Zone-Beveiliging
Mensen boven alles
De automatisering heeft ervoor
gezorgd dat we vandaag de dag over betere werkomstandigheden beschikken dan
vroeger, aan de andere kant eist de maatschappij dat er steeds efficiënter
gewerkt wordt. Dit betekent ook een hoger werktempo met daarbij vaak een groter
potentieel gevaar. Daardoor wordt het begrip "veilige werkplaats"
steeds belangrijker, hetgeen de sociale eisen en wettelijke regelingen
ondersteund. Hoe is dit nu te waarborgen ? Een toelichting.
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française
Een volledige barrière of
omvangrijke manuele en mechanische procedures zijn vaak een struikelblok voor
een efficiënte productie. Erger nog, ze worden veelal overbrugd of geforceerd,
hetgeen voor nog gevaarlijkere situaties leidt. Daarom zijn er een aantal
systemen op de markt, zoals intelligente optisch-electronische
beveiligingssystemen, contactmatten en veiligheids-PLC’s, die dit probleem
oplossen.
Het principe blijft gewoon hetzelfde als dat van een normaal alom gebruikt
noodstopcircuit. Als kern beschikt men over een serieschakeling van
breekcontacten, die stroom voert (1 is) wanneer er geen enkele noodstop is
ingedrukt, en die geen stroom voeren wanneer er één of meerdere noodstoppen
zijn bekrachtigd. Het enige verschil nu is dat we nu niet werken met
noodstopknoppen als "brekend" medium, maar met alternatieve systemen
zoals lichtgordijnen, contactmatten e.d. Enkele mogelijkheden :
Veiligheidslichtschermen en –lichtgordijnen zijn de ideale beveiliging van
personen bij installaties en machines met gevaarbrengende bewegingen. Ze bewaken
contactloos gevaarlijke zones aan persen, stansmachines, alsmede gevarenzones en
toegangen bij installaties en machines.
Algemeen beschikt men over een zender en een ontvanger. Dit geheel maakt dan via
uitgangen deel uit van het noodstopcircuit, en zal het noodstopcircuit
onderbreken wanneer iets of iemand het lichtgordijn doorkruist.
Meestal zijn ze zeer compact en in verschillende beveiligingshoogten en
reikwijdten te verkrijgen.
Marktleider in deze sector is ongetwijfeld Sick Optic Electronic, zij beschikken
over een zeer uitgebreid gamma lichtgordijnen. Zo hebben zij o.a. het
onderhoudsvrije veiligheidsscherm FGS, dat geschikt is voor vinger- en
handbeveiliging bijvoorbeeld bij persen en inlegmachines. Zijn
beveiligingshoogte kan tussen 300 en 1800 mm gekozen worden en zijn reikwijdte
kan gaan van 0,3 tot 6 m voor vingerbeveiliging en van 0,3 tot 18 m voor
handbeveiliging. Hij behoort tot veiligheidsklasse 4. In combinatie met de
externe veiligheidsmodule LCU heeft men ongekende toepassingsmogelijkheden.
In dezelfde categorie van lichtgordijnen is er dan nog de LGT (veiligheidsklasse
2), die zeer kleine afmetingen heeft en vooral gebruikt wordt voor
handbeveiliging aan houtbewerkingsmachines, carrouselautomaten en
productiestraten.
Een ander type lichtgordijn is die voor inloopbeveiliging. Hier heeft men de
veiligheidslichtschermen LGS en MSL, en de veiligheidsfotocelen WSU/WEU 26 allen
met veiligheidsklasse 4, en alle geschikt voor persoonsbeveiliging bij robots,
bewerkingscentra en palletiseermachines.
Contactmatten
Een werkzone kan ook beveiligd worden met zogenaamde contactmatten die rond
of in de te bewaken zone gelegd worden. Contact- of schakelmatten (Safety mats)
bevatten over het gehele oppervlak elektrische schakelelementen, die sluiten
zodra een persoon de mat betreedt. De matten zijn naar eigen wens te maken, alle
vormen zijn mogelijk, en modulaire opbouw is mogelijk door de matten in serie
met elkaar te koppelen. De schakelelementen op zich bestaan uit gegalvaniseerd
staal en zorgen voor een normaal open contact. Deze schakelmatten zijn
samengesteld om een volledig actieve bewakingszone te vormen volgens Europese
norm EN1760-1 en worden bedekt met een chemisch ontworpen en sterk bindende
polyurethaan-samenstelling. Deze configuratie biedt grote weerstand tegen
impact, belasting, roest, vocht en chemische middelen.
De matten zijn voorzien van elektrische aansluitkabels, die aan een zone-monitor
module kunnen aangesloten worden, om op zijn beurt de machine te doen stoppen
indien nodig.
Vlakbewaking
Dit is een vrij nieuwe techniek van zonebeveiliging. Sick bracht met zijn
PLS een tastende laserscanner op de markt, die met onzichtbare infrarode
laserstralen de omgeving aftast. Als een stand-alone, bedrijfszekere sensor,
scant de PLS zijn omgeving zonder gebruik te maken van reflectoren of
afzonderlijke ontvangers. Het te scannen veld kan naar de exacte vorm van een
willekeurige zone door de gebruiker worden vastgelegd. Door de infraroodstraal
detecteert de PLS objecten of personen die de gescande zone binnentreden en
genereert veiligheids- of navigatiefuncties. Deze contactloze
veiligheidsbewaking elimineert obstructie van mechanische barrières. De
scanzone is op te delen in drie verschillende gebruiker-gedefinieerde zones :
Ten eerste de veiligheidszone, ten tweede de waarschuwingszone en ten derde de
gescande zone. Wanneer de PLS nu een persoon of voorwerp detecteert in de
veiligheidszone (rijkwijdte radius 4m), dan werkt hij als een normale noodstop,
en gaat hij elke willekeurige beweging stopzetten. Als hij nu een persoon of
voorwerp in de waarschuwingszone detecteert (rijkwijdte radius 15m), dan
genereert hij een waarschuwingssignaal, hetgeen ook nog gebruikt kan worden om
andere acties te initiëren. Onafhankelijk van de gebruiker-gedefinieerde
veiligheids- en waarschuwingszone, scant de PLS continu zijn omgeving, dit is
dan de gescande zone (rijkwijdte radius 50m). Deze zones kunnen op 5cm
nauwkeurig "in-geteached" worden m.b.v. de PLS gebruikerssoftware voor
Windows.
Een gepulseerd licht gereflecteerd door een draaiende spiegel, scant over een
hoek van 180° rond de PLS. Wanneer er nu iets of iemand in de scanzone
binnentreedt, dan vangt de PLS het gereflecteerde infraroodlicht terug op. Het
tijdsinterval tussen uitgezonden en ontvangen signaal is een maat voor de
afstand tussen voorwerp en PLS.
De PLS is een zelf-controlerend veiligheidstoestel, en de solid-state uitgangen
laten directe aansluiting met een machine-besturingssysteem of met een PLC toe.
Veiligheids-PLC’s
Nieuwe tendens in de veiligheidstechniek is de ontwikkeling van
veiligheids-PLC’s. Daar vroeger de PLC de relaistechnologie van normale
besturingsfuncties overnam, gaat nu de veiligheids-PLC de op veiligheidsrelais
gebaseerde veiligheidscircuits vereenvoudigen.
Een traditioneel veiligheidssysteem met relais e.d. waarvoor men drie
elektrische kasten nodig had, wordt nu vervangen door één kast met een
veiligheids-PLC in.
Koptrekker op dit terrein is ongetwijfeld Pilz met hun veiligheidsbesturing PSS.
Deze zorgt met zijn drie-kanalig redundante diverse opbouw voor een systeem dat
voldoet aan beschermingsklasse 4 (EN954-1). Met drie processoren verzekert men
een redundant systeem, en door deze drie processoren van verschillend fabrikaat
te nemen is de waarschijnlijkheid dat ze alledrie dezelfde fout maken zeer
klein. Wat nu de PSS zo veilig maakt tegenover een normale PLC is het feit dat
hij de drie processoren parallel laat werken, en pas wanneer ze alledrie
dezelfde uitkomst geven, gaat hij zijn uitgangen genereren. Om nu toch zo snel
mogelijk op eventuele fouten in te spelen is de module voorzien van
zelftest-functies, zoals de watchdog en de spanningsbewaking, die cyclisch
worden uitgevoerd. Voor het programmeren heeft Pilz standaardfunctieblokken
gemaakt.
In tegenstelling tot de relaistechniek biedt de PSS minder kablering, minder
installatietijd, minder kosten en voorgekauwde functieblokken. Ook is het
foutzoeken sterk vereenvoudigd door de complete fout-diagnose functie, die
bijdraagt tot kortere break-down-tijden. En omdat men vandaag de dag niet meer
om het begrip "open systemen" heen kan, is verbinding met andere PLC’s
mogelijk via vrije toepassings-interfaces en via de Interbus-slave en de
Profibus DP-slave modules.
Ing. Xavier De Buysscher
Protection
de zones
Les hommes avant tout
L’automatisation a
considérablement amélioré les conditions de travail par rapport au passé. D’autre
part, la société exige un travail de plus en plus efficace. Cela signifie un
rythme de travail accru et donc un danger potentiel plus grand. C’est pour
cette raison que la notion de « lieu de travail sécurisé » devient
toujours plus importante, soutenue en cela par les exigences sociales et par les
réglementations légales. Comment garantir cette sécurité ? Un
commentaire.
Une barrière totale ou des
procédures manuel les et mécaniques considérables représentent souvent un
obstacle à la production efficace. Pire encore, elles sont souvent surmontées
ou forcées ce qui débouche sur des situations dangereuses. C’est pour cette
raison que le marché propose différents systèmes, tels que les systèmes de
protection optiques/électroniques intelligents, les tapis de contact et les PLC
(API) de sécurité qui apportent une solution à ces problèmes.
Le principe est le même que celui d’un circuit d’arrêt d’urgence normal
et d’utilisation courante. Le noyau comprend une série de contacts de rupture
qui transmettent le courant lorsqu’aucun bouton d’urgence n’est actionné
et qui coupent instantanément le courant lorsqu’un ou plusieurs boutons d’urgence
sont enfoncés. La seule différence réside dans le fait que nous ne
travaillons plus avec des boutons d’arrêt d’urgence comme moyen de
« rupture » mais plutôt avec des systèmes alternatifs comme les
rideaux lumineux, les tapis de contact etc. Voici quelques possibilités :
Ecrans lumineux de sécurité
Les écrans et rideaux lumineux de sécurité représentent la protection
idéale pour les personnes qui se trouvent à proximités d’installations et
de machines aux déplacements dangereux. Ils surveillent sans aucun contact les
zones dangereuses des presses et des perforatrices ainsi que les zones à risque
et d’accès des installations et des machines.
En général, on dispose d’un émetteur et d’un récepteur. Via des sorties,
cet ensemble fait alors partie du circuit d’arrêt d’urgence et il
interrompra celui-ci dès qu’un objet ou une personne traverse le rideaux
lumineux.
Ils sont généralement très compacts et disponibles en plusieurs hauteurs de
protection et portées d’émission.
Le leader de ce marché est sans aucun doute Sick Optic Electronic qui dispose d’une
gamme très étendue de rideaux lumineux. Ils proposent entre autre l’écran
de protection FGS, exempt d’entretien, qui convient à la protection des
doigts et des mains dans le cas de presses et de machines d’encartage. Sa
hauteur de protection peut être choisie entre 300 et 1800 mm et sa portée peut
aller de 0,3 à 6 m pour la protection des doigts et de 0,3 à 18 m pour les
mains. Il appartient à la classe de sécurité 4. En combinaison avec le module
externe de sécurité LCU, les domaines d’application sont sans précédent.
Dans la même catégorie de rideaux lumineux, nous avons le LGT (classe de
sécurité 2) qui est de dimensions très réduites et est surtout utilisé pour
la sécurité des mains aux machines à bois, aux automates en carrousel et aux
allées de production.
Un autre type de rideaux lumineux est celui qui est destiné à la protection du
lancement. On a recours ici à des écrans lumineux de sécurité LGS et MSL
ainsi qu’aux cellules photoélectriques de sécurité WSU/WEU 26, tous de
classe de sécurité 4 et convenant tous pour la protection des personnes à
proximité de robots, de centres de traitement et de machines de palettisation.
Tapis de contact
Une zone de travail peut également être sécurisée au moyen de ce que l’on
appelle les tapis de contact qui sont disposés autour ou dans la zone à
surveiller. Les tapis de contact ou tapis de commutation (safety mats) disposent
d’éléments électriques de commutation qui sont répartis sur l’ensemble
de la surface. Ces éléments ferment le circuit dès qu’une personne les
foule. Les tapis peuvent être fabriqués sur mesure, toutes les formes sont
possibles et le système est modulaire en couplant les tapis entre eux. Les
éléments de commutation sont fabriqués en acier galvanisé et assurent un
contact ouvert normal. Ces tapis de commutation sont composés de manière à
former une zone active de surveillance répondant aux normes européennes NE
1760-1. Ils sont recouverts d’une composition de polyuréthanne
particulièrement contraignante. Cette configuration offre une résistance
importante aux impacts, au chargement, à l’oxydation, à l’humidité et aux
produits chimiques.
Les tapis sont pourvus de câbles électriques de connexion qui peuvent être
raccordés à un moniteur de zone qui arrêtera à son tour la machine lorsque
cela s’impose.
Surveillance de surface
Il s’agit d’une technique de protection de zone relativement nouvelle.
Grâce à son PLS, Sick a lancé sur le marché un scanner laser à balayage qui
scrute l’environnement au moyen de rayons laser invisibles à infrarouge. En
tant que capteur « stand-alone » fiable, le PLS balaye son
environnement sans avoir recours à des réflecteurs ou récepteurs séparés.
La plage à scanner peut être fixé par l’utilisateur selon les formes
exactes d’une zone arbitraire. Grâce au rayon infrarouge, le PLS détecte des
objets ou des personnes qui pénètrent dans la zone scannée et il génère
immédiatement des fonctions de protection ou de navigation. Cette surveillance
sans contact élimine l’obstruction des barrières mécaniques. La zone à
scanner peut être subdivisée en trois zones d’identification
différentes : premièrement, la zone de sécurité ; en second lieu,
la zone d’avertissement et, en troisième lieu, la zone scannée. Lorsque le
PLS détecte une personne ou un objet dans la zone de sécurité (portée
radiale de 4 m), il agira comme un bouton d’arrêt d’urgence normal et
bloquera tout mouvement quelconque. Lorsqu’il détecte une personne ou un
objet dans la zone d’avertissement (portée radiale de 15 m), il génère un
signal d’alarme qui peut également être utilisé pour générer d’autres
actions. Indépendamment des zones de sécurité et d’avertissement, définies
par l’utilisateur, le PLS scanne son environnement, donc la zone à scanner
(portée radiale de 50 m). Ces zones peuvent être introduites avec une
précision à 5 cm au moyen du logiciel utilisateur PLS pour Windows.
Une lumière pulsée, reflétée par un miroir rotatif, scanne sous un angle de
180° autour du PLS. Lorsqu’un objet ou une personne pénètre la zone de
scanning, le PLS réceptionne la lumière infrarouge reflétée. L’intervalle
entre l’émission et la réception du signal correspond à la distance entre l’objet
et le PLS.
Le PLS est un appareil de protection auto-contrôlant et les sorties sans
pièces mobiles permettent une connexion directe à un système de commande de
machine ou à un PLC.
La nouvelle tendance dans la technique de protection est celle des PLC de
protection. Comme, par le passé, le PLC reprenait la technologie de relais des
fonctions de commande normales, le PLC de protection simplifie aujourd’hui les
circuits de protection basés sur les relais de sécurité.
Un système de sécurité traditionnel avec relais et autres, qui nécessitait
trois boîtiers électriques, est remplacé aujourd’hui par un seul boîtier
contenant un PLC de sécurité.
Le pionnier dans ce domaine est sans contestation Pilz avec sa commande de
sécurité PSS. Grâce à sa construction redondante diverse à trois canaux, ce
dernier offre un système qui répond à la classe de protection 4 (NE 954-1). A
l’aide de trois processeurs, on assure un système redondant et, comme les
trois processeurs sont de fabrications différentes, la probabilité qu’ils
fassent tous les trois la même erreur est particulièrement réduite. Ce qui
rend le PSS tellement sûr par rapport à un PLC normal est le fait qu’il fait
travailler les trois processeurs en parallèle et qu’il ne génère ses
sorties que lorsque il obtient trois réponses identiques. Afin de pouvoir
répondre le plus vite possible à d’éventuelles erreurs, le module est
pourvu de fonctions d’auto-contrôle, comme le watchdog et la surveillance de
la tension qui sont effectués de façon cyclique. Pilz a réalisé des blocs
fonctionnels standards pour la programmation.
Contrairement à la technique de relais, le PSS offre un câblage réduit, un
temps d’installation plus court, une économie de coût et des blocs
fonctionnels prémâchés. La détection d’erreurs est également très
simplifiée par la fonction complète de diagnostic d’erreurs qui contribue à
une réduction des temps d’arrêt. Comme la notion de « systèmes
ouverts » est aujourd’hui devenue incontournable, la liaison avec d’autres
PLC est possible via des interfaces de libre application ainsi que via les
modules Interbus-slave et Profibus DP-slave.
Ing. Xavier De Buysscher
