เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยสามารถปกป้องผู้คนและเครื่องจักรได้อย่างไร

เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยสามารถช่วยเพิ่มความปลอดภัยในโรงงานอุตสาหกรรมและโลจิสติกส์ โดยอุปกรณ์เหล่านั้นสามารถปกป้องผู้คนจากการใช้งานเครื่องจักรที่ไม่ปลอดภัย และสามารถปกป้องเครื่องจักรจากการรบกวนโดยไม่ได้ตั้งใจจากผู้คน

ปัจจัยหลายประการเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย ประการแรกคือการพิจารณาว่าเครื่องสแกนเลเซอร์เป็นทางออกที่ดีที่สุดหรือไม่ หรือเทคโนโลยีอื่น เช่น ม่านแสง อาจเหมาะสมกับการใช้งานมากกว่าหรือไม่

เมื่อพิจารณาแล้วว่าเครื่องสแกนเป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดแล้ว ก็จะมีการตัดสินใจที่สำคัญ ได้แก่:

• การเลือกฟิลด์การป้องกันความปลอดภัยและชุดฟิลด์ที่เหมาะสมที่สุด
• การใช้มาตรฐานเช่น International Organization for Standardization (ISO) 13855 เพื่อกำหนดจุดยืนในการป้องกันที่เกี่ยวข้องกับแนวทางของบุคคล
• การเลือกค่าการสุ่มตัวอย่างหลายค่าที่ถูกต้อง
• การเลือกเครื่องสแกนที่มีคุณสมบัติเหมาะสมที่สุด

บทความนี้เริ่มต้นด้วยการทบทวนปัจจัยที่ส่งผลต่อเวลาในการเลือกเครื่องสแกน และเมื่อควรเลือกม่านแสง จากนั้นจะนำเสนอเกณฑ์การคัดเลือกที่สำคัญสำหรับการใช้เครื่องสแกน และดูที่ตัวแทนเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย IDEC, Omron, SICK และ Banner Engineering

เครื่องสแกนหรือม่าน

ข้อควรพิจารณาประการแรกคือ: พื้นที่ใดที่จะได้รับการป้องกัน ทั้งเครื่องสแกนและม่านแสงสามารถปกป้องผู้คนจากอันตรายและป้องกันเครื่องจักรจากการรบกวนได้ แม้ว่าความสามารถในการป้องกันของเครื่องสแกนและม่านแสงจะทับซ้อนกันอยู่บ้าง แต่โดยทั่วไปแล้วจะเหมาะกับการใช้งานที่แตกต่างกัน เช่น:

การป้องกัน ณ จุดปฏิบัติงาน หมายถึงพื้นที่ทำงานของเครื่องที่ทำงานอยู่ ม่านแสงเหมาะสำหรับการใช้งานนี้เนื่องจากสามารถจัดวางในตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุด และสามารถตั้งค่าความละเอียดเพื่อตรวจจับนิ้วมือ มือ หรือเท้า/ขา และให้ระดับการป้องกันที่ต้องการ เครื่องสแกนมักจะต้องการระยะห่างขั้นต่ำจากอันตรายที่มากกว่า เนื่องจากมีเวลาตอบสนองนานกว่า และโดยทั่วไปไม่ได้ใช้สำหรับการป้องกัน ณ จุดปฏิบัติงาน

การป้องกันรอบเครื่องจักร เป็นการป้องกันเครื่องจักรหลายด้าน เช่นเดียวกับการป้องกัน ณ จุดปฏิบัติงาน ม่านแสงมีความเหมาะสมอย่างยิ่งที่จะมอบโซลูชั่นขนาดกะทัดรัดสำหรับการป้องกันรอบเครื่องจักร หากมีบุคคลข้ามขอบเขต จะสามารถส่งสัญญาณหยุดให้เครื่องจักรหยุดทำงาน แม้ว่าทั้งม่านแสงและเครื่องสแกนสามารถใช้ในการป้องกันรอบเครื่องจักรได้ แต่ม่านแสงนิรภัยจะถูกใช้บ่อยกว่าในการป้องกันรอบเครื่องจักร และเครื่องสแกนจะใช้บ่อยกว่าในการป้องกันพื้นที่

การควบคุมการเข้าถึงและการป้องกันพื้นที่ สามารถใช้งานร่วมกับม่านแสงหรือเครื่องสแกนได้ ขึ้นอยู่กับความต้องการใช้งานเฉพาะ ม่านแสงเหมาะเมื่อมีทางเข้าเพียงจุดเดียว ตัวอย่างเช่น การตรวจสอบและประเมินลำแสงแต่ละลำแยกกันทำให้ม่านแสงสามารถแยกความแตกต่างระหว่างคนที่มีความ "สูง" และขนวัสดุที่ "ต่ำ" กว่าได้ เช่น พาเลทที่ข้ามธรณีประตู และปรับเปลี่ยนการตอบสนองตามนั้น

เครื่องสแกนสามารถตั้งค่าให้ตรวจสอบพื้นที่ 275° เพื่อสร้างโซนป้องกันสองมิติที่ผู้ใช้กำหนด (รูปที่ 1) นอกจากนั้นยังสามารถสร้างโซนการป้องกันได้หลายโซนตามระยะห่างระหว่างบุคคลกับเครื่องจักรที่ได้รับการป้องกัน และชะลอหรือหยุดตามความเหมาะสม

รูปที่ 1: เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยเช่นนี้สามารถตรวจสอบพื้นที่ 275° เพื่อสร้างโซนป้องกันแบบสองมิติ และส่งสัญญาณเตือนหากมีบุคคลหรือวัตถุที่ไม่คาดคิดเข้าไปในพื้นที่นั้น (เส้นสีแดง) (แหล่งที่มาภาพ: Banner Engineering)

ระบบเคลื่อนที่ เช่น หุ่นยนต์เคลื่อนที่อัตโนมัติ (AMR) และยานพาหนะนำทางอัตโนมัติ (AGV) ซึ่งสามารถได้รับประโยชน์จากการใช้เครื่องสแกนหลายตัว เครื่องสแกนเหล่านี้ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และติดตั้งเพื่อให้ทำงานร่วมกัน พร้อมตรวจสอบโซนความปลอดภัยหลายสิบโซนรอบ ๆ ยานพาหนะ คุณสามารถเปิดใช้งานโซนต่างๆ ได้โดยขึ้นอยู่กับความเร็วของยานพาหนะ ตำแหน่ง และทิศทางที่คาดว่าจะเปลี่ยนแปลง ข้อมูลจากเครื่องสแกนสามารถเสริมด้วยตัวเข้ารหัสบนล้อและอินพุตเซ็นเซอร์อื่นๆ เพื่อรองรับการนำทาง AMR

มีความปลอดภัยระดับใด

เมื่อกำหนดพื้นที่ทางกายภาพที่ได้รับการป้องกันแล้ว การพิจารณาต่อไปคือระดับความปลอดภัยที่จำเป็น นอกจากจะมีประโยชน์ในการใช้งานที่แตกต่างกันแล้ว ม่านแสงและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยยังรองรับระดับความปลอดภัยที่แตกต่างกันตามมาตรฐานสากลต่างๆ อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ISO 13849-1 กำหนดความน่าเชื่อถือของฟังก์ชันการควบคุมที่ปลอดภัยโดยใช้ระดับประสิทธิภาพ (PL) ตั้งแต่ "a" ถึง "e" โดย PLe แสดงถึงระดับสูงสุด

เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยมีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์ของ PLd และเหมาะสำหรับใช้ในการใช้งานที่ความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญที่สุด จะมีการให้คะแนน PLd ให้กับระบบที่มีความน่าจะเป็นที่จะเกิดความล้มเหลวที่เป็นอันตรายทุกๆ 1 ถึง 10 ล้านชั่วโมง (141 ถึง 1,141 ปี ขึ้นอยู่กับการทำงานต่อเนื่อง) ม่านแสงมีให้เลือกหลากหลายตั้งแต่ PLc ไปจนถึง PLe

IEC 62061 ความปลอดภัยของเครื่องจักร: ความปลอดภัยในการทำงานของระบบควบคุมไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ และอิเล็กทรอนิกส์แบบตั้งโปรแกรมได้เป็นอีกมาตรฐานที่สำคัญ ขึ้นอยู่กับกลยุทธ์การประเมินและลดความเสี่ยงสำหรับฟังก์ชันควบคุมความปลอดภัย เช่น ม่านแสงและเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย ประกอบด้วยข้อกำหนดเฉพาะด้านการทำงานและข้อกำหนดระดับความสมบูรณ์ด้านความปลอดภัย (SIL)

ตัวอย่างของข้อกำหนดด้านการทำงาน ได้แก่ ความถี่ในการทำงาน เวลาตอบสนอง โหมดการทำงาน รอบการทำงาน สภาพแวดล้อมในการทำงาน ฟังก์ชันปฏิกิริยาข้อผิดพลาด และอื่นๆ SIL ที่ได้จะถูกวัดในระดับตั้งแต่ 1 ถึง 4 (รูปที่ 2)

รูปที่ 2: เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยมีคุณสมบัติตรงตามเกณฑ์ของ PLd และ SIL3 และเหมาะสำหรับใช้ในการใช้งานที่มีความสำคัญด้านความปลอดภัย (แหล่งที่มาภาพ: SICK)

ISO 13855 กำหนดวิธีการวางเครื่องสแกนตามแนวทางของบุคคล ตัวอย่างเช่น หากติดตั้งสแกนเนอร์ที่ความสูง 300 มม. ความละเอียด 70 มม. ก็เพียงพอที่จะตรวจจับขามนุษย์ได้ ที่ความสูงในการติดตั้งต่ำ ความละเอียดขั้นต่ำที่แนะนำคือ 50 มม.

ข้อมูลจำเพาะของสแกนเนอร์

เมื่อพิจารณาแล้วว่าเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยเป็นไปตามข้อกำหนดการใช้งานและสามารถรองรับระดับความปลอดภัยที่ต้องการได้ ก็ถึงเวลาพิจารณาข้อกำหนดเฉพาะ ตัวอย่างข้อกำหนดทางเทคนิคที่สำคัญของสแกนเนอร์ได้แก่:

มุมสแกน มีมุมสแกนหลายมุม เช่น 190°, 270° และ 275° มุมสแกนและโครงสร้างจะกำหนดวิธีการติดตั้งสแกนเนอร์เข้าสู่ระบบเพื่อตรวจสอบพื้นที่ที่ต้องการ

โซนป้องกัน เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยมีโซนการป้องกันหลายโซน รวมถึงโซนการป้องกันหลักและโซนเตือนอย่างน้อยหนึ่งโซน บางส่วนสามารถใช้ข้อมูลที่สแกนเพื่อกำหนดค่าอัตโนมัติเพื่อละเว้นวัตถุที่อยู่นิ่งในเขตเตือน (รูปที่ 3) ในบางกรณี เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยสามารถสแกนหลายโซนตามลำดับหรือพร้อมกันได้ ตัวอย่างเช่น เครื่องสแกนหนึ่งเครื่องสามารถรองรับชุดโซนความปลอดภัยที่ไม่ซ้ำกันได้ถึง 70 ชุด บน AMR คุณสมบัตินี้ช่วยให้เครื่องสแกนสามารถปรับพื้นที่สแกนตามสภาพแวดล้อมและความเร็วในการเคลื่อนที่

รูปที่ 3: การทดสอบการใช้งานสามารถเร่งความเร็วได้โดยใช้เครื่องสแกนที่ใช้ข้อมูลที่สแกนสำหรับการกำหนดค่าอัตโนมัติเพื่อระบุวัตถุที่อยู่นิ่งในเขตเตือน (แหล่งที่มาภาพ: IDEC)

ระยะป้องกัน คือระยะทางสูงสุดที่พื้นที่ป้องกันสามารถขยายจากเครื่องสแกนได้ ค่าทั่วไปอยู่ระหว่าง 3 ถึง 10 ม. ระยะการป้องกันที่กำหนดขึ้นอยู่กับข้อบังคับท้องถิ่น และเวลาตอบสนองและความละเอียดของเครื่องสแกน

ความละเอียด มีหน่วยวัดเป็นหน่วย มม. และกำหนดวัตถุขนาดต่ำสุดที่เครื่องสแกนสามารถตรวจจับได้อย่างแม่นยำ ค่าทั่วไปอยู่ในช่วงตั้งแต่ 30 มม. ถึง 200 มม.

เวลาตอบสนอง หรือที่เรียกว่าเวลาในการตรวจจับ โดยจะวัดว่าเครื่องสแกนสามารถรับรู้การเข้าใกล้ของวัตถุได้เร็วแค่ไหน ค่าทั่วไปอยู่ระหว่าง 60 ถึง 500 ms

การสุ่มตัวอย่าง ระบุจำนวนครั้งที่ต้องสแกนวัตถุติดต่อกันเพื่อให้เครื่องสแกนรับรู้ ตามค่าเริ่มต้น โดยปกติจะใช้เวลาสแกนตัวอย่างอย่างน้อยสองครั้ง อย่างไรก็ตาม สำหรับเครื่องสแกนบางรุ่นและภายใต้สถานการณ์บางอย่าง อาจต้องมีการสแกนตัวอย่างต่อเนื่องกันสิบครั้งขึ้นไปจึงจะจดจำวัตถุได้

เขตการป้องกันแบบคู่

เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยมีคุณสมบัติและฟังก์ชันต่างๆ ที่เหมาะกับความต้องการใช้งานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น SE2L ของซึ่งเป็นเครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยมีฟังก์ชันหลัก/รองและโซนป้องกันคู่ ฟังก์ชันหลัก/รองช่วยให้สแกนเนอร์หนึ่งเครื่องสามารถสื่อสารกับสแกนเนอร์อื่นๆ ได้ถึงสามเครื่อง ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบระบบได้อย่างมาก และช่วยให้สามารถใช้คอนโทรลเลอร์ที่มีต้นทุนต่ำได้ เนื่องจากตัวควบคุมความปลอดภัยจำเป็นต้องสื่อสารกับต้นแบบเท่านั้น ซึ่งจะถ่ายทอดคำสั่งไปยังเครื่องสแกนย่อย รุ่น SE2L-H05LP สามารถติดตั้งได้โดยใช้สายเคเบิลยาว 2 ถึง 20 ม. เพิ่มความยืดหยุ่นยิ่งขึ้น

เครื่องสแกนเหล่านี้มีรอบการสแกน 30 มิลลิวินาที และสามารถรวม 32 รูปแบบในพื้นที่การสแกน การใช้ฟังก์ชันโซนคู่ ทำให้ยูนิต SE2L เดี่ยวสามารถสแกนโซนที่อยู่ติดกันสองโซนพร้อมกันได้อย่างอิสระ ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องสแกนตัวที่สองและทำให้การออกแบบระบบง่ายขึ้น

พลังงานต่ำเพื่อความปลอดภัยที่ใช้แบตเตอรี่

การขยายเวลาการทำงานของ AGV และ AMR อาจเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญ การใช้งานเหล่านั้นจะได้รับประโยชน์จากการใช้เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยรุ่น OS32C-SP1-4M ขนาดกะทัดรัดของ Omron (104.5 มม.) ใช้ไฟสูงสุด 5 W (3.75 W ในโหมดสแตนด์บาย) และมีชุดโซนความปลอดภัยและโซนเตือนให้เลือก 70 ชุด ทำให้เหมาะสำหรับใช้ในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน (รูปที่ 4) คุณสมบัติอื่นๆ ได้แก่:

• ความละเอียดขั้นต่ำสามารถตั้งค่าเป็น 30, 40, 50 หรือ 70 มม.
• โซนความปลอดภัยจะแตกต่างกันไปตามความละเอียด:
  • 1.75 ม. (ความละเอียด 30 มม.)
  • 2.5 ม. (ความละเอียด 40 มม.)
  • 3.0 ม. (ความละเอียด 50 มม.)
  • 4.0 ม. (ความละเอียด 70 มม.)
• รัศมีโซนเตือนภัยสูงสุด 15 ม
• เวลาตอบสนองที่กำหนดค่าได้ตั้งแต่ 80 ms ถึง 680 ms
• ตั้งเวลาเปลี่ยนโซนได้ตั้งแต่ 20 ms ถึง 320 ms

รูปที่ 4: เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยพลังงานต่ำนี้รองรับการรวมเขตความปลอดภัยและเขตเตือน 70 ชุด ทำให้เหมาะสำหรับ AMR ที่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อนหรือไดนามิก (แหล่งที่มาภาพ: Omron)

ฟิลด์สามช่องพร้อมการสุ่มตัวอย่างและความละเอียดที่เลือกได้

เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยรุ่น S300 Mini Standard ของ SICK มีความละเอียดในการตรวจจับและระดับการสุ่มตัวอย่างที่เลือกได้ ตัวอย่างเช่น รุ่น S32B-2011BA รองรับเส้นผ่านศูนย์กลางความละเอียด 30, 40, 50 และ 70 มม. สามารถกำหนดการสุ่มตัวอย่างและความละเอียดหลายรายการสำหรับแต่ละฟิลด์ได้ รวมถึงฟิลด์ป้องกันพร้อมกัน (รูปที่ 5) เครื่องสแกนเหล่านี้รองรับฟิลด์ที่กำหนดค่าได้อย่างอิสระสูงสุด 48 ฟิลด์ และชุดฟิลด์ที่สลับได้ 16 ชุด ฟังก์ชันสามฟิลด์ช่วยให้สามารถใช้ฟิลด์ป้องกันและฟิลด์เตือนสองฟิลด์พร้อมกันได้

รูปที่ 5: เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย S300 Mini Standard สามารถใช้ระดับการสุ่มตัวอย่างหลายระดับและความละเอียดที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละฟิลด์การสแกน (แหล่งที่มาภาพ: SICK)

ขจัดความจำเป็นในการใช้ PLC ด้านความปลอดภัย

เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัย SX5 จาก Banner Engineering มีฟังก์ชันการปิดเสียงในตัวที่สามารถตรวจสอบและตอบสนองต่อสัญญาณ และระงับฟังก์ชันการป้องกันโดยอัตโนมัติเพื่อให้วัตถุผ่านโซนปลอดภัยโดยไม่ต้องสร้างคำสั่งหยุด ฟังก์ชันการปิดเสียงช่วยให้สามารถระงับโซนความปลอดภัยทั้งหมด (การปิดเสียงทั้งหมด) หรือเพียงบางส่วนของโซนความปลอดภัย (การปิดเสียงแบบไดนามิกบางส่วน)

หน่วยหลัก SX5 เช่น SX5-ME70 สามารถควบคุมยูนิตระยะไกลได้สูงสุดสามยูนิตเช่น SX5-R โดยเครื่องสแกนยังสามารถอ่านอินพุตตัวเข้ารหัสส่วนเพิ่มเพื่อปรับเปลี่ยนโซนความปลอดภัยตามความเร็วของยานพาหนะ ฟังก์ชันเหล่านี้ช่วยลดความจำเป็นในการใช้ฮาร์ดแวร์ควบคุมเพิ่มเติม เช่น PLC ด้านความปลอดภัย

สรุป

หากมีการเลือก กำหนดค่า และบูรณาการอย่างเหมาะสม เครื่องสแกนเลเซอร์นิรภัยจะเหมาะสมเป็นอย่างยิ่งในการปกป้องผู้คนและเครื่องจักรในการใช้งานต่างๆ เช่น การควบคุมการเข้าออก การป้องกันพื้นที่ และบนระบบเคลื่อนที่ รวมถึง AGV และ AMR ตรงตามข้อกำหนดของ PLd และ SIL3 และเหมาะสำหรับใช้ในการใช้งานที่คำนึงถึงความปลอดภัยเป็นสำคัญ เครื่องสแกนเหล่านี้มาพร้อมกับคุณสมบัติและฟังก์ชันที่หลากหลายเพื่อให้เหมาะกับความต้องการใช้งานที่หลากหลาย