Jste zde

TEST - Zabezpečení strojů laserovým skenerem Leuze RSL 400

Antonín Vojáček, 27. Listopad 2015 - 0:00

Potřebujete spolehlivě hlídat ochranný prostor až 20 m² okolo pracovního stroje? S bezpečnostním skenerem to prakticky není žádný problém. Prostě jen požadovaný tvar plochy nadefinujete ("nakreslíte") na konfigurační plochu speciálního PC programu, nahrajete následně do skeneru a kontrola přiblížení osob do nadefinované prostoru i nouzové vypnutí strojů je zajištěno.

Co je to bezpečnostní laserový skener?

Laserové skenery pro zajištění bezpečnosti strojů jsou optické snímací zařízení provádějící neustálou detekci přítomnosti libovolných předmětů velikosti od jednotek centimetrů v přednastavených hlídaných prostorách. Ty prostory se v rámci maximálního snímacího dosahu zařízení obvykle vymezují graficky prostřednictvím programovacího softwaru na PC a následným nahráním dat do snímače. Protože snímač pracuje na principu postupného vysílání světelných paprsků do všech stran v rámci půlkruhu obvykle v rozsahu úhlů 190 až 270° (dle výrobce) a měří dobu odrazu od nejbližšího předmětu, detekuje veškeré libovolné předměty, ať již živé či neživé povahy. Pokud je doba odrazu paprsku (zjištěná vzdálenost předmětu) pro daný úhel menší než v paměti uložená hodnota, je vyhlášen poplach a iniciováno bezpečností vypnutí nebezpečných částí strojů.

Samozřejmě vymezený detekovaný prostor musí být předem zvolen tak, aby do něho nezasahoval žádný standardní provozní předmět. Pokud se v daném prostoru nějaký nachází (například roh stěny, nějaká konstrukce apod.), je možné jej "vymaskovat", což zde prostě znamená, změnit libovolně hranici detekované oblasti tak, aby objekt byl již mimo vyhodnocovanou oblast. Aby to nebylo příliš složité, je možné při definování hraniční křivky detekční oblasti připojit k PC již konkrétní snímač a nechat si v živém náhledu v PC zobrazit aktuální proskenované okolí. Pak zobrazí i všechny aktuální kontury předmětů v blízkosti snímače (kontury částí natočených směrem k aktivní / skenovací části snímače). Ty pak prakticky vymezují prostor, kde je možné volit a nastavit hlídanou oblast, aniž by okolí detekci rušilo. Z tohoto pohledu je vždy velmi důležité dobře rozmyslet a zvolit umístění a natočení snímače.

Možnosti použití

Bezpečnostní laserové skenery jsou ideální jako hlavní bezpečností detekční systém pro plošné (2D) hlídání prostoru a zajištění ochrany přístupu osob do provozně nebezpečných prostor v průmyslové výrobě, kde hrozí kolize či zasažení pohyblivými, horkými či jinak nebezpečnými částmi zařízením, nebo chemickými přípravky a látkami. Také je však možná i montáž na pohyblivé části strojů, například automatické převážecí vozíky, aby bezpečnostní skenery průběžně kontrolovaly kolizní prostor v jejich okolí.

Člověku nebezpečné prostory se doposud obvykle zajišťovaly hlavně pevnými zábranami typu zábradlí, plotů či celých pevných stěn a jen u nutných montážních či transportních otvorů se ochrana zajišťovala osazením bezpečnostních optozávor, často ve formě tzv. optických závěsů. Ale pevné zábrany jsou poměrně časově náročné na montáž a jen obtížně je lze flexibilně posouvat či jinak je operativně upravovat. S pomocí bezpečnostního laserového skeneru je však možné minimalizovat použití pevných zábran, protože jeho nastavení umožňuje přesně definovat prakticky libovolný tvar detekovaného prostoru, ať již to má být zmíněný pravidelný půlkruh nebo půl elipsy, hranami vymezený prostor tvaru libovolného trojúhelníka, čtverce, obdélníku, lichoběžníku či prakticky jiný libovolný prostor, který jste jako uživatel schopen "namalovat" na definiční plochu nastavovacího / programovacího softwaru pro PC s OS Windows.

Laserový skener Leuze RSL 400

Pro praktické testování jsme od společnosti Schmachtl CZ s.r.o. dostal ke krátkému otestování zapůjčený nový bezpečnostní skener Leuze RSL 400 řady ROTOSCAN. Byť je tento typ jeden ze základních modelu v oblasti sortimentu bezpečnostních skenerů Leuze, má již v základu velmi zajímavé parametry. Například lze jmenovat funkci současného duálního snímání a detekce, skenovací oblast v rozsahu úhlů 0° až 270° a vzdáleností 0,2 až 8,5 m, nastavení detekčního rozlišení od 30 do 150 mm, drátové i bezdrátové připojení k PC atd. Z pohledu bezpečnostních norem pak splňují dle normy EN ISO 13849 bezpečnostní kategorii 3 a výkonností úroveň PL d.

Celý skener RSL 400, umístěný v kovoplastovém pouzdře, má velmi kompaktní rozměry 140 x 149 x 140 mm. Cca 1/3 povrchu pak zabírá skenovací plocha krytá pomocí plexiskla, která navíc netypicky současně slouží i jako efektní zobrazovač, na který se průběžně při provozu doslova promítají všechny důležité provozní informace a data. Je to možná trošku nezvyklé, ale velmi dobře viditelné i čitelný i na větší vzdálenosti. Prostě skvělý nápad.

Snímací část tvoří optický vysílač světelných pulsů tvořený infračerveným laserem, optický přijímač a horizontální rotační skenovací mechanismus, který rychle periodicky vysílá (rozmítá) paprsky světla do celé skenované oblasti v podobě téměř celé 3/4 kruhu (přesně 270°) s úhlovým rozlišením 0,1°. Rychlost snímání je 25 skenů za sekundu (tj. 1x proskenování celého prostoru tvá 40 ms).

Po zapnutí a během najíždění snímače, které trvá několik desítek sekund, se zobrazují některé aktuální informace o nastavení, jako například informace u aktuálním natočení snímače (viz obrázek vlevo) získané z vnitřního elektronického náklonoměru. Během provozu se pak při detekci narušení ochraného prostoru se na zobrazovací ploše objeví úhel zjištěné detekce.

V nastavení snímače lze z pohledu detekce celkový skenovací prostor softwarově omezit prostor zadáním počátečního a koncového úhlu a počáteční a koncové vzdálenosti. Skenovací systém sice nadále skenuje celý maximální prostor, ale elektronicky se vyhodnocuje přítomnost objektů jen v zadaném rozsahu. V takto definované oblasti se pak graficky pomocí limitních čar vytvoří hranice prostoru ochranné oblasti (tzv. Protection area), který může být definován až na dosah 8,5 m, a prostoru varovné zóny (tzv. Warning area), které může být při 10 % odrazivosti objektu teoreticky až do vzdálenosti 20 m. V obou těchto oblastech lze v softwarovém nastavení přístroje zvolit rozlišení 30 mm (pro detekci ruky), 40 mm (pro detekci paže), 50 / 60 / 70 mm (pro detekci nohy), nebo 150 mm (pro detekci těla), což znamená, že i v případě bezpečnostního narušení prostoru nebude vyhlášen poplach, pokud bude objekt menší než je nastaveno. Maximální rozlišení samotného technologie skeneru je 5 mm.

Nezvyklou, ale vítanou funkcí je pak možnost současné funkce dvou na sobě nezávislých funkcí ochrany, tzv. "Protective function A" a "Protective function B". S tímto systémem lze současně provozovat dvě libovolné snímací / detekční charakteristiky (tzv. Bank A a Bank B), které narušení svého prostoru oznamují svými vlastními nezávislými spínanými bezpečnostními OSSD výstupy. Zařízení RSL400 tak prakticky funguje jako dva jednotlivé laserové skenery. Tak lze vytvořit jako snímací oblasti i vzájemně se prolínající nebo například libovolně rozdělit celý skenovaný prostor rozdělit na dvě nezávislé skenované oblasti, např. na pravou a levou apod.

Ukázka grafického vymezení / nastavení varovací (zelená) a ochranné oblasti (červená), přičemž oblast levé strany hlídá nastavení banky B1.1 (viz obr. vlevo) a pravou stranu banka A1.1 (viz obr. vpravo). Každá banka pak ovladá vlastní bezpečnostní OSSD výstupy.

V PC softwaru "Leuze Sensor Studio" lze vytvořit od 10 až do 100 různých nastavení detekčních oblastí (dle konkrétní verze skeneru a režimu provozu), ty nahrát od skeneru a pak už je jen přepínat (vybírat) buď externími dvoustavovými signály nebo automaticky po uplynutí nastavené časové periody. To se velmi hodí pro aplikace vyznačující se velmi proměnných okolím, kterému se musí hlídaný prostor pružně přizpůsobovat, např. pokud je skener namontovaný na různě pohyblivé vozíky, které mají kolem sebe kontrolovat svůj bezpečný provozní prostor a případnou kolizi vyhodnotit a zastavit.

Zajímavé poznatky z testování

Celý skener je až nečekaně kompaktní a rozměrově malý. Na druhu stranu je vzhledem ke svým malým rozměrům až nečekaně těžký, což může překvapit při vybalování. Kombinace malých rozměrů a poměrně velké hmotnosti totiž spontálně nutí uživatele (instalačního technika) při manipulaci jej chytnou držet za tu na poškození nejcitlivější část zařízení, tedy skenovací plochu, což je samozřejmě právě výrobce zakázáno a výrazně na to upozorňuje v pěkném obrázkovém instalačním manuálu. Ruční manipulace se snímačem tedy zrovna tvarové provedení pouzdra moc neusnadňuje. Ale to je asi jediná významná nevýhoda. Naopak možnost snadno oddělit pro instalaci citlivou snímací část od upevňovacího soklu určený pro montáž na zeď či jinou pevnou vertikální plochu, čímž se prakticky eliminuje možnost poškození či znečištění. Také to může později usnadnit upgrade zařízení, resp. výměnu snímače bez opětovného elektronického a mechanického zaměření. Zajímavostí je ve skeneru integrovaná elektronická vodováha, která vždy při zapnutí zařízení během startu zobrazí natočení / naklonění upevnění ve stupních ve vertikální i horizontální rovině.

Z pohledu seřizování jsem si velmi oblíbil možnost využití bezdrátové Bluetooth komunikace s mým notebookem, která byla vždy rychlá a velmi spolehlivá, přičemž jen stačí být s počítačem někde v okruhu 10 m od snímače. I když někdy upřednostňuji klasické kabelové připojení k zařízením, zde je toto řešení vysloveně pohodlné a nakonec jsem kabelovou ethernetovou komunikaci téměř využíval. Zvláště se to hodí v případech, kde je v provozu skener instalován v hůře dostupných prostorách.

Napojení komunikace s PC softwarem "Leuze Sensor Studio" je poměrně jednoduché a bezproblémové. Vše navíc jistí obrázkový manuál typu krok-za-krokem, který je dokonce společností Schmachtl CZ dodáván i v českém jazyce, což u snímačů i průmyslových komponent obecně je spíše výjimka. I samotné nastavení parametrů a detekčních prostor není vůbec složité. Dle mého názoru, trošku zkušenější uživatel se z orientuje v programu "Sensor Studio" poměrně rychle i bez studování pdf manuálu. Prakticky vše se nastavuje v záložce "Configuration", ať již jde volby počtu snímacích párů, snímacího rozsahu (úhel i vzdálenost), samotné nakreslení limitních detekčních a varovacích hranic. Záložka "Process" slouží pak slouží jen k sledování samotného provozu snímání a detekce, zatímco záložka "Diagnostic" slouží k sledování vnitřního stavu funkce skeneru. Záložka "Settings" je určena pro správu komunikace. Vytvořená konfigurace se nejen nahrává do paměti skeneru, ale také i lze zálohovat na disk PC v podobě konfiguračního souboru.

V mém případě u testovaného typu bylo možné používat duální detekční funkci s "Protective function A" (Bank A) a "Protective function B" (Bank B) zónami, přičemž u obou bylo možné přednastavit až 10 různých snímacích graficky definovaných bezpečnostních a varovacích oblastí (tzn. nastavení Bank A 1.1 až A 1.10 a Bank B 1.1 až B 1.10). Z těch je pak možné zvolit pevně z počítače ze softwaru "Sensor Studio", jaká se má pevně aktuálně používat, nebo je přepínat interaktivně za provozu binárními vstupy.

Detekce probíhá velmi spolehlivě prakticky lze detekovat jednotlivě i jakékoliv částí těla, které by mohli narušit hlídaný prostor (ruce, nohy, hlava). Pěkná je i funkce okamžitého zobrazení úhlu, kde bylo detekováno narušení prostoru, na promítací ploše snímače, což zjednodušuje možnost správné testování funkce.

Ukázka klidového stavu a porovnání nastavených hlídaných hranic (červená a zelená barva) v kontextu s konturou aktuálního nejbližšího okolí indikované černou křivkou (viz obr. vlevo). Ukázka narušení hlídaného prostoru vložením ruky (viz obr. vpravo).

Základní parametry bezpečnostního skeneru Leuze RSL 400:

Skenovaný prostor: v úhlu 0 až 270°/ ve vzdálenosti 0,2 až 8,25 m.
Rozlišení měření: úhel 0,1°, vzdálenost 5 mm.
Počet přepínatelných ochranných oblastí: 1 až 100 přednastavení.
Spolehlivě detekovatelný předmět: od velikosti 30 mm (ruka).
Bezpečnostní parametry dle EN ISO 13849:
- bezpečnostní kategorie: 3,
- úroveň Performance level: PL d.
Bezpečnostní parametry dle EN ISO 62061:
- safe Integrity Level (SIL): 2,
- pravděpodobnost poruchy (PFH_D): 0,00000015 za hodinu.
Vysílač:
- laser třída 1, vlnová délka světla 905 nm (infračervený paprsek),
- skenovací frekvence: 25 Hz (1 sken = 40 ms).
Elektrická rozhraní:
- pro komunikaci s PC: Ethernet TCP/IP 100 Mb/s, Bluetooth (do 10 metrů),
- 2x spínané bezpečností výstupy OSSD1 / OSSD2 (PNP tranzistory, max 250 mA, max. 1 kHz),
- 3x až 9x spínané indikační výstupy (PNP tranzistory).
Funkce spuštění po vyvolaném hlášení:
- Automatic start/restart - obnovení funkce hned po odstranění předmětu z hlídané oblasti,
- Start / Restart interlock - obnovení funkce až po potvrzení (odkvitování).
Napájení / spotřeba: 24 V / typ. 650 mA.
Rozměry / hmotnost: 140 x 155 x 135 mm / cca 2 kg.
Provozní teplota: 0 až 50 °C.
Pouzdro: kov + plast, krytí IP 65.

Závěr

Bezpečnostní skener RSL400 německé společnosti Leuze electronic GmbH je z celkového pohledu výborné, jednoduché a velmi užitečné zařízení, které lze využít nejen pro aplikace zabezpečení téměř libovolného prostoru proti vstupu či pohybu osob i objektů, pro které je primárně určeno, ale i pro aplikace navádění robotů či robotických zařízení manipulující s různými objekty, jako jsou paletizační systémy či samonaváděcí přepravní vozíky.

Bezpečností skenery Leuze řady ROTOSCAN, včetně dalších bezpečnostních snímačů, jednotek a komponent, v České republice již dlouhodobě prodejně, poradensky, i servisně zajišťuje společnost Schmachtl CZ s.r.o.