پرده نوری ایمنی چیست؟ (مشخصات، انواع و حالت های کاری)

پرده نوری ایمنی یا Safety Light Curtain وسیله‌ای است که در سراسر جهان از آن برای محافظت و حفظ ایمنی پرسنل استفاده می‌شود. با آنکه این تکنولوژی بیش از ۷۰ سال پیش طراحی شده است، کاربردهای بسیاری هستند که هنوز هم شاید از توانایی‌ها و قابلیت‌های این وسایل استفاده نمی‌کنند. در این مطلب سعی کردیم توضیح بدهیم که پرده‌های نوری ایمنی می‌توانند چه تاثیری در ایمنی ماشین‌آلات شما، کنترل کارخانه و بهره‌وری داشته باشند. قابلیت‌ها و امکانات موجود را بررسی می‌کنیم.

پرده نوری به حدی رایج است که اکثر افراد به سادگی آن را یک دستگاه روشن/خاموش در نظر می‌گیرند: که فقط به عنوان پرده محافظ نصب می‌شود و فراموش می‌شود. از طرفی، گستره‌ی رو به گسترش و انعطاف‌پذیری از پرده‌های نوری ساخته شده‌اند که می‌توانند قابلیت و کارکردهایی مختلف داشته باشند و می‌توانند تاثیری کارآمد در بهره‌وری بگذارند و با شبکه‌های محلی کارخانه ادغام شوند تا بهتر از اتوماسیون در سراسر کارخانه پشتیبانی شود.

تاریخچه پرده نوری ایمنی

در سال ۱۹۵۱ میلادی، اروین سیک (موسس برند سنسورهای سیک)اول مدل چوبی پرده نوری ایمنی را در «نمایشگاه تجاری مخترعان و توسعه جدید آلمان» در مونیخ معرفی کرد. در اواخر همان سال، ثبت اختراع پرده نوری بر اساس اصل اتوکالیماتور (autocollimator) به عنوان یکی از دستاوردهای مهم فنی مطرح شد که به نوعی شروع توسعه تکنولوژی و فناوری امروزی بود: نوعی از فناوری که جان تعداد بی‌شماری از افراد را نجات داده و جلوی جراحت و آسیب توسط ماشین‌آلات خطرناک را گرفته است.

اروین سیک موسس شرکت ساخت سنسور سیک SICK

از آن زمان تاکنون، توسعه سخت‌افزاری و نرم‌افزاری، انعطاف‌پذیری و استفاده از پرده‌های نوری ایمنی را دگرگون کرده است. ویژگی‌های کلیدی پرده‌های نوری چندان تغییری نکرده‌اند اما پتانسیل آن‌ها شاید هنوز کاملا محقق نشده است.

مشخصات فنی پرده نوری ایمنی

واقعا چیزی به اسم «منو» یا فهرست پرده‌های نوری وجود ندارد چون تمام تولیدکنندگان، مجموعه‌های خود را عرضه می‌کنند که شامل ابعاد، اشکال و رزولوشن‌های متفاوت می‌شود.

از طرفی، یکی از موارد ابتدایی هر کاربرد ایمنی، همیشه خطری است که می‌خواهید در برابر آن محافظت ایجاد کنید و فضایی که در آن قرار دارد.

در حال حاضر، سند EN ISO 13855 استاندارد جامع برای موقعیت‌دهی سیستم‌های پرتوئی نور ایمنی است و می‌تواند در تعیین اینکه کدام یک از خصیصه‌های فیزیکی باید در نظر گرفته شود کمک کند و در این بخش سعی کرده‌ایم مشخصات فنی اصلی که باید در نظر بگیرید را توضیح دهیم. از طرفی، ویژگی‌های بیشتری هم مثل درجه‌بندی IP، میزان مصرف جریان، نشانگری‌های بصری و … هم وجود دارند که اینجا به آن‌ها پرداخته نشده است.

محدوده اسکن شونده

محدوده اسکن، حداکثر فاصله بین فرستنده و گیرنده است!

در مورد دستگاه های اکتیو / پسیو، به فاصله بین بخش اکتیو و بخش پسیو، محدوده اسکن شونده (scanning range) گفته می‌شود.

محصولات یا محدوده اسکن ثابت دارند یا محدوده اسکن قابل انتخاب (مثلا پایین/بالا) یا محدوده اسکن با قابلیت تنظیم خودکار دارند (در هنگام استارتاپ، حساسیت بر اساس فاصله بین فرستنده و گیرنده تنظیم می‌شود).

انتخاب محدوده درست، تضمین می‌کند که سیستم‌های پرتوئی نوری ایمنی بهتر از همه برای کاربرد مناسب است، به طور مثال اگر از یک دستگاه دارای محدوده طولانی، توان بالا در فاصله‌ای کوتاه استفاده شود، بازتاب‌ها از سطح نزدیک شاید باعث شود که این نصب، غیر ایمن شود. از طرف دیگر، دستگاه برد طولانی شاید برای محافظت از سطوح بزرگ که نیازمند پرتوی بالا هستند مورد نیاز باشد.

ارتفاع میدان محافظتی

ارتفاع یک سیستم پرتو نور ایمنی باید بر اساس خطر انتخاب شود. به طور مثال اگر یک پرده نوری قرار است در برابر «محافظت پوینت» (Point Protection) محافظت ایجاد کند، در این حالت پرده نوری باید کل دستگاه را پوشش دهد. از طرفی، اگر دستگاه ایمنی برای محافظت دسترسی (Access Protection) است، پس باید از ارتفاعات متفاوت، بر اساس تعداد پرتوهای مورد نیاز و ارتفاع از زمین به علاوه فرا رفتن احتمالی (reach over) استفاده شود.

رزولوشن پرده نوری همچنین می‌تواند روی موقعیت نصب (به نسبت خطر) تاثیرگذار باشد. اصطلاحات «محافظت انگشت» و «محافظت دست» معمولا استفاده می‌شوند و به رزولوشن‌های ۱۴mm و ۳۰mm اشاره دارند. از طرفی، پرده‌های نوری و سیستم‌های چند پرتو شاید رزولوشن‌هایی متفاوت یا جداسازی پرتو (مثلا ۲۰mm – ۴۰mm – ۲۰۰mm و غیره) داشته باشند. هر چقدر رزولوشن بالاتر باشد، توانایی شناسایی پرده نوری بهتر خواهد بود و در نتیجه دستگاه می‌تواند نزدیک‌تر به خطر نصب شود (مثلا پرده نوری ۱۴mm می‌تواند نزدیک‌تر از پرده نوری ۳۰mm نصب شود). EN ISO 13855 شامل محاسبات بسیار متفاوتی برای فواصل نصب است و رزولوشن ممکن است تاثیری بزرگ داشته باشد اما معادله ساده به شکل زیر است:

• S فاصله دستگاه از خطر بر حسب میلی متر است
• K پارامتری بر حسب میلیمتر بر ثانیه بر اساس سرعت تقرب بدن یا قسمت هایی از آن است
• T زمان توقف/خاموش شدن سیستم کلی است
• C یک مکمل بر حسب میلی متر بر اساس تعدادی از عوامل است

این استاندارد همچنین موارد بیشتری مثل جهت نزدیک شدن، ریچ‌اور احتمالی و … را شامل می‌شود. برای فواصل بزرگ‌تر و محافظت دسترسی، یک جداسازی پرتوی ۴۰mm معمولا کافی است اما برای شناسایی حضور، شاید نیاز به دستگاه‌های بیشتری باشد، اگر ماشین بتواند وقتی که یک نفر پشت پرده نوری ایمنی یا چندین دستگاه ایمنی پرتوی نوری است، ریست شود.

برای اینکه این نکات در نظر گرفته شود، نیاز است که یک ارزیابی بسیار دقیق و مفصل بر اساس استاندارد جامع EN ISO 12100 انجام پذیرد. پرده‌های نوری با رزولوشن بالاتر معمولا گران‌تر از رزولوشن پایین‌تر هستند اما استفاده از رزولوشن پایین‌تر یعنی فاصله بین پرده نوری ایمنی و خطر باید افزایش پیدا کند، که این شاید عملی نباشد یا در سطح کارخانه ممکن نباشد.

انواع

موقع انتخاب یک دستگاه ایمنی برای یک کاربرد، می‌توان از استاندارد جامع EN ISO 13849 یا IEC 62061 برای طراحی بخش‌های مرتبط با ایمنی سیستم کنترل (SRP/CS) استفاده کرد. بر اساس تعریف قابلیت ایمنی (به راه اندازی یک توقف، با استفاده از یک پرده نوری ایمنی) این مهم است که بر اساس ریسک، تعیین شود که چه سطح عملکرد (PL) یا سطح یکپارچگی ایمنی (SIL) باید SRP/CS مرتبط محقق کند. در اینجا به جزییات ایمنی کارکردی نمی‌پردازیم اما برای تجهیزات محافظتی حساس به الکتریسیته، سیستم‌های پرتوی نوری ایمنی بر اساس IEC 61496، مستقیما مرتبط با این هستند که چه PL/SILـی، قابل دستیابی است. شکل زیر، روابط را نشان می‌دهد:

در نتیجه اگر PLe/SIL3 مورد نیاز است، به طور مثال برای محافظت پرس‌های پاور، دستگاه نوع ۴ مورد نیاز است.

سیستم‌های اکتیو/پسیو پرده نوری ایمنی

برای صرفه‌جویی در سیم‌کشی و کاهش هزینه‌ها در کاربردهای محافظت دسترسی، می‌توان از سیستم‌های اکتیو پسیو استفاده کرد. یک سیستم اکتیو/پسیو از دو دستگاه تشکیل شده است. یک دستگاه، هر دو المان انتشار و دریافتی را شامل می‌شود و دیگر دستگاه شامل مواردی مثل آینه‌ها می‌شود که برای انکسار پرتوها و برگشت به سمت گیرنده‌ها استفاده می‌شود.

آینه‌ها قدرت پرتوی نوری را کاهش می‌دهند و در نتیجه سیستم‌های اکتیو/پسیو معمولا فاصله کمتری نسبت به سیستم‌های فرستنده/گیرنده دارند.

قابلیت‌های ESPE سیستم‌های پرتو نوری ایمنی

ساده‌ترین قابلیت پرده نوری زمانی است که پرتوهای نوری، مسدود شوند و خروجی‌ها خاموش شوند، که همراه با خطر پیش آمده، یک سیگنال توقف را ارائه می‌دهند.

اگر هیچ اتفاقی نیفتاده باشد و سطح ایمن باشد، یک ریست می‌تواند انجام شود. سبک استاپ/استارت عملیات ایمن می‌تواند جریان کارخانه را دچار وقفه کند و بهره‌وری را کاهش دهد و در نتیجه پرده نوری در نیم‌قرن گذشته دچار تحولاتی شده و می‌تواند چندین قابلیت را انجام دهد، همچون ریست داخلی، نظارت بر دستگاه خارجی (EDM)، کدینگ پرتو، میوتینگ (بی صدا کردن)، بلنکینگ (جاخالی کردن)، شناسایی الگو و رمزنگاری پرتو.

ریستارت اینترلاک

دو حالت اصلی اینترلاک که می‌توانند تنظیم شوند، یکی اتوماتیک است: دستگاه سوییچینگ ایمنی خروجی (OSSD) وقتی که پرتوها رها هستند، بالا می‌رود. و دیگری دستی: OSSD بالا می‌رود که پرتوها رها هستند و سپس دکمه ریست زده می‌شود.

این مهم است که یک ریستارت اتوماتیک در موردی خاص استفاده شود، زمانی که این امکان وجود ندارد که بدون شناسایی شدن، پشت پرده نوری ایستاد (مثلا پرس کوچک تنها با دسترسی بازو)، نیازمندی‌های بیشتر هم شاید مورد نیاز باشد.

می‌توان یک ریست دستی را انجام داد، با استفاده از یک رله ایمنی اکسترنال، PLC ایمنی یا به شکل داخلی، اگر سیستم‌های پرتوی نوری ایمنی این قابلیت را داشته باشند. قبل از رله‌های/PLC ایمنی، ریست با استفاده از منطق رله انجام می‌شد.

نظارت دستگاه داخلی (EDM)

سطح عملکرد ایمنی برای یک تابع ایمنی می‌تواند افزایش پیدا کند، اگر تشخیص خطا، پیاده‌سازی شود. استاندارد جامع EN ISO 13849، که برای محاسبه سطح عملکرد SRP/CS استفاده می‌شود، اصطلاح پوشش عیب‌یابی (DC) را توصیف می‌کند که این قابلیت را اندازه‌گیری می‌کند.

این یک معیار است که چه تعداد خرابی‌های خطرناک شناسایی می‌شوند. یک روش، فهرست شده در این استانداردها، که به شدت در صنعت رایج است، پوشش عیب‌یابی ۹۹ درصدی دارد (می‌تواند ۹۹ درصد از خرابی‌های خطرناک را شناسایی کند) و به آن نظارت دستگاه داخلی (EDM) یا check back گفته می‌شود.

این قابلیت نظارتی، وسیله‌ای است که یک دستگاه ایمنی به کمک آن، به شکل فعالانه روی وضعیت دستگاه‌های اکسترنالی که کنترل می‌کند، نظارت می‌کند، همچون المان‌های کنترل اولیه ماشین (MPCEها)، کنتاکتورها یا رله‌ها. این مورد نیاز است چون دستگاه‌های اکسترنال معمولا خود، عیب‌یابی ندارند.

اگر یک وضعیت ناامن در دستگاه اکسترنال شناسایی شود، دستگاه ایمنی ممکن است قفل شود. این کار با نظارت بر کانال‌های مکمل دستگاه‌های اکسترنال انجام می‌پذیرد که به شکل فیزیکی، داخلی وصل هستند. اگر خروجی‌های یک دستگاه ایمنی بالا برود، سیگنال EDM برگشتی از دستگاه‌های سوییچینگ نهایی باید کم شود، اگر سیستم در وضعیت ایمن است. در غیر این صورت، یک خطا وجود دارد. برای پیاده‌سازی در یک رله ایمنی و مستقیما در پرده نوری ایمنی،

بلنکینگ (جاخالی کردن)

در برخی کاربردها، شاید مطلوب باشد که به برخی اشیا اجازه بدهیم که وارد میدان نوری شوند، بدون آنکه سیگنال مسدود شدن حوزه شناسایی صادر شود.

به طور مثال، موقع استفاده از میز یا رک پشتیبانی مورد نیاز برای تغذیه ماشین با یک قطعه کاری سنگین، قابلیت بلنکینگ می‌تواند به کار گرفته شود تا ظرفیت شناسایی پرده نوری را اصلاح کرده و در جریان کاری وقفه ایجاد نکند. بلنکینگ می‌تواند ثابت باشد یا شناور باشد تا موقعیتی متغیر برای جسم فراهم کند.

فعالسازی گذردهی متریال – میوتینگ

در بسیاری از کاربردهای سیستم‌های پرتوی نوری ایمنی، دستگاه ایمنی باید اجازه بدهد اشیا عبور کنند، و همزمان به حضور افراد واکنش نشان دهد.

این در خطوط تسمه نقاله مهم است، جایی که محصولات و کالاها از یک ناحیه تولید به ناحیه‌ی دیگری می‌روند یا در عملیات اتوماتیک انبارها، جایی که پرسنل در روی هم قرار دادن و روی قفسه گذاشتن، فعالیتی ندارند.
می‌توان از سنسورها برای شناسایی جسم (همچون بدنه ماشین) استفاده کرد و بر اساس شکل و ابعاد، اجازه ورود به یک ناحیه خطر را بدهد، و همزمان حضور یک فرد را تشخیص بدهد. این اتوماتیک است و به آن میوتینگ (muting) گفته می‌شود. دو روش رایج میوتینگ، کراس بیم (cross beam) و چهار سنسور است.

از طرفی، روش‌های متنوعی برای میوتینگ وجود دارد، همچون استفاده از فتوسل‌ها، حلقه‌ها یا لوپ‌های القایی زمین، استفاده از اسکنرهای لیزری ایمنی، میوتینگ جزئی (بلنینگ جزئی) و غیره.

مشخصات فنی IEC/TS 62046 می‌تواند در کاربرد دستگاه‌های محافظت برای شناسایی افراد کمک کند. مهم است که متوجه باشیم که میوتینگ مشابه بایپس (bypass) نیست، میوتینگ اتوماتیک است ولی بایپس یک حالت یا mode است که توسط اپراتور انتخاب می‌شود، زمانی که دیگر معیارهای محافظت (مثل دستگاه فعال‌ساز) دستی هستند.

یک اصطلاح مرتبط با میوتینگ override است، که یک فعال‌سازی دستی میوتینگ بعد از یک خطا در شرایط میوتینگ است. این کار برای پاک کردن سیستم مورد نیاز است، به طور مثال، وقتی که یک پالت در پرده نوری ایمنی گیر می‌کند، که باعث توقف تسمه (کانوایر) شده و تسمه موقتا نیازمند برق است تا پالت را بردارد.

فعال‌سازی گذردهی متریال – تشخیص الگو

برخی از انواع پرده‌های نوری ایمنی می‌توانند الگوریتم‌هایی پیچیده روی پرتوهای منفرد انجام دهند. این یعنی نه تنها می‌تواند تشخیص بدهد که آیا پرتوها مسدود شده‌اند یا نه، بلکه می‌تواند تشخیص بدهد که کدام پرتوها و در کدام توالی هستند.

پرده نوری ایمنی می‌تواند به شکل ایمن، الگوها، اشیا و جهت را تشخیص بدهد، ایمنی را حفظ کند و همزمان اجازه بدهد الگوهای شناخته شده به ناحیه شناسایی پرده نوری وارد شده و از آن خارج شود. علاوه بر این، نیازمند هیچ سنسور یا کنترل بیشتری نیست. این قابلیت قدرتمند می‌تواند به شکل قابل توجهی دسترس‌پذیری و ایمنی را افزایش بدهد و همزمان به متریال اجازه عبور بدهد.

بیم کُدینگ

از آنجایی که سیستم‌های چند پرتویی، روی فرکانس نوری مشابه در طیف فروسرخ کار می‌کنند، اگر چندین پرده نوری ایمنی در مجاورت نزدیک استفاده شود، ممکن است بین سیستم‌ها تداخل امواج رخ بدهد.

برای حل این مساله، پرده‌های نوری ایمنی حالت بیم کدینگ (beam coding) را ارائه می‌کنند، تا یک گیرنده بتواند پرتوها را از یک گیرنده مشخص تشخیص بدهد و توسط دیگر دستگاه‌ها در مجاورت نزدیک تحت تاثیر قرار نگیرد. اما وقتی بیم کدینگ فعال می‌شود، شاید زمان پاسخ را تحت تاثیر قرار دهد و/یا روی بُرد پرده نوری ایمنی تاثیر بگذارد و باید در نظر گرفته شود، چون می‌تواند روی فاصله نصب تاثیرگذار باشد.

خلاصه: پرده‌ نوری ایمنی  و دستگاه‌های ایمنی چند پرتوی نوری چه دستگاه‌هایی هستند؟

امروزه دستگاه‌های ایمنی، بسیار مناسب‌تر برای نیازهای تولیدی طراحی شده‌اند و توانایی بازه‌ی گسترده‌ای از فعالیت‌های دستی و اتوماتیک را دارند، فعالیت‌هایی که تضمین می‌کنند سیستم‌های پرتوی نوری ایمنی، به ایمنی و بهره‌وری کمک می‌کنند، نه به کاهش بهره‌وری.

از طرفی، مهم است که بدانید چه قابلیت‌ها و توانایی‌ها در یک پرده نوری ایمنی وجود دارد و همچنین اینکه آیا یک کاربرد، به آن‌ها نیاز دارد یا نه؟

سیستم‌های پرتوی نور ایمنی. بکارگیری یک محصول ایمنی، همیشه به این سادگی نیست که آن را جلوی یک اکسس‌پوینت (access point) نصب کنید و بعد دیگر هیچ کار خاصی نیاز نباشد.