W ostatnim odcinku kursu poznałeś/aś tryby start w przekaźniku bezpieczeństwa – czym są, jak je konfigurować i które wybrać pod dane zastosowanie. W tym odcinku wrócisz do kwestii podłączeniowo-technicznych i dowiesz się, jak podłączyć i skonfigurować przekaźnik bezpieczeństwa do pracy z kurtyną świetlną.

Kurtyna świetlna

Kurtyna świetlna to bardzo popularny element systemów bezpieczeństwa maszynowego. Wykorzystywana jest najczęściej do alarmowania o wtargnięciu do strefy niebezpiecznej lub objętej restrykcjami.

Składa się ona z dwóch elementów – nadajnika oraz odbiornika. Nadajnik wysyła wiązki światła w podczerwieni, które odbierane są przez odbiornik. W przypadku przerwania wiązki, a więc braku detekcji sygnału przez odbiornik, podany zostanie sygnał niski na wyjścia OSSD. OSSD (ang. output signal switching device) jest najczęściej wyjściem półprzewodnikowym lub tranzystorowym, w przeciwieństwie do mechanicznych zestyków innych typowych elementów systemu bezpieczeństwa.

Technologia półprzewodnikowa umożliwia szybką reakcję, nawet z dużą częstotliwością, która jest bardzo cenna w przypadku sensorów optycznych. Dlatego też tradycyjne złącza stykowe, bądź przekaźnikowe nie znalazłby tutaj zastosowania.

Gdzie stosuje się kurtyny? Zgodnie z przepisami bezpieczeństwa, wszelkie elementy ruchome powinny być zabezpieczone przed ingerencją człowieka. Wszystkie tryby, przeguby, przesuwy, elementy rotacyjne itd. powinny albo być odgrodzone, albo poza zasięgiem pracy człowieka.

Najczęściej realizuje się to przy pomocy osłon lub obudów, jednak są takie maszyny, instalacje czy narzędzia, w których użycie osłony jest niemożliwe lub nieekonomiczne, np. stanowisko zrobotyzowane. Jeżeli operator nie musi często w nie ingerować (zmieniając narzędzie, materiał itd.), najczęściej stosuje się ogrodzenie z zamkiem ryglowanym, ale gdy już ingerencja w pracę robota jest częsta, lub brakuje miejsca na ogrodzenie, można zdecydować się na barierę świetlną, czyli właśnie kurtyny.

Innym przykładem zastosowania kurtyny może być zabezpieczenie taśmociągów. Na trasie taśmociągu umieszczane są segmenty kurtyn, które w momencie transportu detalu kolejno są deaktywowane, w celu przepuszczenia transportowanego detalu. Dzięki temu element porusza się bez przeszkód, a wtargnięcie człowieka zostanie zasygnalizowane.

Rodzaje kurtyn świetlnych

Istnieje kilka rodzajów kurtyn świetlnych. W obszarach o mniejszym zakresie ochrony stosuje się kurtyny POC. Zapewniają one ochronę w obszarze wielkości pojedynczej części ciała człowieka np. ręki czy nogi. Drugim rodzajem są kurtyny PAC, a więc takie, które badają znacznie większy obszar – przynajmniej całego ciała.

Rodzaje kurtyn różnią się także pod względem obsługiwanych standardów bezpieczeństwa. W tym przypadku wyróżniamy kurtyny kategorii 2 oraz kategorii 4. Tak więc w przypadku najbardziej zaawansowanych i rygorystycznych systemów potrzebna będzie kurtyna kategorii 4. W przypadku systemów maszynowych o mniejszym stopniu zagrożenia – kategorii 2.

Parametry kurtyn świetlnych

Na co zwrócić uwagę podczas doboru kurtyn? Kluczowe w ich doborze są dwa parametry. Przede wszystkim rozdzielczość kurtyny, często określana jako „zdolność wykrywania”. Fizycznie jest to odległość pomiędzy poszczególnymi wiązkami światła, a więc pomiędzy nadajnikami i odpowiednio odbiornikami w modułach kurtyny świetlnej. Przy jej wyznaczaniu bierze się pod uwagę także promień wiązki światła. Dzięki temu uzyskuje się parametr, który mówi o tym, że obiekt o szerokości równej bądź większej od rozdzielczości zawsze zostanie przecięty przez wiązkę. Obiekty o szerokości mniejszej od rozdzielczości mają szanse trafić pomiędzy wiązki i nie zostać wykryte.

Kolejnym parametrem jest pole widzenia, a więc maksymalna odległość, na jaką nadajnik jest w stanie wysłać skuteczną wiązkę światła, która zostanie poprawnie odebrana przez odbiornik. To, co często jest jeszcze brane pod uwagę, to skuteczny kąt przysłony. Jest to maksymalny kąt, pod którym wiązka może trafić do odbiornika. Chroni ona odbiornik przed odebraniem fałszywych odbić. W urządzeniach wyższych kategorii kąt ten jest znacznie mniejszy jak w urządzeniach niższych kategorii.

Podłączenie kurtyny świetlnej

Przejdźmy zatem do samego podłączenia. Przyjmiemy, że montujemy barierę świetlną przy niewielkim stanowisku zrobotyzowanym. Mamy do czynienia z robotem SCARA pracującym w klasycznej aplikacji  pick&place, a więc taki, który w szybkim tempie przenosi i układa niewielkie detale. Trzeba w związku z tym zabezpieczyć pracownika przed włożeniem ręki w zasięg pracy robota.

W związku z tym należy wykorzystać kurtynę typu POC o rozdzielczości nie większej niż szerokość ludzkiej dłoni. Na potrzeby tego przykładu zdecydowano się skorzystać z kortyny Preventa XU o numerze katalogowym XUSL4E14F0116N. Ponadto układ nie może wystartować od razu po wyjęciu dłoni z zagrożonego obszaru. Należy się upewnić, że pracownik oddalił się na odpowiednią odległość. O odległości może informować najprostszy czujnik odbiciowy, który daje sygnał 0/1. Tak więc na potrzeby przykładu zasymulujemy taki czujnik przyciskiem manualnym.

W tym przykładzie skorzystamy z modułu bezpieczeństwa XPSUAK marki Schneider Electric. W pierwszym kroku skonfiguruj funkcje przekaźnika. Obsługa urządzeń OSSD, a więc między innymi kurtyn laserowych, znajduje się pod numerem 9. Odpowiada ona monitorowaniu wyjść OSSD oraz wyłączonej dynamizacji i synchronizacji. Wyjścia OSSD, tak jak zostało wspomniane we wstępie, są półprzewodnikowymi wyjściami tranzystorowymi.

Jak zapewne wiesz z poprzedniego odcinka kursu, dynamizacja sprawdza wystąpienie zwarcia w danym obwodzie krótkim impulsem elektrycznym generowanym na wyjściu danego obwodu i odczytywanym na odpowiadającym wejściu.

Wyjścia tranzystorowe urządzeń OSSD są zasilane z odrębnych urządzeń i jedynie zmieniają stan pomiędzy stanem niskim 0 V i stanem wysokim 24 V. W związku z tym nie jest możliwe testowanie zwarć obwodu poprzez funkcję dynamizacji.

Następnie przechodzimy do podłączenia kurtyny. Każda kurtyna posiada dwa wyjścia OSSD oznaczone odpowiednio numerami 1 i 2. Dwa kanały są konieczne, aby zapewnić odpowiednią redundancję wymaganą przez systemy bezpieczeństwa. W związku z tym wyjścia OSSD1 podłącz do wejścia S12, a OSSD2 do wejścia S22.

Następnie przejdź do trybu start. W założeniach przykładu ponowne wznowienie pracy stanowiska ma być możliwe po odpowiednim oddaleniu się pracownika od maszyny. Odległość ma badać prosty czujnik odbiciowy, który daje sygnał 1 – obiekt poza zasięgiem, 0 – obiekt w zasięgu. W związku z tym zasymulujemy takie działanie przyciskiem dwustanowym. Podłącz także nadajnik kurtyny świetlnej zgodnie ze schematem poniżej,

Ostatnim krokiem jest podłączenie wyjścia, a także podanie zasilania na styki A1 i A2. W tym przykładzie jest to sygnał zezwolenia pracy dla robota. Będzie on symulowany lampką sygnalizacyjną podłączoną do wyjścia 14.

Przetestuj stanowisko. Tak jak widać na animacji poniżej: po włożeniu ręki w strefę odgrodzoną barierą świetlną, zezwolenie na pracę manipulatora jest natychmiast anulowane. Układ automatycznie wraca do pracy, jeżeli czujnik odległości potwierdzi oddalenie się użytkownika, co sygnalizuje biała lampka przycisku.

W przypadku, gdy czujnik zasygnalizuje, że pracownik nadal niedostatecznie się oddalił, a więc zgasi białą lampkę przycisku, układ nie wystartuje ponownie, aż do podania przez czujnik sygnału wysokiego.

W kolejnym odcinku kursu skupimy się na stacji sterowania dwuręcznego. Dowiesz się o jej przykładowych zastosowaniach, a także nauczysz się, jak podłączyć ją do przekaźnika bezpieczeństwa.