In ambienti industriali come la produzione e la movimentazione di attrezzature pesanti, esistono zone di "esclusione". Queste zone sono appositamente contrassegnate con colori vivaci per indicare i limiti per impedire l'accesso alle persone. Possono contenere sostanze pericolose, comportare lo spostamento di macchinari pesanti e altre attrezzature potenzialmente dannose.

La barriera fotoelettrica di sicurezza è un dispositivo utilizzato per creare una barriera virtuale attorno ad ambienti pericolosi. Sono azionati elettricamente e possono essere utilizzati come sensori per segnalare le autorità e attivare sequenze di spegnimento di emergenza per proteggere il personale.

Che cos'è un sensore per barriere fotoelettriche di sicurezza?

I sensori di barriere fotoelettriche di sicurezza sono dispositivi utilizzati per creare una "barriera virtuale" attorno a un pericolo. L'area può contenere macchine in rapido movimento come bracci robotici o macchinari non custoditi.

Questi sensori forniscono una serie visibile di raggi che forniscono un avviso visivo al personale durante l'uso. Se qualcuno attraversa i raggi, genera un segnale che può essere utilizzato per attivare l'arresto di emergenza del macchinario pericoloso. A volte vengono utilizzati anche per attivare gli allarmi.

Come funzionano le barriere fotoelettriche di sicurezza?

I sensori delle barriere fotoelettriche di sicurezza hanno due dispositivi, posizionati parallelamente tra loro. Uno è l'unità emettitore/trasmettitore e l'altro è l'unità ricevente. L'unità di trasmissione è costituita da un array di LED o diodi laser (luce visibile/invisibile). In alcune unità, i LED sono costantemente accesi mentre altri potrebbero avere LED pulsanti. Gli impulsi sono sia sequenziati che modulati. La sequenza può essere dall'alto verso il basso o dal basso verso l'alto. Anche i LED si accendono a una frequenza specificata.

L'unità di ricezione è costituita da fototransistor/fotodiodi ed è progettata appositamente per rilevare il modello di impulso e la frequenza dell'unità di trasmissione. L'unità è costituita da un circuito che gestisce questo compito e può differenziare la corrispondente unità tenda trasmittente da qualsiasi altra interferenza. Ciò migliora l'immunità al rumore e alle interferenze esterne del sistema.

Le barriere fotoelettriche di sicurezza sono disponibili in molte configurazioni. Alcuni possono rilevare qualsiasi oggetto che passa mentre altri possono essere programmati/configurati per non rilevare determinati tipi di oggetti che possono passare. Ad esempio, un sensore a barriera fotoelettrica installato su un trasportatore può rilevare gli oggetti trasportati ma può attivarsi quando viene rilevato un oggetto più grande o più piccolo.

Questi sensori possono avere controller integrati e fornire un'uscita diretta come un'uscita relè o un'uscita PNP/NPN direttamente collegabile a un PLC o un carico. I modelli di sensori più avanzati dispongono di moduli di controllo di sicurezza esterni.

Le barriere fotoelettriche di sicurezza hanno anche funzioni di autodiagnosi integrate. Ciò li rende molto adatti per applicazioni di sicurezza piuttosto che utilizzare un sensore generico come un sensore fotoelettrico.

A cosa serve una barriera fotoelettrica di sicurezza?

Le barriere fotoelettriche di sicurezza si trovano in applicazioni in cui la presenza di operatori umani dovrebbe essere vietata in determinati casi. Cioè quando la macchina è in funzione. Ad esempio, diamo un'occhiata al braccio del robot di saldatura mostrato di seguito.

I bracci robotici viaggiano a velocità molto elevate ed eseguono l'operazione di saldatura. Prima che la macchina inizi a lavorare, l'operatore deve poter entrare nell'area, allestire il pezzo ed eseguire le tarature. Pertanto, l'utilizzo di una recinzione fisica non è una soluzione ottimale.

Quando la macchina è in funzione, l'accesso dovrebbe essere limitato. Se una persona entra accidentalmente nell'area, la barriera fotoelettrica rileva il movimento e la macchina si ferma immediatamente per evitare incidenti. Questo tipo di protezione si chiama "protezione perimetrale".

Un'altra applicazione è il 'punto operativo' guardia. Ciò include macchine di assemblaggio come presse idrauliche, presse per stampaggio, occhielli, rivetti e macchine per stampaggio. L'applicazione di un sensore a barriera fotoelettrica è vantaggiosa per la protezione delle mani/dita dell'operatore mentre la macchina è in uso.

Vantaggi delle barriere fotoelettriche di sicurezza

• Le barriere fotoelettriche di sicurezza forniscono una protezione aggiuntiva come lo spegnimento di emergenza e l'attivazione dell'allarme. Ciò migliora notevolmente la sicurezza del personale dell'operatore e porta i metodi convenzionali come contrassegnare l'area con segnali pericolosi al livello successivo.
• La maggior parte dei sensori è dotata di autodiagnostica integrata. Monitorano il sistema interno per eventuali guasti e se viene rilevato un guasto, il sensore invia immediatamente un segnale di arresto alla macchina sorvegliata. Una volta bloccato, il blocco può essere rilasciato solo riparando il sensore/risolvendo il problema o eseguendo il ripristino manuale.
• Le barriere fotoelettriche di sicurezza sono conformi a standard di sicurezza industriale molto elevati come SIL3, PLe e Type4 e sono progettate per essere estremamente affidabili. Pertanto, a differenza dell'utilizzo di un semplice sensore fotoelettrico, l'utilizzo di una barriera fotoelettrica di sicurezza può migliorare notevolmente la conformità alla sicurezza del sistema integrato.
• Le barriere fotoelettriche di sicurezza sono progettate per avere la massima affidabilità e resistenza ambientale per garantire che possano resistere a inquinanti e vibrazioni in ambienti difficili.

Tipi di barriere fotoelettriche di sicurezza

Esistono due tipi di barriere fotoelettriche di sicurezza (SLC):

• Punto di operazione (POC) SLC
  • Le barriere fotoelettriche POC sono progettate per proteggere un'area di lavoro relativamente piccola. Questo include tipicamente piccole macchine come stampatrici, occhiellatrici e simili che richiedono che un operatore sia molto vicino alla macchina durante il funzionamento. Le barriere fotoelettriche POC possono proteggere le dita, le mani o le braccia degli operatori.
• Controllo di accesso perimetrale (PAC) SLC:
  • Le barriere fotoelettriche PAC si trovano dove è richiesta la protezione di tutto il corpo. Questi possono garantire che nessuna persona o oggetto entri nei locali protetti.

Questi due tipi sono puramente classificati in base alla scala e alle dimensioni ed entrambi funzionano allo stesso modo.

Oltre alle dimensioni/scala, gli SLC sono anche conformi ai requisiti di sicurezza industriale come SIL(n) e Type(n) e Category(n). Ad esempio, esistono SLC conformi ai livelli di sicurezza di Tipo2 e Tipo4.

A seconda del livello di rischio, i dispositivi di tipo 4 controllano rigorosamente i guasti all'interno del dispositivo in modo ripetitivo e autonomo. Un sensore di tipo 2 può eseguire solo un controllo di rilevamento dei guasti durante l'avvio. Per le applicazioni ad alto rischio, una barriera fotoelettrica di tipo 4 sarà più adatta laddove verranno utilizzati sensori di tipo 2 dove è presente un rischio molto piccolo ma esistente.

Considerando la precisione e l'immunità alle interferenze, i dispositivi di tipo 2 hanno un ±5 EAA (angolo di apertura effettivo) mentre il tipo 4 ha ±2.5 gradi. Questo EAA più ampio rende gli SLC di tipo 2 più suscettibili ai cortocircuiti ottici. Il cortocircuito ottico si verifica quando un oggetto altamente riflettente devia alcuni o tutti i raggi di rilevamento. Più grande è l'EAA, più un sensore è suscettibile al cortocircuito ottico.

Indipendentemente dal tipo, dalla categoria e da altre caratteristiche, un SLC deve essere conforme a Linee guida per la selezione delle barriere fotoelettriche OSHA. In particolare, devono essere conformi alla norma IEC-61496 parti 1 e 2 adottata come ANSI/UL 61496 parti 1 e 2.

Come si scelgono le barriere fotoelettriche di sicurezza?

Quando si seleziona una barriera fotoelettrica di sicurezza per una particolare applicazione, è necessario osservare alcuni aspetti chiave:

1. Sicurezza e standard

In base al grado di protezione offerto, esistono due categorie di barriere fotoelettriche: Tipo 2, Tipo 4. Le barriere fotoelettriche di tipo 2 sono adatte per applicazioni a basso rischio. Hanno un ampio campo visivo ed eseguono un'autodiagnosi solo durante l'avvio.

Il tipo 4 è superiore al tipo 2 e adatto per applicazioni da basso ad alto rischio/ Sono utilizzati per proteggere il personale dall'accesso, dal punto operativo e dai perimetri. Gli scanner ottici di tipo 4 controllano costantemente i guasti e hanno la massima tolleranza ai guasti.

Secondo gli standard, le barriere fotoelettriche di sicurezza devono essere conformi a ASNI B11.19, IEC 61496, CEI/TS 62046 ed ISO 13855.

2. Prestazione

Quando si seleziona una barriera fotoelettrica adatta per una particolare applicazione, considerare:

• Zona di rilevamento: parallela, perpendicolare o diagonale all'angolo di avvicinamento dell'operatore
• Spanning Distance: distanza tra il trasmettitore e il ricevitore
• Altezza di protezione
• Controller: tipo PLC integrato o controller esterni
• Sensibilità
• Protezione ambientale: il grado di protezione dell'ingresso (IP) del dispositivo per lavorare in condizioni difficili

3. Caratteristiche aggiuntive

• Modalità trave flottante: opzione per disabilitare una o più travi in ​​qualsiasi posizione per consentire il movimento attraverso una particolare sezione (movibile automaticamente a una determinata velocità)
• Circuiti di autocontrollo: la capacità di diagnosticare e segnalare eventuali errori all'avvio o durante il funzionamento
• Blanking/Banking: opzione per disabilitare uno o più raggi fissi
• Relè di sicurezza ad aggancio: un'uscita speciale che si aggancia quando una persona/oggetto attraversa la tenda e rimane fino a quando non viene resettata deliberatamente.
• Muting: opzione di bypass temporaneo per consentire il funzionamento manuale durante il funzionamento non pericoloso della macchina

Quali sono gli standard di sicurezza per le barriere fotoelettriche di sicurezza?

Le barriere fotoelettriche di sicurezza devono essere conformi ai seguenti standard:

• ASNI B11.19– Criteri di prestazione per la salvaguardia
• IEC 61496– Dispositivi di protezione elettrosensibili
• CEI/TS 62046– Applicazioni di apparecchiature di rilevamento di presenza
• ISO 13855– Tutela del macchinario per il personale

Conclusione

Le barriere fotoelettriche di sicurezza sono dispositivi utilizzati per creare una barriera virtuale attorno a un'area ad alto rischio. Questi sensori possono rilevare un oggetto o una persona che entra nell'area pericolosa e attivare meccanismi di sicurezza per ridurre o eliminare completamente il rischio di pericolo. Nelle applicazioni di automazione, le barriere fotoelettriche vengono utilizzate per attivare lo spegnimento di emergenza delle macchine per arrestare completamente la macchina prima che l'operatore entri in contatto con essa. In alcune applicazioni, le barriere fotoelettriche vengono utilizzate anche per contare gli oggetti.