Odpojení od bezpečnostního kabelu

Proč jsou bezdrátová nouzová zastavení chybějícím článkem v robotických operacích

S rostoucím rozšířením autonomních systémů se mnoho výrobců originálního vybavení (OEM) a integrátorů stále spoléhá na pevně instalovaná nouzová zastavení, která nebyla nikdy navržena s ohledem na to, jak dnes roboti fungují. Bezdrátové bezpečnostní řešení společnosti Cattron však nabízí alternativu, o jejíž existenci mnozí v oboru dosud nevědí.

Mezi odborníky na bezpečnost práce letos koluje jedna fotografie. Je na ní zachycen sofistikovaný robotický systém, který vykládá krabice na paletách uvnitř přepravního kontejneru. Robot je rychlý, přesný a působivý. Dohlíží na něj lidský operátor, který drží ruku nad pevně připevněným tlačítkem nouzového zastavení na sloupku a pozoruje ho. Jen pozoruje. 

Tento snímek zachycuje v jediném záběru ústřední paradox moderní průmyslové automatizace. Společnosti investují značné prostředky do robotických systémů, aby zvýšily efektivitu a snížily náklady na pracovní sílu, a pak k tlačítku postaví člověka, jen pro případ nouze. Takové uspořádání dávalo smysl, když byly robotické pracovní buňky omezeny na oplocené prostory v automobilových závodech. Dává to však podstatně méně smysl, když se robot nachází uvnitř přívěsu, autonomně se pohybuje po skladu nebo pracuje po boku neškoleného personálu v distribučním centru. 

„Existují lidé, kteří o této technologii nevědí,“ řekl Mark Densley, ředitel prodeje v divizi průmyslové automatizace společnosti Cattron. „Nevědí, že je možné mít bezdrátová nouzová zastavení s takovou úrovní bezpečnostní certifikace.“ Na nedávném oborovém veletrhu Densley vyprávěl o rozhovoru s inženýrem z jedné z velkých automobilek, který prostě nevěřil, že bezdrátové systémy nouzového zastavení mohou dosáhnout stejných bezpečnostních hodnocení jako jejich kabelové protějšky. 

„Mohou,“ ujistil ho Densley. „A čím dál tím víc to musí dělat.“ 

Problémy s přístupností u pevně zapojených nouzových vypínačů 

Zásadním omezením pevně zapojeného nouzového vypínače je to, že v případě poruchy musí být obsluha fyzicky v blízkosti tlačítka. V tradiční robotické pracovní buňce to znamenalo umístění nouzových vypínačů na předvídatelných místech kolem oploceného prostoru. Obsluha věděla, kde se tlačítka nacházejí, protože pracovní prostor robota byl pevně daný a jasně vymezený. 

Tento model přestává fungovat, jakmile se robotické aplikace rozšiřují do dynamičtějších prostředí. Autonomní vozidla se volně pohybují po skladech. Robotická ramena s dosahem 20 stop se pohybují takovou rychlostí, že samotný přístup k pevně umístěnému tlačítku představuje nebezpečí. Dopravníkové systémy se táhnou napříč provozy, kde může být nejbližší nouzové zastavení desítky yardů od místa poruchy. V každém z těchto případů zůstává pevně zapojené nouzové zastavení spolehlivé v místě, kde je namontováno, ale vzdálenost mezi tímto místem a obsluhou, která jej potřebuje, vytváří mezeru, která se zvětšuje s rostoucí složitostí automatizace. 

„Největší výzvou je přístupnost,“ uvedla Rebecca Weberová, produktová manažerka pro průmyslová řešení společnosti Cattron. „S rostoucí vyspělostí automatizace se exponenciálně zvyšuje riziko a ohrožení obsluhy, která se pokouší dostat k lokálně namontovanému nouzovému vypínači.“ 

Existuje také praktický problém související s infrastrukturou. Zapojení nouzových vypínačů do robotických systémů zvyšuje náklady, složitost a počet potenciálních míst poruchy. Jeden výrobce elektroniky v současné době zavádí bezdrátové nouzové vypínače Cattron do vstupního systému právě s cílem eliminovat náklady na vedení kabelů v rámci instalace, čímž jediným rozhodnutím odstraňuje jak riziko zakopnutí, tak zátěž spojenou s údržbou. 

Dvě řešení bezdrátového nouzového zastavení, dvě úrovně bezpečnosti

Společnost Cattron řeší problém bezdrátových nouzových zastavení pomocí dvou vzájemně se doplňujících produktů, které jsou určeny pro různé profily rizika a funkční požadavky. 

Safe-E-Stop™je systém s certifikací SIL 3, který byl posouzen a certifikován společností TÜV Nord podle normy IEC 61508. Skládá se z osobního bezpečnostního zařízení, které má přibližně velikost ruční vysílačky a připevňuje se na opasek nebo vestu obsluhy, a ze strojního bezpečnostního zařízení, které se zapojuje do série se stávajícím pevně zapojeným obvodem nouzového zastavení. Systém dosahuje typické doby odezvy nouzového vypnutí 320 milisekund, funguje na vzdálenost přesahující 100 metrů a podporuje až pět osobních bezpečnostních zařízení připojených současně k jednomu strojnímu bezpečnostnímu zařízení. Baterie vydrží na jedno nabití více než 14 hodin, což pokrývá několik směn. Osobní zařízení jsou k dispozici v pěti barvách pro snadnou identifikaci v rámci různých týmů a zón. 

Klasifikace SIL 3 nabývá na významu zejména v prostředích, kde se mohou nacházet neškolení pracovníci. Například při rozsáhlém nasazení autonomních vozidel (AGV) ve skladech sdílejí tato vozidla prostor se skladovými pracovníky, kteří nemusí být s tímto zařízením dostatečně seznámeni. Vyšší úroveň bezpečnostní integrity zohledňuje toto zvýšené riziko vystavení nebezpečí. 

Zařízení Safe-D-Stop™je klasifikováno na úroveň PL-d podle normy EN/ISO 13849 a je navrženo speciálně pro aplikace v oblasti bezpečnosti strojů. Nabízí stejné výhody bezdrátového připojení jako Safe-E-Stop, ale navíc disponuje funkcemi, které jej odlišují od čistě zastavovacího zařízení. Kromě osvětleného zastavovacího spínače třídy PL-d obsahuje Safe-D-Stop také dva kolébkové spínače třídy PL-d s reverzním spínáním, které lze nakonfigurovat pro pomocné řídicí funkce. Jeho dosah činí až 180 metrů a výdrž baterií přesahuje 65 hodin při použití standardních alkalických baterií typu AA. 

Tyto kolébkové spínače otevírají možnosti využití, které daleko přesahují pouhé nouzové zastavení. V aplikacích s automaticky řízenými vozíky (AGV) a autonomními vysokozdvižnými vozíky je zákazníci využívají k provádění údržbových postupů. Jeden provozovatel autonomních vysokozdvižných vozíků naprogramoval celý rozsah pohybu vidlic svého vozíku tak, aby se spouštěl jediným stisknutím kolébkového spínače, což umožňuje technikovi údržby provádět cykly celého mechanismu, aniž by se musel vracet k ovládacímu panelu HMI. Velká přepravní a logistická společnost používá Safe-D-Stop výhradně jako přívěsné ovládání pro údržbu, což umožňuje jedinému technikovi nastavit polohu zařízení pro odstraňování závad přímo ze stroje, aniž by byla nutná druhá osoba u vzdáleného dotykového displeje. 

„Díky tomu se jedna osoba mohla zbavit údržbářské práce,“ řekl Densley. „Dříve tam byli dva lidé – jeden dohlížel na stroj a řešil poruchy, zatímco druhý seděl u ovládacího panelu HMI, který byl poměrně daleko, a ovládal jej tak, aby stroj přepnul do údržbářské polohy. Nyní to zvládne jedna osoba přímo z místa, kde stojí.“ 

Rozdíl mezi těmito dvěma produkty přímo souvisí s posouzením rizik. Úroveň PL-d je široce přijímána pro většinu průmyslových aplikací, kde pracují proškolení pracovníci. Úroveň SIL 3 se stanovuje v případech, kdy se se zařízením mohou setkat neproškolené osoby, nebo když důsledky selhání vyžadují nejvyšší úroveň integrity. Pravděpodobnost selhání zařízení Safe-E-Stop od společnosti Cattron je certifikována na 1 140–11 140 let. 

Technická stránka rovnice nouzového zastavení

Bezdrátové spojení mezi operátorem a strojem je užitečné pouze do té míry, do jaké je užitečný přijímač, který převádí příkaz k zastavení do konkrétní akce. Multifunkční řídicí jednotka stroje XBMCU od společnosti Cattron slouží jako řídicí jednotka na straně stroje pro systém Safe-D-Stop a výrazně rozšiřuje možnosti integrace. XBMCU podporuje protokoly PROFINET, Ethernet/IP, duální CANbus a Modbus RS485, čímž poskytuje systémovým integrátorům flexibilitu v oblasti protokolů a umožňuje jim nasadit stejný hardware bez ohledu na to, zda aplikace využívá protokoly založené na Ethernetu, běžné v tradiční průmyslové automatizaci, nebo protokoly založené na CAN, které převládají v těžebním průmyslu a u poloautonomních stavebních strojů. 

XBMCU také umožňuje komunikaci mezi stroji prostřednictvím šifrovaného rádiového protokolu společnosti Cattron. V jedné poloautonomní stavební aplikaci využívají dvě velká robotická ramena, která pracují na protilehlých kolejích, XBMCU k výměně dat ze senzorů v reálném čase. Pokud jedno rameno zjistí nesouosost nebo časovou nesrovnalost, systém okamžitě zastaví provoz, čímž chrání technické vybavení, jehož hodnota může dosahovat stovek tisíc dolarů i více. V tomto případě bezpečnostní systém chrání nejen obsluhu, ale i samotné stroje. 

Integrace do stávajících bezpečnostních obvodů je velmi jednoduchá. Přijímač Cattron se zapojuje do série se stávajícím pevně zapojeným obvodem nouzového zastavení, přičemž se pro bezpečnostní systém jeví jako další fyzický zastavovací bod v okruhu. Bezdrátové zařízení tento bod jednoduše rozšiřuje tam, kde se právě nachází obsluha.

Zůstat v kontaktu i mezi směnami

Jednou z praktických výzev při nepřetržitém autonomním provozu je správa bezdrátových nouzových zastavení při střídání směn, aniž by došlo k zastavení výroby. Společnost Cattron tento problém řeší pomocí svého patentovaného procesu Link a D-Link, který operátorům umožňuje bezpečně připojit a odpojit jejich osobní nouzová zastavovací zařízení od bezpečnostního obvodu pomocí záměrné sekvence stisků tlačítek. Bez této funkce by odpojení bezdrátového nouzového zastavovacího zařízení, ať už v důsledku střídání směn nebo výměny baterie, bylo zaznamenáno jako přerušení obvodu a zastavilo by celý systém. 

Konfigurace a uvedení do provozu probíhají prostřednictvímCattronLink, bezdrátového programovacího nástroje společnosti Cattron kompatibilního s Bluetooth 5 a novějšími verzemi. V případě nasazení jednotek XBMCU a CBMCU lze nové systémy uvést do provozu pomocí toho, co Weber popsal jako „mechanismus kopírování a vkládání“, který replikuje konfigurace napříč více autonomními vozidly (AGV) nebo robotickými buňkami, aniž by bylo nutné pokaždé začínat od nuly. U instalací systému Safe-E-Stop založených na relé může vyškolený technik zvládnout celý proces od vybalení až po uvedení do provozu za méně než půl dne. Systémy Cattron založené na XBMCU s rozhraním typu „plug-and-play“ se dvěma konektory mohou být ještě rychlejší.

Co trh neví 

Na otázku, co je podle nich nejdůležitější, co by výrobci robotů a systémoví integrátoři měli vědět o bezdrátových nouzových zastavovačích, odpověděli Weber i Densley stejně: že tato technologie existuje a že splňuje nebo dokonce překračuje bezpečnostní normy pro kabelové systémy. 

Tato mezera v povědomí představuje jak výzvu pro trh, tak i příležitost. Robotické pracovní buňky se rozšířily z automobilového svařování do oblastí obsluhy strojů, paletizace, skladování, řízení dopravníků a dokonce i autonomního usměrňování vozidel, kde jeden z předních výrobců automobilů využívá bezdrátová nouzová zastavení k monitorování elektromobilů, které samy sjíždějí z montážní linky a autonomně parkují na parkovišti. Přední provozovatel zábavních parků využívá bezdrátová nouzová zastavení s certifikací SIL 3 jako specializovanou bezpečnostní vrstvu pro autonomní animatronické postavy, které zblízka interagují s návštěvníky, včetně dětí. 

Nejedná se o ojedinělé případy. Jsou to ukazatele toho, kam směřuje automatizace a v jakých oblastech tradiční pevně zapojené bezpečnostní systémy stále častěji selhávají. Jak uvedl Weber, bezdrátová nouzová zastavení představují „klíč k otevření nové generace bezpečného autonomního řízení“. 

Pro obsluhu, která stojí vedle toho robota s rukou nad tlačítkem, je poselství jasné: připněte si ho na opasek, ustupte a nechte stroj dělat svou práci, zatímco vy se budete věnovat té své.