Sikkert materialeflow – et emne for muting?

Berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger, som f.eks. sikkerhedslysgitre og sikkerhedslaserscannere, bruges som beskyttelsesudstyr på mange maskiner, hvor en afskærmning vil være uegnet. Det kan f.eks. være på transportbånd, hvor varer bevæger sig fra et produktionsområde til et andet. I de fleste tilfælde kræver disse applikationer, at den berøringsløst virkende beskyttelsesanordning tillader visse genstande at passere gennem beskyttelsesfeltet og stadig reagerer på tilstedeværelsen af personer. Den mest almindelige implementering af sikkert materialeflow er midlertidigt at omgå de berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger under materialeflowet ved hjælp af ekstra sensorer ("muting"). Der findes dog andre metoder, som ikke kræver muting, men i stedet bruger sikre algoritmer til at skelne mellem materiale og en person.

Denne artikel undersøger dette emne og præsenterer nogle eksempler på metoder til sikkert materialeflow gennem en berøringsløst virkende beskyttelsesanordning sammen med nogle råd om, hvordan man vælger den mest passende løsning til applikationen.

EU-retsforskrifter: garanti for maskiners sikkerhed

I Det Europæiske Økonomiske Samarbejdsområde er det et lovkrav, at maskiners sikkerhed skal garanteres.

For producenter, der ønsker at markedsføre maskiner inden for det Europæiske Økonomiske Samarbejdsområde, fastsætter Maskindirektivet (2006/42 / EC) de væsentlige sundheds- og sikkerhedskrav til design og konstruktion af maskiner. Direktivet om arbejdsudstyr (2009/104 / EF) gælder for driftsansvarlige for maskiner.

For at garantere maskinernes sikkerhed findes der harmoniserede EN-standarder, som er praktiske løsninger til at opfylde sikkerhedskravene. Hvis kravene i en harmoniseret EN-standard overholdes fuldt ud, udløses den såkaldte formodning om overensstemmelse (med de respektive direktiver).

Harmoniserede standarder i tre kategorier

Disse harmoniserede standarder er opdelt i tre kategorier:

• Type A-standarder – grundlæggende sikkerhedsstandarder, der omhandler grundbegreber, designprincipper og generelle aspekter, der kan anvendes på maskiner (f.eks. EN ISO 12100 til risikovurdering)

• Type B-standarder - generiske sikkerhedsstandarder, der omhandler sikkerhedsaspekter eller en type beskyttelsesanordning. De kan bruges til en række maskiner (f.eks. EN ISO 13855 til beregning af minimumssikkerhedsafstande eller EN ISO 14119 til lås osv.)

• Type C-standarder - indeholder alle sikkerhedskrav til en specifik maskine eller maskintype

Hvis der findes en type C-standard, har den generelt prioritet over type A- og type B-standarderne. En type C-standard henviser dog til alle relevante type A- og type B-standarder i stedet for at genskabe indholdet.

Anvendelsen af en enkelt type C-standard opnår dog muligvis ikke den tilsigtede overensstemmelse med de væsentlige sundheds- og sikkerhedskrav (EHSR) i EU's maskindirektiv. I dag er det almindeligt, at mange maskiner – som hver især måske eller måske ikke har en type C-standard – fungerer sammen. Det kan gøre tingene lidt mere komplicerede, f.eks. en robot til forsyning af en CNC-maskine, der består af en drejebænk, en robot, et automatisk skuffesystem og et transportbånd, se figur 1.

Funktionel sikkerhed

For maskiner, der normalt indeholder berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger, indeholder de tilsvarende type C-standarder ofte instruktioner til anvendelsen af dem. Type C-standard E 415, som omhandler sikkerhedskrav til pakkemaskiner, indeholder for eksempel mange nyttige oplysninger.

EN 415-6 for palleomviklingsmaskiner (folieomviklere) indeholder bilag om emner som berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger i lodret position, dynamisk cellepositionering af berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger og muting af berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger. Denne standard blev dog udgivet i 2013, og siden da er der blevet udviklet nyere teknologier, som kan bruges i disse applikationer. Standarder beskriver det aktuelle tekniske niveau, og desværre kan udviklingen af standarder ikke altid afspejle de seneste tekniske fremskridt.

EN 415-6 henviser til EN ISO 13849 og EN 62061 (nu erstattet af EN IEC 62061) med hensyn til robustheden af styresystemet, som den berøringsløst virkende beskyttelsesanordning er en del af. Disse "sikkerhedsrelaterede" dele af styresystemerne (SRP/CS) skal være designet og konstrueret i overensstemmelse hermed og have en vis grad af robusthed, der svarer til den krævede grad af risikominimering.

EN ISO 13849 og EN IEC 62061 indeholder sikkerhedskrav og vejledning om principperne for design og integrering af SRP/CS, herunder udvikling af software, og definerer karakteristika for udførelsen af sikkerhedsfunktioner (SF). Selvom begge kan bruges, fokuserer denne artikel på EN ISO 13849.

Standarden EN ISO 13849 indeholder eksempler på en række typiske sikkerhedsfunktioner og henviser desuden til standarder, der også er relevante. For berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger og muting henviser den til EN ISO 13855 og EN IEC 62046.

EN ISO 13855 beskriver placeringen af beskyttelsesanordninger i forhold til menneskekroppens tilnærmelseshastighed. Den generelle formel til beregning af mindsteafstanden er:

S = (K × T) + C

Dette står for:

S = den berøringsløst virkende beskyttelsesanordnings mindstesafstand til det farlige sted

K = menneskets tilnærmelseshastighed

T = systemets samlede efterløbstid

C = gennemtrængningsafstand (en ekstra værdi, der er baseret på både beskyttelsesanordningens opløsning og muligheden for at gribe ind over.

SICK kan give vejledning om dette emne og har mange dokumenter, der kan stilles til rådighed for kunderne. SICK tilbyder også sikkerhedsydelser som f.eks. målinger af efterløbstider for at få en værdi for "T" til beregning af den krævede mindsteafstand "S".

EN IEC 62046 er en standard, der blev udgivet efter offentliggørelsen af den aktuelle EN ISO 13849. Det er altid tilrådeligt at bruge en gyldig standard, der repræsenterer det nyeste tekniske niveau. EN IEC 62046 beskæftiger sig konkret med brugen af beskyttelsesanordninger til personregistrering og indeholder oplysninger om muting.

I tilfælde af en palleomviklingsmaskine indeholder følgende standarder nyttige bemærkninger vedr. berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger:

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

Denne liste er dog ikke fuldstændig, og andre standarder vil også være relevante, såsom EN 60204 for elektrisk sikkerhed og EN ISO 14118 for "forebyggelse af uventet opstart af maskiner" for at nævne nogle få.

Type C-standarder indeholder normalt oplysninger om muting og henviser til de andre standarder. Men hvis der ikke findes en type C-standard, skal der anvendes risikominimering under hensyntagen til alle relevante type B-standarder. Hvis du ikke er sikker på, hvilken standard du skal bruge, er det bedst at spørge en ekspert til råds.

Standarder kan dog ikke indeholde referencer til teknologier, der er udviklet, efter at standarden blev udgivet. I dette tilfælde kan standarden bruges sammen med EN ISO 12100.

Standarder vedr. muting

Med hensyn til muting giver type C-standarderne retningslinjer, men det vil være et stort arbejde at gennemgå alle de relevante type C-standarder. Så hvad siger EN ISO 13849 og EN IEC 62046 om dette emne?

EN ISO 13849

EN ISO 13849 definerer muting som "midlertidig automatisk undertrykkelse af en sikkerhedsfunktion eller sikkerhedsfunktioner via de sikkerhedsrelaterede dele af styresystemet (SRS/CS)". Nogle vigtige begreber her er:

Midlertidigt – hvor længe undertrykkes sikkerhedsfunktionen (SF)?

• Automatisk – hvordan beslutter styringen, hvornår SF skal undertrykkes?
• Sikkerhedsfunktion – hvilken SF undertrykkes, og hvordan foregår det?

Vi ser på en sikkerhedsrelateret stopfunktion, der udløses af et sikkerhedslysgitter for at sikre adgangen til en palleteringsmaskine. Når materialet nærmer sig lysgardinet (fuld palle), skal styresystemet automatisk detektere materialet og undertrykke lysgitterets sikkerhedsunderfunktion (persondetektering) for at lade materialet passere, se figur 2.

Det kan gøres ved hjælp af sensorer. Systemet skal kunne genkende materialet pålideligt og dermed skelne mellem materialet og en person. Under undertrykkelsen skal der garanteres en sikker tilstand på anden vis (blokering af indgangen på grund af transportmaterialet), og efter afslutningen skal alle sikkerhedsfunktioner i SRP/CS genoprettes.

Det er en udbredt misforståelse, at alle muting-systemer skal have en muting-lampe. Selvom nogle type C-standarder kræver brug af en lampe, siger EN ISO 13849 kun, at "i nogle applikationer er det nødvendigt med et muting-indikatorsignal". I EN IEC 62046 siger figur 2: Muting af sikkerhedsfunktionen: Stop udløsning af lysgitteret også, at hvis en indikator er tilgængelig for at indikere, at muting-funktionen er aktiv, bør det overvejes, om en sådan indikator kan føre til uautoriserede forsøg på at få adgang til farezonen. I betragtning af dette ville det være bedre at undvære en lampe.

EN IEC 62046

EN IEC 62046 indeholder informative bilag, der giver vejledning om anvendelse og placering af beskyttelsesanordninger og sensorer til materialedetektering med henblik på initiering af muting-funktionen og giver også eksempler til illustration. Eksemplerne er dog ikke tænkt som de eneste løsninger til en applikation. De bør heller ikke begrænse innovation eller tekniske fremskridt. Standarden er også illustreret i den følgende figur. 

Afsnit 5.7 i standarden EN IEC 62046 omhandler kravene til muting i detaljer og beskæftiger sig med lignende emner som EN ISO 13849, men går meget mere i detaljer. Standarden beskriver krav, der gælder, når muting-funktionen startes, såsom:

• Muting skal udløses af to eller flere uafhængige muting-signaler
• Muting-funktionen skal afsluttes, hvis et af de muting-signaler, der bevarer funktionen, bliver deaktiveret
• Der skal anvendes tids- og/eller processtyring på muting-signalerne for at sikre korrekt funktion
• Der skal træffes foranstaltninger for at forhindre utilsigtet udløsning af muting eller permanent brokobling på grund af mekanisk beskadigelse og/eller forkert justering af muting-sensorer
• Der skal træffes foranstaltninger for at forhindre, at beskyttelsesudstyret omgås
• Der skal være beskyttelse mod forudsigelig misbrug, herunder manipulation

Standarden giver også anbefalinger og mange eksempler på anvendelige foranstaltninger. Disse omfatter oplysninger om muting for at give adgang til personer og materialer og muting-afhængig manuel brokobling.

Eksempler på løsninger til sikkert materialeflow

EN IEC 62046 – Eksempler på muting

Bilag D i IEC 62046 indeholder en række eksempler på konfigurationen af fotoelektriske muting-sensorer, når de bruges til at muliggøre automatisk adgang til materiale. Men som nævnt ovenfor er listen ikke fuldstændig – det er ikke meningen, at man kun skal bruge disse konfigurationer. Det er dog kun de mest almindeligt anvendte, der er beskrevet, se figur 4 i denne sammenhæng.

Det vigtigste krav til placeringen af muting-sensorerne er, at den vælges på en måde, så en person ikke kan passere gennem åbningen til farezonen, mens systemet er i muting-tilstand. Dette kan f.eks. opnås ved at køre på en palle eller gå ved siden af eller bagved materialet. Bilaget giver også vejledning om dette (ekstra foranstaltninger, svingdøre osv.) og præsenterer nogle metoder til at forhindre manipulation.

På samme måde er det vigtigt, at muting-konfigurationen ikke forårsager yderligere farer (f.eks. klemning) mellem det transporterede materiale og faste dele. Der gives også vejledning om maks./min. afstande for følgende:

• Afstand mellem materialet og anlæggets faste dele
• Afstand mellem muting-sensorerne
• Muting-sensorernes højde over det oprindelige transportniveau

Den aktuelle version af EN IEC 62046 blev udgivet i 2018 og erstattede den tekniske specifikation IEC/TS 62046, der oprindeligt blev udgivet i 2008. Denne standard indeholder dog kun eksempler i begrænset omfang, og der er udviklet nye teknologier og nye muting-løsninger, siden denne standard blev udarbejdet. Fra et sikkerhedsmæssigt synspunkt er opfyldelsen af sikkerhedsmålene fra EN IEC 62046 om muting i sidste ende afgørende. Det betyder, at hvis alternative løsninger fører til et tilsvarende (eller endda højere) sikkerhedsniveau, er disse naturligvis også tilladt.

Det følgende afsnit giver yderligere eksempler på muting, men præsenterer også nye metoder, der bruger smarte algoritmer og ikke undertrykker en berøringsløst virkende beskyttelsesanordning.

Sikkerhedslaserscanner – tilpasning af beskyttelsesfeltet

Analogt med sikkerhedslysgitre er sikkerhedslaserscannere berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger, der kan bruges til at registrere en person. Normalt forventer man, at en laserscanners beskyttelsesfelt ligger i et vandret plan. Den bruges ofte til at forhindre en start i en robotcelle eller som en udløser for et sikkert stop i tilfælde af en førerløs truck, se figur 5.

Ligesom et sikkerhedslysgitter kan de dog også bruges lodret, og beskyttelsesfelterne kan ændres dynamisk ved hjælp af indgangssignaler. Med et sikkerhedslysgitter kan man øge sikkerheden ved kun at brobygge et vist antal stråler, mens man med en sikkerhedslaserscanner rent faktisk kan tilpasse beskyttelsesfeltets form til de omgivende konturer af materialet i brobygget tilstand, se figur 6.

Det betyder, at det ikke længere er nødvendigt med ekstra beskyttelsesanordninger eller sensorer for at forhindre en person i at få uopdaget adgang til en maskine, når den berøringsløst virkende beskyttelsesanordning er brokoblet.

Hvis du også har et sikkert datainterface til en scanner (f.eks. CIP Safety, PROFISAFE, SICK – EFI Pro), kan du få adgang til flere beskyttelsesfelter på samme tid. Dette kaldes samtidig beskyttelsesfeltevaluering og gør det muligt for ingeniører at udvikle komplekse applikationer med kun én sensor. SICKs sikkerhedsløsning Safe Portal Solutions benytter disse funktioner til sikkert at detektere materiale ved hjælp af separate "muting-felter", der dynamisk justerer beskyttelsesfelterne, så materialet kan passere, mens resten af åbningen fortsat overvåges. Dette eliminerer behovet for muting-sensorer, hvilket giver mere fleksibilitet og kan reducere pladskravene, se figur 7.

Alternativer til klassisk muting

Sikkerhedssystemet Safe Entry Exit er det TÜV-certificerede alternativ til klassisk muting. Systemet tager ganske enkelt et signal fra processtyringen som det første signal og signalet fra selve lysgitteret som det andet muting-signal. I kombination med tids- og forløbsovervågning kan det pålideligt registrere materiale og dermed initiere muting-funktionen. Som med Safe Portal kan dette eliminere behovet for yderligere muting-sensorer og reducere muting-systemets pladsbehov, se figur 8.

Ægte menneske-materiale-skelnen

Sikkerhedsanordninger er blevet utroligt alsidige, og takket være kraftige mikrochips kan komplekse algoritmer implementeres ved høje hastigheder. Individuelle stråler kan analyseres, hvilket muliggør mønstergenkendelse i en permanent aktiv sikkerhedssensor. Det betyder, at en sikkerhedsanordning pålideligt kan skelne mellem en person og det materiale, der må komme ind i et farligt område. Et sådant system undertrykker aldrig sikkerhedsfunktionen Personregistrering i processen. Dette giver uafbrudt beskyttelse, da de uafbrudte stråler forbliver aktive.

Sikkerhedslysgitteret C4000 Fusion kan bruges vandret og giver brugeren mulighed for at parametrere forskellige mønstre ved at angive parametre som f.eks.:

• Tilladt antal genstande
• Genstandenes bredde
• Afstand mellem genstande
• Retning
• Forløb
• osv.

Det betyder, at kun bestemte silhuetter får lov til at passere gennem sikkerhedslysgitterets beskyttelsesfelt uden at udløse sikkerhedsfunktionen (= udløser stop), hvorved der f.eks. skelnes mellem en bil på en rampe og en person, se figur 9.

Et andet eksempel på mønstergenkendelsen er sikkerhedslysgitterets Smart Box Detection-funktion deTec4. Denne funktion analyserer strålerne for at detektere genstande, der ser rektangulære ud fra lysgardinets todimensionelle perspektiv, f.eks. kartoner eller fade. Dette kan være særligt nyttigt i applikationer, hvor en tunnel traditionelt er blevet brugt til beskyttelse for at øge afstanden til en farezone. Muting-sensorer er ikke længere nødvendige, og afhængigt af maskinens stoptid kan sikkerhedsafstanden reduceres betydeligt. Stråler, der ikke er blevet afbrudt, forbliver aktive og beskytter dermed fortsat mod uopdaget indgreb over genstanden, se figur 10.

Implementering af en løsning

Et andet emne, man skal tage i betragtning, er implementeringen af en løsning. Det er f.eks. muligt at bruge prækonfigurerede, på forhånd kabelførte, harmoniserede og præcertificerede løsninger, som beskrevet i EN IEC 62046, figur 11.

Ved at købe et komplet system i stedet for alle de individuelle komponenter, beslag og kabler, reduceres arbejdet med design, konfiguration og installation. Arbejdet med at verificere systemets ydeevne (PL/SIL) kan også reduceres.

Hvis muting implementeres i en sikkerhedsstyring, er der præcertificerede funktionsblokke til rådighed, som giver brugeren meget mere fleksibilitet med en eksisterende komplet Logic Suite. Der findes også stand-alone-løsninger og enheder med integrerede muting-/sikre algoritmer.

Det er vigtigt at forstå fordelene og ulemperne ved at implementere et muting-system, da det kan påvirke forskellige faktorer som omkostninger, tilgængelighed, robusthed, specifikationer, pladsbehov og meget mere. Tabel 1 nedenfor viser de mest almindelige implementeringer.

I virkeligheden kan nogle systemer afvige fra denne tabel, men generelt er den baseret på mange års erfaring på området og kan være en god rettesnor.

Opsummering af det sikre materialeflow: Alle applikationer er forskellige

Berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger bruges ofte på maskiner til at beskytte mod adgang til farlige områder. Det er ofte sådan, at systemet automatisk skal lukke materialet ind og ud af maskinen og samtidig beskytte mennesker sikkert. I tidens løb har beskyttelsesanordningernes klassiske muting-funktion udviklet sig til en stadig mere alsidig metode. Der findes dog mange løsninger på markedet. Herunder løsninger, der ikke undertrykker sikkerhedsfunktionen (= udløser stop), men i stedet bruger smart mønstergenkendelse til at lade materiale passere dynamisk og samtidig registrere en persons adgang.

Alle anvendelser er forskellige, og nogle løsninger giver fordele frem for andre; på den baggrund bør konstruktøren overveje, hvad der er vigtigt. Hvis der findes en type C-standard for en maskine, kan den give tips og retningslinjer til implementering af sikre løsninger. Teknologien udvikler sig dog ofte hurtigere end udviklingen af standarder. EN IEC 62046 anerkender dette og påpeger, at andre løsninger kan være mulige. De eneste afgørende faktorer, når man vælger den bedste løsning, er, om beskyttelsesmålene opnås, og om løsningen er stabil over for manipulation.

Producenter af berøringsløst virkende beskyttelsesanordninger har stor erfaring med anvendelsen af deres beskyttelsesanordninger og kan hjælpe med at implementere sikker materialegennemgang på en maskine ved at tilbyde mange alternative løsninger. Hvis du er i tvivl, vil sikkerheds- og sensorspecialisterne hos SICK med glæde rådgive dig til at finde den rigtige løsning til dig.

Læs mere

Læs mere

Læs mere

Læs mere