เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยขนาดเล็กสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการป้องกันและผลผลิตสูงสุดได้อย่างไร

ความซับซ้อนที่เพิ่มมากขึ้นของโรงงานอุตสาหกรรม 4.0 และระบบอัตโนมัติด้านโลจิสติกส์ต้องใช้แนวทางใหม่ในการออกแบบระบบที่เพิ่มความปลอดภัยและผลผลิตสูงสุดในเวลาเดียวกัน

ลักษณะที่ยืดหยุ่นของการดำเนินงานในอุตสาหกรรม 4.0 หมายความว่าตำแหน่งและขอบเขตของการดำเนินงานที่เป็นอันตรายอาจเปลี่ยนแปลงได้เป็นครั้งคราว และระบบความปลอดภัยจะต้องปรับตัวอย่างรวดเร็ว ระบบความปลอดภัยที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ โปรแกรมได้ และมีความยืดหยุ่นเป็นสิ่งที่จำเป็น

ความสามารถในการกำหนดพื้นที่เตือนภัยเพื่อแจ้งเตือนพนักงานที่กำลังเข้าใกล้พื้นที่อันตรายก่อนที่จะเข้ามาใกล้เกินไป ถือเป็นข้อได้เปรียบอย่างมาก ช่วยป้องกันคนงานไม่ให้เข้าไปในพื้นที่อันตรายโดยไม่ได้ตั้งใจ การสะดุดอุปกรณ์นิรภัย และไม่ทำให้เครื่องจักรหยุดทำงาน ซึ่งช่วยเพิ่มเวลาการทำงานและประสิทธิผลการทำงาน

บทความนี้เริ่มต้นด้วยการทบทวนมาตรฐานสากลสำหรับแผ่นปูพื้นนิรภัยและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยแบบคร่าวๆ จากนั้นจึงจะเปรียบเทียบข้อควรพิจารณาในการใช้งานแผ่นปูพื้นนิรภัยและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย โดยพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น การทำงานแบบสัมผัสและไม่สัมผัส การป้องกันสนามเตือน และสามารถปรับเปลี่ยนได้

บทความปิดท้ายด้วยการนำเสนอตัวอย่างเครื่องสแกนเลเซอร์เพื่อความปลอดภัยขนาดเล็กจาก SICK และวิธีที่อุปกรณ์เหล่านี้ตอบสนองความต้องการของการใช้งานในหลากหลายรูปแบบ พร้อมทั้งตัวเลือกการติดตั้งและการตั้งค่า รวมถึงวิธีการเปลี่ยนอุปกรณ์ได้อย่างง่ายดายในกรณีที่เกิดความเสียหาย

มาตรฐานประสิทธิภาพความปลอดภัยที่สำคัญ ได้แก่ คณะกรรมการอิเล็กโทรเทคนิคระหว่างประเทศ (IEC) 61508 “ความปลอดภัยในการทำงานของระบบไฟฟ้า/อิเล็กทรอนิกส์/ระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ (E/E/PE หรือ E/E/PES)” องค์กรมาตรฐานระหว่างประเทศ (ISO) 13849 “ความปลอดภัยของเครื่องจักร — ส่วนที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของระบบควบคุม” และ IEC 61496 “ความปลอดภัยของเครื่องจักร — อุปกรณ์ป้องกันที่ไวต่อไฟฟ้า”

แผ่นปูพื้นนิรภัยและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยเป็นไปตามมาตรฐานต่างๆ เหล่านี้ ตัวอย่างเช่น IEC 61508 กำหนดระดับความสมบูรณ์ของความปลอดภัย (SIL) ชุดหนึ่ง เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยเป็นไปตามข้อกำหนด SIL 2 เช่นเดียวกับแผ่นรองนิรภัยบางแผ่นแต่ไม่ใช่ทั้งหมด แผ่นปูพื้นนิรภัยบางรุ่นสามารถรองรับมาตรฐาน SIL 1 เท่านั้น ซึ่งมีความเข้มงวดน้อยกว่ามาตรฐาน SIL 2 ถึงหนึ่งระดับ

อุปกรณ์ด้านความปลอดภัย SIL 1 มีวัตถุประสงค์เพื่อใช้ในแอปพลิเคชันที่มีความเสี่ยงต่ำ ซึ่งผลที่ตามมาจากความล้มเหลวไม่รุนแรง เช่น การป้องกันเครื่องจักรพื้นฐาน กระบวนการที่ไม่สำคัญ และสัญญาณเตือนแบบง่าย อุปกรณ์ด้านความปลอดภัย SIL 2 ได้รับการออกแบบมาเพื่อบรรเทาความเสี่ยงที่อาจส่งผลให้เกิดการบาดเจ็บสาหัสหรือความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมีนัยสำคัญแต่ไม่จำเป็นต้องเป็นเหตุการณ์เลวร้ายเสมอไป

ISO 13849 กำหนดระดับประสิทธิภาพ (PL) โดยใช้แนวคิดที่คล้ายกับ SIL โดยทั่วไปแล้วแผ่นปูพื้นนิรภัยจะต้องได้รับการรับรอง PLc ในขณะที่เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยจะต้องได้รับการรับรอง PLd ที่เข้มงวดกว่า การติดตั้งแผ่นปูพื้นนิรภัยบางประเภทยังสามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของ PLd ได้ด้วย

หากต้องการรับการรับรอง เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยจะต้องเป็นไปตามมาตรฐาน SIL 2, PLd และ IEC 61496-3 โดยครอบคลุมถึงอุปกรณ์ป้องกันออปโตอิเล็กทรอนิกส์แบบแอคทีฟที่ตอบสนองต่อการสะท้อนแบบกระจาย (AOPDDR หรือเครื่องสแกนเลเซอร์) โดยเฉพาะ ผลกระทบของการรับรองความปลอดภัยต่างๆ สำหรับแผ่นปูพื้นนิรภัยและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยนั้นสำคัญ แต่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นในการเพิ่มการปกป้องและประสิทธิผลสูงสุด

สิ่งที่ต้องพิจารณามากขึ้น

แผ่นปูพื้นนิรภัยและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยที่ได้รับการระบุอย่างถูกต้องสามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านความปลอดภัยของ IEC และ ISO ได้ แต่ยังไม่จบแค่นั้น ยังมีเรื่องอื่น ๆ ที่ต้องพิจารณาเพิ่มเติมในระบบโรงงานอุตสาหกรรม 4.0 และแอปพลิเคชันระบบอัตโนมัติด้านโลจิสติกส์

แผ่นปูพื้นนิรภัยประกอบด้วยสวิตช์เชิงกล เมื่อมีน้ำหนัก เช่น คนที่เหยียบแผ่นรอง ทำให้ปิดสวิตช์หนึ่งหรือมากกว่านั้น ระบบจะส่งสัญญาณไปยังตัวควบคุมแผ่นปูพื้นเพื่อหยุดการทำงานของระบบที่ได้รับการป้องกัน

ลักษณะเชิงกลของแผ่นปูพื้นนิรภัยอาจทำให้เกิดความกังวลได้ ประการแรก เพื่อให้แผ่นปูพื้นนิรภัยทำงานได้ ต้องมีการสัมผัสโดยตรงกับบุคคลที่เดินบนเสื่อ ประการที่สอง แผ่นปูพื้นนิรภัยอาจเกิดการสึกหรอและฉีกขาด (บางครั้งก็เกิดขึ้นจริงๆ) ผู้คนอาจทำเครื่องมือหนัก และ/หรือ คมตกลงบนแผ่นปูพื้น ทำให้แผ่นปูพื้นนิรภัยเสียหาย (รูปที่ 1) หรือรถยกอาจขับข้ามพรมจนได้รับความเสียหาย ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การรั่วไหลของวัสดุที่กัดกร่อน อาจส่งผลต่อแผ่นปูพื้นนิรภัยได้เช่นกัน

รูปที่ 1: การใช้งานแผ่นปูพื้นนิรภัยต้องมีการสัมผัสทางกายภาพ และอาจได้รับอันตรายจากอุบัติเหตุและสิ่งแวดล้อม (แหล่งที่มาของภาพ : SICK)

การปรับเปลี่ยน

แผ่นปูพื้นนิรภัยเป็นการติดตั้งแบบตายตัวและไม่สามารถปรับได้ มีขนาดและรูปแบบของแผ่นที่แตกต่างกันสำหรับความต้องการในการติดตั้งที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งอาจเป็นความท้าทายในโรงงานอุตสาหกรรม 4.0 และการดำเนินงานด้านโลจิสติกส์ที่ต้องมีการปรับเปลี่ยนตามความต้องการของกระบวนการที่เปลี่ยนแปลงไป

การทำการเปลี่ยนแปลงในระบบที่ใช้แผ่นปูพื้นนิรภัยอาจต้องการการจัดแผ่นปูพื้นนิรภัยใหม่ ซึ่งจะทำให้ระยะเวลาในการเปลี่ยนแปลงให้ระบบพร้อมใช้งานยาวนานขึ้น ซึ่งอาจส่งผลกระทบเชิงลบต่อความพร้อมใช้งานของเครื่องจักรและผลผลิตโดยรวม

วิธีหนึ่งในการลดผลกระทบให้เหลือน้อยที่สุด คือ การมีแผ่นปูพื้นนิรภัยสำรองหลายขนาดไว้สำรอง ซึ่งสามารถช่วยเร่งการเปลี่ยนแปลงและเปลี่ยนแผ่นที่ชำรุดเสียหายได้ แต่ก็แพงเหมือนกัน นอกจากนี้ อาจต้องมีคอนโทรลเลอร์แผ่นปูพื้นนิรภัยหลายอันติดมือไปด้วย เนื่องจากแผ่นรองบางอันไม่เหมาะกับคอนโทรลเลอร์ทั้งหมด

ปัญหาเหล่านี้สามารถแก้ไขได้ด้วยการใช้เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยไม่ได้ใช้สวิตช์คีย์บอร์ด แต่เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สามารถปรับแต่งเพื่อตอบสนองความต้องการของการใช้งานต่างๆ ได้

เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยเป็นเทคโนโลยีแบบไม่สัมผัสซึ่งใช้เลเซอร์อินฟราเรด (IR) เพื่อสแกนบริเวณโดยรอบแบบสองมิติ พวกมันปล่อยจังหวะแสง IR สั้น ๆ หากจังหวะแสงกระทบวัตถุ แสงจะสะท้อนไปที่สแกนเนอร์ ระยะห่างจากวัตถุสามารถกำหนดได้อย่างแม่นยำสูงโดยอิงจากช่วงเวลาระหว่างการส่งสัญญาณและเวลาที่แสงสะท้อนกลับมาถึง

ความสามารถในการกำหนดระยะห่างจากสิ่งกีดขวางช่วยให้เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยสามารถกำหนดชุดของพื้นที่เตือนภัยและพื้นที่ป้องกันตามความใกล้ชิดของวัตถุ เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยบางรุ่นสามารถมีพื้นที่ที่กำหนดได้หลายสิบพื้นที่ ซึ่งอาจเป็นประโยชน์กับการใช้งาน เช่น ระบบนำทางสำหรับหุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ

S300 Mini Standard เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยจาก SICK ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานด้านความปลอดภัยที่ต้องเปิดใช้งานพื้นที่ที่กำหนดไว้ 3 พื้นที่พร้อมกัน ได้แก่ พื้นที่ป้องกันและพื้นที่เตือน 2 พื้นที่ ขนาดกะทัดรัด 102 x 116 x 105 มิลลิเมตร (mm) (กว้าง x สูง x ลึก) ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งาน เช่น เซลล์งานหุ่นยนต์และยานยนต์นำทางอัตโนมัติ (AGV) (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: การเปรียบเทียบขนาดเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย S30 Mini Standard กับกระป๋องโซดา (แหล่งที่มาของภาพ : SICK)

สแกนเนอร์มาตรฐาน S300 Mini มีมุมสแกน 270° เพื่อครอบคลุมพื้นที่กว้างและความละเอียดที่เลือกได้สำหรับการตรวจจับมือ ขา หรือร่างกาย สแกนเนอร์เหล่านี้รองรับระยะการเตือนสูงสุดถึง 8 เมตร และมีระยะการป้องกันสูงสุดสามระยะให้เลือก:

• หนึ่งเมตร รุ่น 1058000
• สองเมตร รุ่น 1050932
• สามเมตร รุ่น 1056430

สภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลง

สภาพแวดล้อมที่มีการเปลี่ยนแปลง ที่รูปแบบหรือเงื่อนไขการทำงานเปลี่ยนแปลงไป หรือที่ AGV เคลื่อนที่ไปมา สามารถได้รับประโยชน์จากเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยแบบกำหนดค่าได้ โซนการตรวจจับสามารถปรับเปลี่ยนได้ตามความต้องการเพื่อให้เหมาะสมกับความต้องการการป้องกันที่เปลี่ยนแปลงไป

การตั้งค่าช่องคำเตือนหลายช่องอาจมีประโยชน์อย่างยิ่งในการป้องกันไม่ให้ผู้คนเข้าใกล้เกินไปและทำให้เครื่องปิดลง อุปกรณ์สัญญาณเตือนอาจรวมถึงไฟกะพริบแบบง่ายหากมีการละเมิดช่องเตือนแรก และไซเรนหรือแตรเตือนหากเข้าสู่ช่องเตือนที่สอง มีกฎเฉพาะสำหรับการคำนวณขนาดของพื้นที่การป้องกัน

การคำนวณระยะห่างที่ปลอดภัย

มาตรฐาน ISO 13855 “ความปลอดภัยของเครื่องจักร – การวางตำแหน่งมาตรการป้องกันเมื่อร่างกายมนุษย์เข้าใกล้” ครอบคลุมถึงแนวทางการคำนวณระยะห่างปลอดภัยขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อหยุดเครื่องจักรเมื่อมีคนเข้าใกล้ ISO 13855 นำไปใช้กับอุปกรณ์ความปลอดภัยหลายประเภท รวมทั้งเครื่องสแกนเลเซอร์เพื่อความปลอดภัย ม่านแสงนิรภัย อุปกรณ์ไวต่อแรงกด แผ่นรองและพื้นเพื่อความปลอดภัย และอื่นๆ อีกมากมาย

อาจมีประโยชน์เมื่อคำนวณขนาดของฟิลด์ความปลอดภัยสำหรับเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย (รูปที่ 3) สูตรทั่วไปสำหรับคำนวณระยะห่างที่ปลอดภัย, S, คือ S = (K × (TM + TS)) + ZG + ZR + CRO โดยที่:

• K = ความเร็วเข้าใกล้ (1,600 มม./วินาที กำหนดใน ISO 13855)
• TM = เวลาหยุดการทำงานของเครื่องจักรหรือระบบ
• TS = เวลาตอบสนองของเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยและตัวควบคุมปลายทาง
• ZG = ส่วนเสริมทั่วไป = 100 มม.
• ZR = ส่วนเสริมสำหรับข้อผิดพลาดในการวัดที่เกี่ยวข้องกับการสะท้อน
• CRO = ส่วนเสริมเพื่อป้องกันไม่ให้เอื้อมมือข้าม

รูปที่ 3: แนวปฏิบัติ ISO 13855 สามารถใช้เพื่อคำนวณขนาดของพื้นที่ความปลอดภัย (สีแดง) สำหรับเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย เช่น S300 Mini Standard (แหล่งที่มาของภาพ : SICK)

รถยนต์นำทางอัตโนมัติ

ยานพาหนะขับเคลื่อนอัตโนมัติ (AGVs) เคลื่อนย้ายสิ่งของได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องการการแทรกแซงจากมนุษย์ในโรงงานอุตสาหกรรม 4.0 คลังสินค้า และศูนย์กระจายสินค้า ใน AGV บางรุ่นจะมีแถบสลับหรือกันชนเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวาง ซึ่งอาจจำกัดความเร็วในการเดินทางของ AGV ได้ และแถบหรือกันชนอาจได้รับความเสียหายทางกายภาพ จำเป็นต้องเปลี่ยนใหม่และหยุดใช้งาน AGV เป็นระยะเวลาหนึ่ง

เพื่อรักษาความปลอดภัย ความยืดหยุ่น และความพร้อมใช้งานสูงสุด AGV สามารถแทนที่แถบสวิตช์และกันชนเป็นอุปกรณ์ด้านความปลอดภัยหลัก และสามารถรวมถึงเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยเพื่อตรวจจับสิ่งกีดขวางและหยุดอย่างปลอดภัย S300 Mini ขนาดเล็ก ช่วยให้สามารถรวมเข้าด้วยกันได้ แม้ใน AGV ที่เล็กที่สุด (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: ขนาดกะทัดรัดของเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยมาตรฐาน S300 Mini ช่วยให้สามารถติดตั้งบน AGV ขนาดเล็กได้ (แหล่งที่มาของภาพ : SICK)

การใช้เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยสองเครื่องสามารถขยายพื้นที่ป้องกันได้ หากติดตั้งสแกนเนอร์ไว้ที่มุมด้านหน้าของ AGV พื้นที่ที่ได้รับการป้องกันจะขยายไปจนถึงด้านหน้าและทั้งสองข้างของยานพาหนะ สมมติว่าเครื่องสแกนเนอร์ติดตั้งอยู่ในแนวทแยงมุมตรงข้ามกันที่ด้านหน้าและด้านหลังของรถยนต์ ในกรณีนั้น พื้นที่ที่ได้รับการปกป้องจะล้อมรอบทุกด้านของ AGV ช่วยให้เคลื่อนที่ได้อย่างปลอดภัยในทั้งสองทิศทาง

การกำหนดค่า การติดตั้ง และการบำรุงรักษา

ซอฟต์แวร์การกำหนดค่าและการวินิจฉัย (CDS) จาก SICK สามารถใช้เพื่อกำหนดพื้นที่ป้องกันและคำเตือนโดยใช้พีซีหรือแล็ปท็อป ซอฟต์แวร์นี้มีตัวประสานที่ใช้งานง่ายสำหรับการออกแบบและการใช้งานแอพพลิเคชัน ซอฟต์แวร์ยังคำนวณและบันทึกข้อมูลการกำหนดค่าและการวินิจฉัยทั้งหมดเพื่อการใช้งานที่รวดเร็วและ/หรือ การแก้ไขปัญหาที่มีประสิทธิภาพ การกำหนดค่าและการวินิจฉัยสามารถดำเนินการได้ระหว่างการทดสอบการใช้งานหรือการบำรุงรักษา

SICK ยังมีชุดอุปกรณ์ติดตั้งให้เลือกสำหรับการติดตั้งเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย S300 Mini ชุดที่ 1a รุ่น 2034324 เป็นตัวติดตั้งพื้นฐานแบบไม่มีฝาครอบป้องกันสำหรับเลนส์ และชุด 1b รุ่น 2034325 รวมถึงการป้องกันเลนส์ (รูปที่ 5) นอกจากนี้ยังมีขายึดเสริม รวมถึงชุด 2 รุ่น 2039302 และชุดที่ 3 รุ่น 2039303 สามารถเพิ่มการจัดเรียงสแกนเนอร์เป็น 2 ระนาบได้ มุมปรับสูงสุดคือ ±11° ในทั้งสองระนาบ

รูปที่ 5: ชุดติดตั้ง 1b มีแผ่นป้องกันฝาครอบเลนส์ (แหล่งที่มาของภาพ : SICK)

ชุดการติดตั้งยังรองรับการเปลี่ยนหัวสแกนเนอร์ที่เสียหายได้อย่างรวดเร็ว หัวสแกนเนอร์ทดแทนจะติดอยู่กับตัวเชื่อมต่อของระบบซึ่งติดตั้งไว้บนเครื่องอย่างถาวร หัวเปลี่ยนจะดาวน์โหลดข้อมูลการกำหนดค่าจากตัวเชื่อมต่อของระบบทันทีและดำเนินการตามภารกิจด้านความปลอดภัยที่ได้รับการตั้งโปรแกรมไว้ ไม่ต้องมีการตั้งโปรแกรมใหม่หรือดาวน์โหลดข้อมูลการกำหนดค่าแบบแมนนวล เป็นกระบวนการแบบเสียบแล้วใช้งานที่ช่วยลดเวลาหยุดทำงานของเครื่องจักร

สรุป

เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย S300 Mini Standard เป็นทางเลือกที่ทนทานแทนแผ่นปูพื้นนิรภัยในโรงงานอุตสาหกรรม 4.0 คลังสินค้า และศูนย์กระจายสินค้า ที่สามารถเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิภาพการผลิตได้ในเวลาเดียวกัน เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัย IEC 61508, ISO 13849 และ IEC 61496 และเหมาะสมสำหรับการติดตั้งถาวรและระบบเคลื่อนที่ เช่น AGVs ในที่สุด เครื่องสแกนเลเซอร์ความปลอดภัยมาตรฐาน S300 Mini รองรับการกำหนดค่า การติดตั้ง และการบำรุงรักษาที่ยืดหยุ่นและรวดเร็ว