo sviluppo del software, e specificano le caratteristiche per l’esecuzione delle funzioni di sicurezza (SF). Sebbene possano essere utilizzate entrambe, questo articolo si concentra sulla norma EN ISO 13849-1.

La norma EN ISO 13849-1 contiene esempi di diverse funzioni di sicurezza tipiche e fa riferimento a standard altrettanto importanti. Per l'ESPE e il muting, fa riferimento alla EN ISO 13855 e alla EN IEC 62046.

La norma EN ISO 13855 descrive il posizionamento dei dispositivi di protezione in relazione alle velocità di avvicinamento del corpo umano. La formula generale per calcolare la distanza minima è la seguente:

S = (K × T) + C 

dove: 

S = distanza minima dell'ESPE dalla zona di pericolo

K = velocità di avvicinamento del corpo umano

T = tempo di arresto totale del sistema 

C = Distanza di intrusione (un valore supplementare che varia in base alla risoluzione del dispositivo di protezione e alla possibilità di superarlo) 

SICK può fornire assistenza e consulenza su questo argomento e possiede molti documenti da condividere con i propri clienti. Offre, inoltre, servizi come la misurazione del tempo di arresto per ottenere il valore "T" al fine di calcolare la distanza minima di sicurezza richiesta "S". 

La norma EN IEC 62046 è stata emanata dopo la pubblicazione dell'attuale EN ISO 13849-1. È sempre consigliabile utilizzare uno standard valido che rappresenti lo stato dell'arte più recente. La norma EN IEC 62046 tratta in modo specifico l'uso dei dispositivi di protezione per il rilevamento delle persone e contiene informazioni sul muting. 

Nel caso di una macchina avvolgitrice per pallet, i seguenti standard contengono informazioni utili sull'ESPE: 

• EN 415-6 
• EN ISO 13849-1 / EN IEC 62061 
• EN IEC 62046 
• EN ISO 13855 

Tuttavia, questa non è una lista esaustiva e vi sono altre norme rilevanti, per esempio la EN 60204 per la sicurezza elettrica e la EN ISO 14118 che tratta la funzione di "prevenzione dell'avviamento imprevisto della macchina", solo per citarne alcune.

Le norme di tipo C di solito contengono informazioni sul muting e fanno riferimento ad altre norme. Tuttavia, se non esiste una norma di tipo C, la riduzione dei rischi deve essere applicata tenendo conto di tutti le norme di tipo B pertinenti. In caso di dubbi, è consigliato chiedere supporto ad un esperto. 

Le norme possono non includere riferimenti a norme sviluppate dopo la loro pubblicazione. In questo caso, la norma può essere utilizzata in combinazione con EN ISO 12100. 

Norme pertinenti alle funzioni di muting 

Per quanto riguarda il muting, le norme di tipo C forniscono delle linee guida, ma sarebbe molto impegnativo esaminare tutti le norme di tipo C pertinenti. Come possono aiutarci la EN ISO 13849-1 e la EN IEC 62046 sull’argomento?

EN ISO 13849-1 

La norma EN ISO 13849-1 definisce il muting come "la soppressione automatica temporanea di una o più funzioni di sicurezza da parte di parti del sistema di controllo legate alla sicurezza (SRS/CS)". Le parole importanti sono: 

Temporanea - Per quanto tempo viene sospesa la funzione di sicurezza (SF)? 

• Automatica - Come fa il sistema di controllo a decidere quando la SF deve essere soppressa? 
• Funzione di sicurezza - Quale SF viene soppressa e come? 

Prendiamo in esame, ad esempio, una funzione di arresto avviata da una barriera fotoelettrica di sicurezza (ESPE) che protegge l'ingresso di una macchina per la movimentazione di pallet. Quando il materiale si avvicina alla barriera fotoelettrica (pallet completo), il sistema di controllo deve rilevare automaticamente il materiale e sospendere la funzione di sicurezza della barriera fotoelettrica (rilevamento di persone) per consentire il passaggio del materiale (vedi Immagine 2). 

Questo può essere fatto con l'aiuto dei sensori. Il sistema deve essere in grado di riconoscere in modo affidabile il materiale e quindi distinguere tra il materiale e una persona. Durante il muting, è necessario garantire condizioni di sicurezza con altri mezzi (blocco dell'ingresso da parte del materiale di trasporto) e, al termine, tutte le funzioni di sicurezza del SRP/CS devono essere ripristinate. 

Un'idea comunemente sbagliata è che tutti i sistemi di muting debbano avere una lampada di muting. Anche se alcune norme di tipo C prescrivono l'uso di una lampada, la EN ISO 13849-1 afferma solamente "in alcune applicazioni, un segnale indicatore di muting è necessario". Inoltre, la EN IEC 62046 sostiene che se viene fornita una lampada che indica che la funzione di muting è attiva, è necessario valutare il potenziale rischio di tentativi non autorizzati di accesso all'area pericolosa. Per questo motivo, sarebbe meglio rinunciare alla lampada di segnalazione. 

EN IEC 62046 

La norma EN IEC 62046 contiene allegati informativi che forniscono indicazioni sull'applicazione e sul posizionamento dei dispositivi di protezione e dei sensori per il rilevamento dei materiali per l'avvio della funzione di muting, oltre a fornire esempi a scopo illustrativo. Tuttavia, gli esempi non sono destinati a rappresentare le uniche soluzioni per un'applicazione. Inoltre, non devono limitare l'innovazione o il progresso tecnico. Lo standard è illustrato anche nella figura seguente. 

Il paragrafo 5.7 della norma EN IEC 62046 parla del muting in dettaglio e tratta argomenti simili all'EN ISO 13849-1. La norma fornisce requisiti che si applicano in caso di funzione di muting, come: 

• Il muting deve essere avviato da due o più segnali di muting indipendenti 
• La funzione di muting deve terminare quando viene disattivato uno qualsiasi dei segnali di muting 
• Deve essere utilizzato il controllo del tempo e/o della sequenza sui segnali di muting per garantirne il corretto funzionamento 
• Deve essere prevista una protezione contro l'avvio accidentale del muting o il continuo funzionamento del muting a causa di guasti meccanici e/o disallineamenti dei sensori
• Devono essere previste delle misure per prevenire l'elusione delle barriere fotoelettriche di sicurezza
• Deve essere prevista una protezione contro il tentativo di utilizzo improprio, inclusa la manomissione 

La norma fornisce anche raccomandazioni e molti esempi di misure applicabili, inclusi consigli su come consentire l'accesso a persone o materiali quando il muting è attivo, e una funzione manuale di esclusione (Override) dipendente dal muting. 

Esempi di soluzioni di flusso di materiale sicuro 

EN IEC 62046 – Esempi di muting 

L'Allegato D della norma IEC 62046 contiene diversi esempi per la disposizione dei sensori fotoelettrici di muting quando utilizzati per consentire l'accesso automatico del materiale. Sono state prese in considerazione solo quelle più comunemente utilizzate (vedi la Figura 4). Tuttavia, come già sottolineato, l'elenco non vuole essere esaustivo e non è detto che si debbano utilizzare solo queste configurazioni. 

Il requisito più importante per le configurazioni dei sensori di muting è che questi devono garantire che una persona non possa attraversare il varco creatosi verso una zona pericolosa mentre il muting è attivo. Questo potrebbe accadere, ad esempio, quando un soggetto si posiziona sopra, accanto o dietro al pallet o al materiale. L'allegato fornisce anche indicazioni in merito (misure aggiuntive, porte girevoli, ecc.) e presenta alcuni metodi per evitare la manomissione. 

È anche importante che il muting attivo non causi ulteriori pericoli (ad esempio, lo schiacciamento) tra il materiale trasportato e le strutture fisse. Sono quindi previste indicazioni anche sulle distanze massime/minime per quanto riguarda: 

• distanza tra il materiale e le parti fisse dell'impianto
• distanza tra i sensori di muting 
• l'altezza dei sensori di muting rispetto al livello originale del nastro trasportatore. 

La versione attuale della norma IEC 62046 è stata pubblicata nel 2018 e ha sostituito la norma tecnica IEC/TS 62046, originariamente pubblicata nel 2008. Tuttavia, questa norma contiene esempi solo in misura limitata e da quando è stata redatta sono state sviluppate nuove tecnologie e nuove soluzioni di muting. Dal punto di vista della tecnologia di sicurezza, ciò che alla fine è importante è che gli obiettivi di protezione della norma EN IEC 62046 in relazione al muting siano soddisfatti. Ciò significa che, sono consentite anche soluzioni alternative che portano a un livello di sicurezza equivalente (o addirittura superiore)

La sezione seguente fornisce ulteriori esempi di muting, ma presenta anche nuovi metodi che utilizzano algoritmi intelligenti e in cui non si verifica la soppressione di un ESPE. 

Muting con barriere fotoelettriche di sicurezza o barriere fotoelettriche di sicurezza multiraggio 

La barriera fotoelettrica di sicurezza deTec4 o le barriere fotoelettriche di sicurezza multiraggio deTem4 A/P e deTem4 consentono di realizzare un’applicazione di muting classica. Come descritto sopra, utilizzano segnali di muting (ad es. tramite sensori di muting fotoelettrici), che vengono inviati agli ESPE. Sulla base di un’analisi logica di questi segnali, a fronte di una condizione di muting valida, il dispositivo di protezione viene bypassato. Funzioni di muting integrate e monitoraggio temporali assicurano un’ulteriore protezione dalle manipolazioni.

Si possono realizzare soluzioni di muting perfette per tutte le varianti di muting più diffuse quali muting incrociato (X-Muting), monitoraggio esportazioni (L-Muting) o monitoraggio importazioni/esportazioni (T-Muting). La gamma di prodotti modulari in combinazione con diversi pacchetti funzione selezionabili offre la possibilità di scegliere tra un semplice muting a 2 segnali o un muting a 2/4 segnali configurabile in modo flessibile, in base al requisito nell’applicazione. 

L’utilizzo del pacchetto funzioni DMM4, costituito sostanzialmente dal modulo di ampliamento DMM4 e da una corrispondente variante ESPE delle famiglie di prodotti deTec4, deTem4 A/P o deTem4, consente di configurare in modo flessibile la multifunzionalità inclusi importanti monitoraggi temporali con l’ausilio del software Safety Designer. In particolare la configurazione di muting parziale per accrescere la protezione contro le manipolazioni (ad es. accompagnare i pallet) o anche la possibilità di configurazione di max. tre modi di funzionamento sono elementi importanti per realizzare un flusso del materiale produttivo a fronte di contemporanea protezione del personale.

Il DMM4 dispone di diversi ingressi e uscite, alle quali è possibile collegare gli ESPE e ulteriori dispositivi o sensori. Tra questi vi sono anche un possibile collegamento e utilizzo di max. tre sensori di sicurezza (SDI), ad es. di chiusure sicure delle porte a battente presenti nell'applicazione. 

Scanner laser di sicurezza - adattamento del campo protettivo 

Come le barriere fotoelettriche di sicurezza, i laser scanner di sicurezza sono AOPD che possono essere utilizzati per rilevare una persona. Di norma, il campo protettivo di uno scanner laser si trova su un piano orizzontale. Viene spesso utilizzato in applicazioni quali la prevenzione di un avvio in una cella robotizzata o l'attivazione di un arresto sicuro in un veicolo a guida automatica (AGV), Immagine 5. 

I laser scanner, tuttavia, come le barriere fotoelettriche di sicurezza, possono essere utilizzate anche in verticale e i campi protettivi possono essere modificati dinamicamente mediante segnali di ingresso. Con una barriera fotoelettrica di sicurezza, è possibile aumentare la sicurezza disattivando un certo numero di raggi, mentre con un laser scanner di sicurezza è possibile adattare la forma del campo protettivo ai contorni del materiale, cfr. Immagine 6.

Ciò significa che non sono più necessari dispositivi di protezione o sensori aggiuntivi per evitare che una persona acceda a una macchina senza essere riconosciuta quando l'ESPE è collegato.

Alternative al muting classico 

Il sistema di sicurezza Safe Entry Exit è un'alternativa, certificata TÜV, al muting classico. Questo sistema utilizza un primo segnale dal sistema di controllo del processo ed il segnale della barriera fotoelettrica stessa come secondo segnale di muting. In combinazione con il monitoraggio del tempo e della sequenza, può riconoscere in modo affidabile il materiale e quindi avviare la funzione di muting. Come nel caso del Safe Portal, questo sistema può eliminare la necessità di sensori di muting aggiuntivi e ridurre l'ingombro del sistema di muting, vedi Immagine 8. 

Differenziazione tra uomo-materiale 

I dispositivi di sicurezza sono diventati incredibilmente versatili e, grazie a potenti microchip, è possibile implementare algoritmi complessi ad alta velocità. È possibile analizzare i singoli raggi, consentendo il riconoscimento dei modelli in un sensore di sicurezza permanentemente attivo. Ciò significa che un dispositivo di sicurezza può distinguere in modo affidabile tra una persona e il materiale che può entrare in un'area pericolosa. Un sistema di questo tipo non sopprime mai la funzione di sicurezza. In questo modo si ottiene una protezione continua, poiché tutti i fasci rimangono sempre attivi. 

La barriera fotoelettrica di sicurezza C4000 Fusion può essere utilizzata in orizzontale e consente di configurare diversi modelli specificando parametri come: 

• numero consentito di oggetti
• larghezza degli oggetti
• distanza tra gli oggetti
• direzione
• sequenza
• ecc.

Ciò significa che solo determinate sagome possono attraversare il campo protettivo della barriera fotoelettrica di sicurezza senza attivare la funzione di sicurezza (= attivare l'arresto), distinguendo, ad esempio, un telaio che trasporta un auto ed una persona, cfr. Immagine 9.

Un altro esempio di riconoscimento dei modelli è la funzione Smart Box Detection della barriera fotoelettrica di sicurezza deTec4. Questa funzione utilizza i raggi per identificare oggetti che dalla prospettiva bidimensionale della barriera fotoelettrica appaiono rettangolari, come scatole di cartone o contenitori. Questa funzione potrebbe essere particolarmente utile nelle applicazioni che utilizzano tradizionalmente tunnel per la protezione, al fine di aumentare la distanza da una zona pericolosa. I sensori di muting non sono più necessari e, a seconda del tempo di arresto della macchina, la distanza di sicurezza può essere notevolmente ridotta. I raggi che non sono stati interrotti rimangono attivi e continuano quindi a proteggere da intrusioni non rilevate al di sopra dell'oggetto, vedere Immagine 10. 

Implementazione di una soluzione 

Un altro aspetto da considerare è l'implementazione di una soluzione. Ad esempio, è possibile utilizzare soluzioni preconfigurate, precablate, e precertificate, come descritto nella norma EN IEC 62046 (vedi Immagine 11).

Acquistando un sistema completo invece di tutti i singoli componenti, staffe e cavi, si riduce lo sforzo di progettazione, configurazione e installazione. Anche il lavoro di verifica delle prestazioni del sistema (PL/SIL) può essere ridotto.

Se il muting viene implementato in un controllore di sicurezza, sono disponibili blocchi funzione precertificati che offrono all'utente una maggiore flessibilità. Esistono anche soluzioni stand-alone e dispositivi con algoritmi di muting/sicurezza integrati.

È importante comprendere i pro e i contro dell'implementazione di un sistema di muting, in quanto ciò può influire su vari fattori quali costo, disponibilità, robustezza, requisiti di spazio e altro ancora. La tabella 1 mostra le implementazioni più comuni.

Riepilogo sul passaggio sicuro dei materiali: ogni applicazione è diversa 

I dispositivi di protezione elettrosensibili sono comunemente utilizzati sulle macchine per proteggere l'accesso a zone pericolose, garantendo al contempo la sicurezza delle persone. Nel tempo, la classica funzione di muting dei dispositivi di protezione si è trasformata in un metodo sempre più versatile. Tuttavia, esistono molte soluzioni sul mercato. Queste includono soluzioni che non sopprimono la funzione di sicurezza, ma utilizzano un riconoscimento intelligente dei modelli per consentire il passaggio di materiale in modo dinamico, pur riconoscendo l'accesso di una persona. 

Ogni applicazione è unica e alcune soluzioni offrono vantaggi rispetto ad altre; su questa base il progettista deve considerare ciò che è importante per lui. Se per una macchina esiste uno standard di tipo C, questo può fornire indicazioni e linee guida per implementare soluzioni sicure. Tuttavia, la tecnologia spesso progredisce più rapidamente dello sviluppo delle norme. La norma EN IEC 62046 afferma, infatti, che possono essere possibili altre soluzioni. Gli unici fattori decisivi nella scelta della soluzione migliore sono il raggiungimento degli obiettivi di protezione e la stabilità della soluzione contro la manomissione.

I produttori dispositivi di protezione elettrosensibili (ESPE) hanno una grande esperienza nell’applicazione dei loro dispositivi di protezione e possono aiutare a realizzare un passaggio sicuro del materiale su una macchina, offrendo molte soluzioni alternative. In caso di dubbi, gli specialisti di sicurezza e della sensoristica di SICK saranno lieti di consigliarti per trovare la soluzione giusta.. 

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