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Utilizzare gli scanner laser di sicurezza per proteggere gli operatori in aree di lavoro industriali pericolose

Di Bill Giovino

Contributo di Editori nordamericani di Digi-Key

Nella stragrande maggioranza dei casi, gli impianti di automazione industriale sono luoghi di lavoro pericolosi. Vi sono aree in cui sono in funzione apparecchiature automatiche o semiautomatiche e spesso, mentre queste sono in uso, le aree sono estremamente pericolose per l'uomo. Le aree pericolose possono includere apparecchiature come generatori ad alta tensione, saldatrici industriali, macchine per la saldatura industriale, macchine per il pick-and-place per impieghi gravosi, robot e altri macchinari ove l'accesso non autorizzato può provocare gravi infortuni. Spesso queste aree richiedono anche un accesso rapido e agevole quando i macchinari non sono operativi, e ciò rende recinzioni e cancelli ingombranti o poco pratici. Le strisce riflettenti colorate a terra sono utili per indicare una zona pericolosa, ma un mezzo più efficace sarebbe un sistema di rilevamento attivo che potrebbe intervenire se un operatore dovesse entrare nella zona pericolosa.

Questo articolo spiega come si possono utilizzare gli scanner laser di sicurezza per monitorare le aree di lavoro industriali pericolose scansionando l'area d'interesse con i raggi laser. Esamina i vantaggi degli scanner laser di sicurezza in strutture industriali molto trafficate, garantendo al contempo la sicurezza degli operatori quando si avvicinano ad apparecchiature pericolose. Mostra quindi come gli scanner laser industriali di Banner Engineering e IDEC possono monitorare facilmente un'area della fabbrica per rilevare la presenza di operatori e adottare misure di sicurezza come un allarme, rallentare la macchina o spegnere l'apparecchiatura.

La sicurezza nelle aree di lavoro pericolose

Negli impianti industriali possono essere presenti apparecchiature ad alta tensione in grado di arrecare gravi lesioni agli operatori. Sebbene un'apparecchiatura possa essere isolata o chiusa in una gabbia, i tecnici incaricati del suo funzionamento devono essere protetti. Gli impianti di produzione possono anche contenere attrezzature robotiche industriali che possono facilmente infortunare un operatore senza preavviso. Un robot su una linea di assemblaggio automatizzata di solito può essere recintato ma se si tratta di una postazione di lavoro sorvegliata dall'operatore per la movimentazione e la lavorazione dei materiali, potrebbe essere necessario far sì che rimanga accessibile a chiunque. Anche i macchinari per il pick-and-place di solito sono accessibili ma al sicuro dagli operatori circostanti, tuttavia devono essere tenuti al sicuro dai curiosi in visita alla fabbrica che potrebbero voler infilare mani e braccia dove non dovrebbero.

Quando si progetta un impianto industriale con questo tipo di attrezzature industriali è importante garantire la sicurezza degli operatori. Anziché prendere queste decisioni di sicurezza quando la planimetria delle attrezzature è già stata definita, è meglio fare i preparativi durante le fasi di pianificazione iniziali. Ciò è particolarmente vero quando si utilizzano gli scanner laser di sicurezza. Questi scanner inondano un'area selezionata con i laser a focalizzazione multipla e la luce laser viene riflessa ai ricevitori dello scanner. Lo scanner utilizza questa luce riflessa per creare una mappa bidimensionale dell'area entro la regione di rilevamento dello scanner. Se un raggio laser nell'area scansionata viene interrotto, lo scanner laser di sicurezza può rilevare l'evento e, se è stato programmato in tal senso, fa scattare le luci di allarme e gli allarmi acustici o anche disabilita le apparecchiature automatiche. In questo modo gli operatori sono al sicuro, ma al tempo stesso i tempi di attività della macchina aumentano e la produttività dell'impianto migliora.

L'intera area da scansionare deve avere una linea di vista chiara verso lo scanner laser di sicurezza (Figura 1). Se l'area di lavoro non è pianificata per uno scanner laser di sicurezza fin dall'inizio, l'area scansionata potrebbe contenere oggetti nel percorso del raggio, creando angoli ciechi per i raggi dello scanner. Peggio ancora, l'area scansionata potrebbe contenere ostruzioni immobili come una colonna portante. Questi ostacoli possono essere evitati se l'impianto industriale è progettato fin dall'inizio per la presenza degli scanner laser di sicurezza.

Schema della tipica configurazione di uno scanner laser di sicurezzaFigura 1: Una tipica configurazione di uno scanner laser di sicurezza è costituita da due zone di avviso che emettono allarmi durante un'intrusione e una zona di protezione che mette l'apparecchiatura in condizioni di sicurezza o non operative durante un'intrusione. (Immagine per gentile concessione di IDEC)

L'area di lavoro dovrebbe essere predisposta fin dall'inizio per la presenza di uno scanner laser di sicurezza. Un tecnico programma le zone di scansione nello scanner utilizzando il software di pianificazione visiva fornito con lo scanner. Come si vede nella Figura 1, l'area è solitamente programmata con una o più zone di allarme e una zona di protezione finale. Ogni zona di allarme può essere impostata utilizzando il software di configurazione per l'intervento di un allarme o un avviso. Lo sconfinamento nella zona di protezione può essere impostato in modo che disattivi l'apparecchiatura.

Funzionamento di uno scanner laser di sicurezza

Gli scanner laser di sicurezza incorporano un algoritmo di rilevamento che utilizza una frequenza di campionamento laser programmabile per verificare le intrusioni. La maggior parte degli scanner è impostata a una frequenza di campionamento doppia per la verifica di un oggetto, nel senso che l'oggetto deve essere rilevato due volte di seguito per innescare un'azione. Il campionamento multiplo impedisce che particelle estranee come schegge di metallo o insetti inneschino un falso allarme. L'aumentare del numero di campioni diminuisce i falsi positivi ma aumenta anche il tempo di rilevamento. Se si aumenta il tempo di rilevamento, si può comunque garantire la sicurezza aumentando la distanza di rilevamento, dando più tempo alla generazione di un allarme.

Un robusto scanner laser di sicurezza progettato per grandi ambienti industriali è il modello SX5-B di Banner Engineering (Figura 2). SX5-B ha un raggio massimo di 5,5 m e 40 m rispettivamente per le zone di sicurezza e di allarme e si collega alla rete Ethernet cablata della struttura tramite un connettore M12. Ha un grado di protezione IP65 che lo rende immune a polvere e spruzzi d'acqua. I recettori laser filtrano la luce visibile, rendendola immune alle interferenze della luce ambiente. SX5-B può essere configurato per un massimo di sei gruppi di zone, ad esempio cinque zone di allarme e una zona di protezione.

Immagine dello scanner laser di sicurezza SX5-B di Banner EngineeringFigura 2: Lo scanner laser di sicurezza SX5-B di Banner Engineering ha un raggio massimo di 5,5 m e 40 m rispettivamente per le zone di sicurezza e di allarme. Può fornire una copertura a 275 gradi ed è immune alla luce ambiente e alla polvere. (Immagine per gentile concessione di Banner Engineering)

SX5-B ha un display LCD a colori per indicare lo stato dello scanner laser di sicurezza. Il display può indicare fino a 27 condizioni di stato, diagnostiche e di errore, compresa una violazione di un avviso o di una protezione oppure indicare se è necessario pulire i rilevatori laser.

SX5-B ha un campo di protezione di 275 gradi ed è in grado di scansionare continuamente l'area di protezione alla ricerca di intrusioni nell'area monitorata. Lo scanner può filtrare i falsi positivi da polvere, sporcizia o piccoli detriti. L'altezza di 152 mm ne semplifica il posizionamento in un'area trafficata senza interferire con le normali operazioni della fabbrica. Il software di configurazione è facile da usare e consente di allestire aree di rilevamento flessibili, anche di forma rettangolare, circolare o irregolare. Questa flessibilità consente allo scanner SX5-B di monitorare in sicurezza solo l'area di interesse, escludendo le aree sicure in cui non è necessario un allarme per intrusione.

Collegamento di più scanner laser di sicurezza

Per grandi aree di rilevamento IDEC offre lo scanner laser di sicurezza SE2L-H05LPC (Figura 3). Ha molte delle stesse caratteristiche del modello SX5-B con l'ulteriore vantaggio di poter collegare quattro scanner SE2L per il funzionamento concomitante.

Immagine dello scanner laser di sicurezza SE2L-H05LPC di IDECFigura 3: Lo scanner laser di sicurezza SE2L-H05LPC di IDEC supporta un campo di protezione a 270 gradi fino a 5 m. Si possono collegare facilmente tra loro fino a quattro scanner SE2L utilizzando RS-485 per il funzionamento simultaneo. (Immagine per gentile concessione di IDEC)

SE2L-H05LPC si collega alla rete locale mediante un connettore Ethernet 100Base-T impermeabile e viene configurato da un PC host con una connessione USB 2.0. In alternativa, i dati di configurazione possono essere trasferiti a SE2L con una scheda di memoria Micro SD. Questo velocizza il trasferimento di una nuova configurazione ad un'altra unità SE2L, non dovendo collegarla a un PC.

SE2L è alto 95 mm ed è quindi facile da montare in piccole aree. L'angolo di rilevamento è di 270 gradi con un campo di rilevamento massimo di 5 m. Può filtrare la luce ambiente, ha un grado di protezione IP65 contro le infiltrazioni di polvere ed è più resistente agli eventi di falso rilevamento.

Per il monitoraggio di grandi superfici è possibile collegare fino a quattro scanner SE2L. Un host SE2L è collegato alla scheda di controllo principale o al controller a logica programmabile (PLC) responsabile delle apparecchiature e degli scanner. La porta RS-485 dello scanner host accetta fino a tre altri scanner SE2L. Un'indicazione di allarme o di evento su uno qualsiasi di questi tre scanner SE2L viene comunicata allo scanner host tramite la connessione RS-485. L'host comunica quindi l'azione appropriata al PLC o a uno qualsiasi degli indicatori di allarme. Ciò consente a tutti e quattro gli scanner di condividere indicatori di allarme e di avviso per le loro singole aree di rilevamento, semplificando notevolmente la configurazione e riducendo il cablaggio.

Conclusione

Mantenere gli operatori al sicuro è una priorità assoluta negli impianti di automazione industriale. Alcune aree sono troppo pericolose per l'accesso da parte degli operatori mentre un'apparecchiatura è in funzione ma al tempo stesso gli operatori hanno bisogno di accedere facilmente alle apparecchiature quando queste non sono operative. Gli scanner laser di sicurezza sono un mezzo semplice ed efficace per monitorare l'area di una fabbrica attorno alle apparecchiature pericolose. Questo aumenta la produttività, mantenendo gli operatori al sicuro e dando al tempo stesso facile accesso all'apparecchiatura quando necessario durante il normale funzionamento.

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Informazioni su questo autore

Bill Giovino

Bill Giovino è un ingegnere elettronico con un BSEE ottenuto a Syracuse University, ed è uno dei pochi ad essere passati con successo da progettista, a ingegnere delle applicazioni sul campo, al marketing tecnologico.

Da oltre 25 anni, Bill promuove le nuove tecnologie per un pubblico tecnico e non tecnico a nome di molte aziende, tra cui STMicroelectronics, Intel e Maxim Integrated. In STMicroelectronics, Bill ha contribuito a guidare i primi successi dell'azienda nel settore dei microcontroller. Con Infineon, Bill ha orchestrato i primi successi di progettazione di microcontroller dell'azienda nel settore automotive statunitense. In qualità di consulente di marketing per la sua società CPU Technologies, Bill ha aiutato molte aziende a trasformare prodotti di secondo grado in storie di successo.

Bill è stato uno dei primi ad adottare l'Internet delle cose, compresa l'integrazione del primo stack TCP/IP completo su un microcontroller. Bill è fedele al motto "Le vendite guidate dall'educazione" e tiene molto alla crescente importanza di comunicazioni chiare e ben scritte nella promozione di prodotti online. È moderatore del famoso gruppo Sales & Marketing di LinkedIn Semiconductor e parla correntemente di B2E.

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