Abandonando a segurança

Por que os botões de parada de emergência sem fio são o elo que faltava nas operações robóticas

À medida que os sistemas autônomos se disseminam, muitos fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e integradores ainda dependem de paradas de emergência fixas e com fiação, que nunca foram projetadas para o modo como os robôs funcionam atualmente; no entanto, o portfólio de segurança sem fio da Cattron oferece uma alternativa cuja existência muitos no setor ainda desconhecem.

Uma fotografia vem circulando entre os profissionais de segurança do trabalho este ano. Ela mostra um sofisticado sistema robótico descarregando caixas paletizadas dentro de um contêiner de transporte. O robô é rápido, preciso e impressionante. Observando-o está um operador humano, com a mão pairando sobre um botão de parada de emergência fixo, montado em um poste, apenas observando. Apenas observando. 

A imagem captura, em um único quadro, o paradoxo central da automação industrial moderna. As empresas investem pesadamente em sistemas robóticos para melhorar a eficiência e reduzir os custos com mão de obra, mas depois designam uma pessoa para ficar ao lado de um botão, por precaução. Esse tipo de arranjo fazia sentido quando as células de trabalho robóticas estavam confinadas a áreas cercadas em fábricas automotivas. Faz consideravelmente menos sentido quando o robô está dentro de um reboque, circulando de forma autônoma por um armazém ou operando ao lado de pessoal não treinado em um centro de distribuição. 

“Há pessoas por aí que não conhecem essa tecnologia”, disse Mark Densley, diretor de vendas – Automação Industrial da Cattron. “Elas não sabem que é possível ter paradas de emergência sem fio com esse nível de certificação de segurança.” Em uma feira do setor realizada recentemente, Densley contou sobre uma conversa com um engenheiro de uma grande montadora que simplesmente não acreditava que os sistemas de parada de emergência sem fio pudessem atingir os mesmos índices de segurança que seus equivalentes com fio. 

“Eles podem”, assegurou Densley. “E, cada vez mais, precisam fazer isso.” 

Problemas de acessibilidade com botões de parada de emergência com fiação fixa 

A limitação fundamental de uma parada de emergência com fiação é que ela exige que o operador esteja fisicamente próximo ao botão quando algo dá errado. Em uma célula de trabalho robótica tradicional, isso significava instalar botões de parada de emergência em locais previsíveis ao redor de um perímetro cercado. O operador sabia onde os botões estavam, pois o espaço de trabalho do robô era fixo e bem definido. 

Esse modelo deixa de funcionar à medida que as aplicações robóticas se expandem para ambientes mais dinâmicos. Veículos guiados autônomos circulam livremente pelos armazéns. Braços robóticos com alcance de 20 pés se movem a velocidades que tornam a aproximação a um botão fixo um risco por si só. Sistemas de esteiras se estendem por instalações onde o botão de parada de emergência mais próximo pode estar a dezenas de jardas do ponto de falha. Em cada caso, o botão de parada de emergência com fiação permanece confiável no ponto em que está instalado, mas a distância entre esse ponto e o operador que precisa dele cria uma lacuna que aumenta à medida que a automação se torna mais complexa. 

“A acessibilidade é o maior desafio”, afirmou Rebecca Weber, gerente de produtos das soluções industriais da Cattron. “À medida que a automação se torna mais avançada, o risco e a exposição de um operador que tenta acessar uma parada de emergência instalada localmente aumentam exponencialmente.” 

Há também uma questão prática relacionada à infraestrutura. A instalação de fios para os botões de parada de emergência em sistemas robóticos aumenta os custos, a complexidade e os pontos potenciais de falha. Um fabricante de componentes eletrônicos está atualmente implantando botões de parada de emergência sem fio da Cattron em um sistema básico, especificamente para eliminar os custos decorrentes do traçado de fios pela instalação, removendo tanto os riscos de tropeços quanto a carga de manutenção com uma única decisão. 

Duas soluções de parada de emergência sem fio, dois níveis de segurança

A Cattron enfrenta o desafio da parada de emergência sem fio com dois produtos complementares, projetados para diferentes perfis de risco e requisitos funcionais. 

O Safe-E-Stop™é um sistema certificado segundo o nível SIL 3, avaliado e certificado pela TÜV Nord de acordo com a norma IEC 61508. Ele consiste em um dispositivo de segurança pessoal, aproximadamente do tamanho de um rádio portátil, que se prende ao cinto ou colete do operador, e um dispositivo de segurança da máquina que é conectado em série ao circuito de parada de emergência (E-stop) já instalado. O sistema oferece um tempo de resposta típico de parada de emergência de 320 milissegundos, opera em alcances superiores a 100 metros e suporta até cinco dispositivos de segurança pessoal conectados simultaneamente a um único dispositivo de segurança da máquina. As baterias duram mais de 14 horas com uma única carga, cobrindo vários turnos. Os dispositivos pessoais estão disponíveis em cinco cores para facilitar a identificação entre equipes e zonas. 

A classificação SIL 3 torna-se particularmente relevante em ambientes onde pode haver a presença de pessoal não treinado. Em implantações de AGVs em armazéns de grande porte, por exemplo, os veículos autônomos compartilham o espaço com funcionários do almoxarifado que podem ter pouca familiaridade com o equipamento. O nível mais alto de integridade de segurança leva em conta esse risco elevado de exposição. 

O Safe-D-Stop™possui classificação PL-d de acordo com a norma EN/ISO 13849 e foi projetado especificamente para aplicações de segurança em máquinas. Ele oferece a mesma conveniência sem fio do Safe-E-Stop, mas acrescenta funcionalidades que o diferenciam de um dispositivo de parada simples. Além de seu botão de parada iluminado com classificação PL-d, o Safe-D-Stop inclui dois interruptores basculantes reversíveis com classificação PL-d que podem ser configurados para funções de controle auxiliares. Seu alcance de operação chega a 180 metros, e a duração da bateria ultrapassa 65 horas com o uso de pilhas alcalinas AA padrão. 

Esses interruptores basculantes abrem uma categoria de uso que vai muito além da parada de emergência. Em aplicações com veículos guiados automaticamente (AGV) e empilhadeiras autônomas, os clientes os estão utilizando para executar sequências de manutenção. Um operador de empilhadeira autônoma programou toda a amplitude de movimento dos garfos da empilhadeira por meio de um único toque no interruptor basculante, permitindo que um técnico de manutenção acione todo o mecanismo sem precisar retornar ao painel HMI. Uma grande empresa de transporte e logística utiliza o Safe-D-Stop exclusivamente como um controlador de manutenção portátil, permitindo que um único técnico posicione o equipamento para a solução de problemas diretamente na máquina, em vez de precisar de uma segunda pessoa em uma tela sensível ao toque remota. 

“Isso liberou uma pessoa da tarefa de manutenção”, disse Densley. “Havia duas pessoas: uma supervisionando a máquina e resolvendo problemas, e outra no HMI, bem distante, operando-o para colocar a máquina na posição de manutenção. Agora, uma única pessoa pode fazer isso exatamente de onde está.” 

A distinção entre os dois produtos está diretamente relacionada à avaliação de risco. O PL-d é amplamente aceito para a maioria das aplicações industriais que envolvem pessoal treinado. O SIL 3 é especificado quando pessoas não treinadas podem entrar em contato com o equipamento ou quando as consequências de uma falha exigem o mais alto nível de integridade. A probabilidade de falha da Cattron para o Safe-E-Stop é certificada em 1.140 a 11.140 anos. 

O lado da máquina na equação da parada de emergência

A conexão sem fio entre o operador e a máquina só é útil na medida em que o receptor traduz o comando de parada em ação. A unidade de controle de máquina com múltiplas interfaces XBMCU da Cattron atua como controlador do lado da máquina para o Safe-D-Stop e amplia significativamente o panorama de integração. A XBMCU é compatível com PROFINET, Ethernet/IP, CANbus duplo e Modbus RS485, oferecendo aos integradores de sistemas a flexibilidade de protocolo necessária para implantar o mesmo hardware, independentemente de a aplicação utilizar protocolos baseados em Ethernet — comuns na automação industrial tradicional — ou protocolos baseados em CAN — predominantes na mineração e em equipamentos de construção semiautônomos. 

O XBMCU também permite a comunicação máquina a máquina por meio do protocolo de RF criptografado da Cattron. Em uma aplicação semiautônoma na construção civil, dois grandes braços robóticos operando em trilhos opostos utilizam o XBMCU para trocar dados de sensores em tempo real. Se um dos braços detectar um desalinhamento ou uma discrepância de sincronização, o sistema interrompe a operação imediatamente, protegendo os equipamentos, cujo valor pode chegar a centenas de milhares de dólares ou mais. Nesse caso, o sistema de segurança protege não apenas os operadores humanos, mas também as próprias máquinas. 

A integração com os circuitos de segurança existentes é simples. O receptor da Cattron é conectado em série com o circuito de parada de emergência (E-stop) já instalado, aparecendo para o sistema de segurança como mais um ponto de parada físico no circuito. O dispositivo sem fio simplesmente estende esse ponto até onde quer que o operador esteja.

Mantendo a conexão entre os turnos

Um desafio prático nas operações autônomas 24 horas por dia é gerenciar as paradas de emergência sem fio durante as trocas de turno sem interromper a produção. A Cattron resolve isso com seu processo patenteado Link e D-Link, que permite que os operadores associem e desassociem com segurança seus dispositivos pessoais de parada de emergência do circuito de segurança por meio de uma sequência intencional de pressionamento de botões. Sem esse recurso, uma parada de emergência sem fio que ficasse offline — seja por causa de uma troca de turno ou de bateria — seria registrada como uma interrupção no circuito e paralisaria todo o sistema. 

A configuração e o comissionamento são realizados por meiodo CattronLink, a ferramenta de programação sem fio da Cattron compatível com Bluetooth 5 e versões superiores. Para implantações com XBMCU e CBMCU, novos sistemas podem ser comissionados por meio do que Weber descreveu como um “mecanismo de copiar e colar”, replicando configurações em vários AGVs ou células robóticas sem precisar começar do zero a cada vez. Para instalações do Safe-E-Stop baseadas em relés, um técnico treinado pode passar da abertura da embalagem à operação em menos de meio dia. Os sistemas baseados no Cattron XBMCU, com sua interface plug-and-play de dois conectores, podem ser ainda mais rápidos.

O que o mercado não sabe 

Quando questionados sobre qual fosse o aspecto mais importante que os fabricantes de robôs (OEMs) e integradores de sistemas deveriam compreender sobre as paradas de emergência sem fio, tanto Weber quanto Densley deram a mesma resposta: que a tecnologia existe e que atende ou supera os padrões de segurança dos sistemas com fio. 

Essa lacuna de conscientização representa tanto um desafio de mercado quanto uma oportunidade. As células de trabalho robóticas se expandiram da soldagem automotiva para tarefas como alimentação de máquinas, paletização, armazenagem, controle de esteiras transportadoras e até mesmo o direcionamento de veículos autônomos, onde uma grande montadora utiliza paradas de emergência sem fio para monitorar carros elétricos que saem sozinhos da linha de montagem e estacionam de forma autônoma no pátio. Uma operadora líder de parques temáticos conta com paradas de emergência sem fio com classificação SIL 3 como camada de segurança dedicada para personagens animatrônicos autônomos que interagem com os visitantes, incluindo crianças, a curta distância. 

Esses não são casos isolados. São indicadores da direção que a automação está tomando e de como os sistemas tradicionais de segurança com fiação estão cada vez mais se mostrando insuficientes. Como afirmou Weber, as paradas de emergência sem fio representam “a chave para dar início à próxima geração de controle autônomo seguro”. 

Para o operador que está ao lado daquele robô com a mão pairando sobre um botão, a mensagem é simples: prenda-o no cinto, afaste-se e deixe a máquina fazer o trabalho dela, enquanto você faz o seu.