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使用安全激光扫描仪保护危险工业工作区域中的操作人员

关键词:激光扫描仪 工业自动化设施

时间:2022-03-30 10:25:40      来源:Digi-Key

大多数工业自动化设施都是危险的工作场所。车间中某些区域有正在运行的自动或半自动设备,并且在这类设备正在使用中时,人们进入这些区域往往会极为危险。危险区域可能包括高压发电机、工业焊接机、重型拾放机、机器人以及其他裸露的机械设备,未经授权进入可能会导致严重的人身伤害。

作者:Bill Giovino

大多数工业自动化设施都是危险的工作场所。车间中某些区域有正在运行的自动或半自动设备,并且在这类设备正在使用中时,人们进入这些区域往往会极为危险。危险区域可能包括高压发电机、工业焊接机、重型拾放机、机器人以及其他裸露的机械设备,未经授权进入可能会导致严重的人身伤害。此外,在机器不运行时,这些区域也通常需要快速便捷地进出,因此设置围栏和大门既不方便,也不切实际。地板上的彩色反光条可用来指示危险区域,但是更有效的方法是使用车间主动检测系统,如果检测到有人进入危险区域,就可以采取措施。

本文介绍了如何通过安全激光扫描仪用激光束扫描目标区域,来监控危险的工业工作区域。文中将讨论安全激光扫描仪在保证繁忙的工业设施中接近危险设备的操作人员安全方面的优势。然后,本文将介绍来自 Banner Engineering 和 IDEC 的工业激光扫描仪,说明它们如何轻松监控车间区域,以检测操作人员并采取相应安全措施,例如发出警报、降低机器速度或关闭设备。

保证危险工作区域安全

工业设施中可能存在高压设备,会对操作人员造成严重伤害。虽然可以将设备隔离或封闭在外壳中,但必须保护负责操作设备的技术人员。此外,生产设施还可能配备工业机器人设备,很容易在毫无预兆的情况下撞倒操作人员。如果机器人在自动装配线上,通常可以用围栏围起来,但如果是需操作人员值守的材料搬运和处理工作台,则可能需要让繁忙工厂车间中的任何人都能方便地接近机器人。拾放机械装置通常也要方便接触到,但不会对路过的人造成伤害;不过,仍必须保证它的安全,以防好奇的访客可能将手和手臂伸到不当之处。

在车间使用这类工业设备时,务必规划好工业设施,以确保操作人员的安全。与其在设备平面布置图定稿后再做这些安全决策,不如在设施规划的初期就做好安全准备。使用安全激光扫描仪时尤其如此。这些扫描仪使用多个聚焦激光器覆盖选定的区域,激光被反射回扫描仪上的接收器。扫描仪使用这些反射光在扫描仪的检测区域中创建车间区域的二维视线图。如果扫描区域中的激光束被中断,安全激光扫描仪可以检测到相应事件并可进行编程,以设置警告灯和警报,甚至禁用自动化设备。这样可以确保操作人员的安全,同时增加机器的正常运行时间,从而提高设施的生产率。

安全激光扫描仪必须对整个待扫描区域有清晰的视线(图 1)。如果从一开始就没有规划好安全激光扫描仪的工作区域,那么扫描区域中可能会有物体挡在光束路径上,造成扫描仪光束的盲点。更糟糕的是,扫描区域可能会有不可移动的大型障碍物,例如承重梁。如果在设计工业设施之初就考虑到安全激光扫描仪,这些障碍就可以避免。


图 1:典型的安全激光扫描仪设置包括两个警告区和一个保护区,前者在遭到入侵时发出警报,后者在遭到入侵期间将设备置于安全或非运行状态。(图片来源:IDEC)

在工作区规划之初,就应该考虑到安全激光扫描仪。技术人员可使用扫描仪自带的视觉规划软件,将扫描区域编程到扫描仪中。如图 1 所示,该区域通常设置一个或多个警告区和一个最终保护区。每个警告区域都可以使用配置软件来设置,以触发警报或提醒。对于擅自进入保护区的行为,可设置为关闭设备。

安全激光扫描仪操作

安全激光扫描仪内置检测算法,能使用可编程的激光采样率来验证入侵行为。大多数扫描仪均设置为 2x 的默认采样率,以验证检测对象——也就是说,必须连续两次检测到对象才会触发操作。多次采样可防止金属碎片或昆虫等异物误触警报。增加样本数量可减少误报,但也会增加检测时间。如果检测时间增加,则可以通过增加检测距离,以留出更多时间来发出警报,从而维持安全。

Banner Engineering 的 SX5-B 安全激光扫描仪是一款设计用于大型工业环境的坚固型安全激光扫描仪(图 2)。SX5-B 的最大安全和警告区范围分别为 5.5 m 和 40 m,它使用 M12 连接器连接至设施的有线以太网。该仪器的防护等级为 IP65,可防止灰尘和水雾入侵。激光接收器可滤除可见光,使其不受环境光干扰。SX5-B 最多可配置六个区域组——例如,五个警告区和一个保护区。


图 2:Banner Engineering 的 SX5-B 安全激光扫描仪的最大安全和警告区范围分别为 5.5 m 和 40 m。该产品可以提供 275 度视角的覆盖范围,并且不受环境光和灰尘的影响。(图片来源:Banner Engineering)

SX5-B 具有彩色 LCD 显示屏,以指示安全激光扫描仪的状态。该显示屏可以指示多达 27 种不同的状态、诊断和错误状况,包括警告或保护违规,或指示激光检测器是否需要清洁。

SX5-B 的保护视角为 275 度,可以连续扫描保护区以检测被监控区域的入侵行为。该扫描仪可以过滤掉灰尘、污垢或小碎屑造成的误报。高度为 152 mm,因此可以轻松放置在繁忙的区域中而不会干扰工厂的运行。配置软件易于使用,并允许灵活布置检测区域,包括矩形、圆形或不规则形状。这种灵活性使 SX5-B 可以仅安全地监控受关注区域,而排除不需要入侵警报的安全区域。

连接多台安全激光扫描仪

对于较大的检测区域,IDEC 提供了 SE2L-H05LPC 安全激光扫描仪(图 3)。该型号与 SX5-B 的功能大致相同,但还有一个附加优势,其能够将四台 SE2L 扫描仪连接在一起协同工作。


图 3:IDEC 的 SE2L-H05LPC 安全激光扫描仪支持 270 度保护视角和长达 5 m 的检测距离。使用 RS-485 可轻松地将四台 SE2L 扫描仪连接在一起,以便同时运作。(图片来源:IDEC)

SE2L-H05LPC 使用防水型 100Base-T 以太网连接器连接至本地网络,并使用 USB 2.0 连接从主机 PC 进行配置。或者,可以使用微型 SD 存储卡将配置数据传输到 SE2L。这样无需连接至 PC 即可将新配置非常快速高效地传输至其他 SE2L 装置。

SE2L 的高度为 95 mm,便于在小区域中安装。检测视角为 270 度,最大检测距离为 5 m。该器件可以滤除环境光,防护等级为 IP65,可防止灰尘入侵,从而具有更高的防误检能力。

为了监控较大的车间区域,最多可以将四台 SE2L 扫描仪连接在一起。一台主机 SE2L 连接到负责设备和扫描仪的主控制板或可编程逻辑控制器 (PLC)。最多可将三台 SE2L 扫描仪连接到主机扫描仪的 RS-485 端口。这三台 SE2L 扫描仪中任何一台上的警报或事件指示都会通过 RS-485 连接传送给主机扫描仪。然后,主机会将相应的动作传达给 PLC 或任何警报指示器。这使得所有四台扫描仪都可以将共用的报警和警报指示器用于各自的检测区域。这样就大幅简化了配置并减少了布线。

结语

在工业自动化设施中,确保操作人员的安全是重中之重。在设备运行时,人们进入某些区域会太过危险,但同时在设备不运行时,操作人员还需要方便地接触设备。安全激光扫描仪提供了一种简单有效的方法来监控车间中危险设备周围的区域。这样在正常操作期间,既能保证操作人员的安全,又能在需要时方便地接触到设备,从而提高生产效率。

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