Rinunciare alla sicurezza

Perché i dispositivi di arresto di emergenza wireless sono l’anello mancante nelle operazioni robotiche

Con la diffusione dei sistemi autonomi, molti produttori OEM e integratori continuano ad affidarsi a dispositivi di arresto di emergenza fissi e cablati, che non sono mai stati progettati per il funzionamento dei robot odierni; tuttavia, la gamma di soluzioni di sicurezza wireless di Cattron offre un’alternativa di cui molti operatori del settore non conoscono ancora l’esistenza.

Quest'anno tra i professionisti della sicurezza sul lavoro sta circolando una fotografia. Mostra un sofisticato sistema robotico impegnato a scaricare scatole pallettizzate all'interno di un container. Il robot è veloce, preciso e impressionante. A sorvegliarlo c'è un operatore umano, con la mano sospesa sopra un pulsante di arresto di emergenza fisso montato su un montante, che osserva. Si limita a osservare. 

L’immagine coglie, in un unico fotogramma, il paradosso centrale dell’automazione industriale moderna. Le aziende investono ingenti somme in sistemi robotici per migliorare l’efficienza e ridurre i costi di manodopera, per poi assegnare a una persona il compito di stare accanto a un pulsante, per ogni evenienza. È il tipo di soluzione che aveva senso quando le celle di lavoro robotizzate erano confinate in aree recintate negli stabilimenti automobilistici. Ha molto meno senso quando il robot si trova all’interno di un rimorchio, si muove in modo autonomo all’interno di un magazzino o opera a fianco di personale non addestrato in un centro di distribuzione. 

«Ci sono persone che non conoscono questa tecnologia», ha affermato Mark Densley, direttore vendite – Automazione industriale, Cattron. «Non sanno che è possibile avere arresti di emergenza wireless con questo livello di certificazione di sicurezza». In occasione di una recente fiera di settore, Densley ha raccontato una conversazione avuta con un ingegnere di un’importante casa automobilistica che semplicemente non credeva che i sistemi di arresto di emergenza wireless potessero raggiungere gli stessi livelli di sicurezza delle loro controparti cablate. 

«Possono farlo», lo rassicurò Densley. «E, sempre più spesso, devono farlo». 

Problemi di accessibilità con i pulsanti di arresto di emergenza cablati 

Il limite fondamentale di un pulsante di arresto di emergenza cablato è che richiede che l’operatore si trovi fisicamente vicino al pulsante quando si verifica un problema. In una cella di lavoro robotizzata tradizionale, ciò significava installare pulsanti di arresto di emergenza in punti prevedibili lungo il perimetro recintato. L’operatore sapeva dove si trovavano i pulsanti perché lo spazio di lavoro del robot era fisso e ben definito. 

Questo modello non è più valido man mano che le applicazioni robotiche si espandono in ambienti più dinamici. I veicoli a guida autonoma si muovono liberamente nei magazzini. I bracci robotici con una portata di 20 piedi si muovono a velocità tali che avvicinarsi a un pulsante fisso diventa di per sé un pericolo. I sistemi di trasporto si estendono all’interno degli stabilimenti, dove il pulsante di arresto di emergenza più vicino può trovarsi a dozzine di iarde dal punto di guasto. In ogni caso, il pulsante di arresto di emergenza cablato rimane affidabile nel punto in cui è installato, ma la distanza tra quel punto e l’operatore che ne ha bisogno crea un divario che aumenta man mano che l’automazione diventa più complessa. 

«L’accessibilità è la sfida più grande», ha affermato Rebecca Weber, responsabile di prodotto per le soluzioni industriali di Cattron. «Man mano che l’automazione diventa più avanzata, il rischio e l’esposizione a cui va incontro un operatore che cerca di accedere a un pulsante di arresto di emergenza montato in loco aumentano in modo esponenziale». 

C'è anche una questione pratica legata alle infrastrutture. Il cablaggio dei pulsanti di arresto di emergenza nei sistemi robotici comporta un aumento dei costi, della complessità e dei potenziali punti di guasto. Un produttore di componenti elettronici sta attualmente implementando i pulsanti di arresto di emergenza wireless Cattron su un sistema di accesso proprio per eliminare i costi legati al passaggio dei cavi all'interno dell'impianto, eliminando con un'unica decisione sia i rischi di inciampo che gli oneri di manutenzione. 

Due soluzioni di arresto di emergenza wireless, due livelli di sicurezza

Cattron affronta la sfida dell'arresto di emergenza wireless con due prodotti complementari progettati per diversi profili di rischio e requisiti funzionali. 

Il Safe-E-Stop™è un sistema certificato SIL 3, valutato e certificato da TÜV Nord secondo la norma IEC 61508. È costituito da un dispositivo di sicurezza personale, delle dimensioni approssimative di una radio portatile, che si aggancia alla cintura o al giubbotto dell’operatore, e da un dispositivo di sicurezza della macchina collegato in serie al circuito di arresto di emergenza cablato esistente. Il sistema garantisce un tempo di risposta tipico dell’arresto di emergenza pari a 320 millisecondi, opera a distanze superiori a 100 metri e supporta contemporaneamente fino a cinque dispositivi di sicurezza personali collegati a un unico dispositivo di sicurezza della macchina. Le batterie hanno un’autonomia di oltre 14 ore con una singola ricarica, coprendo così più turni di lavoro. I dispositivi personali sono disponibili in cinque colori per facilitarne l’identificazione tra i vari team e nelle diverse zone. 

Il livello SIL 3 assume particolare rilevanza in ambienti in cui può essere presente personale non addestrato. Nelle implementazioni su larga scala di veicoli a guida automatica (AGV) nei magazzini, ad esempio, i veicoli autonomi condividono lo spazio con gli addetti al magazzino, che potrebbero avere una familiarità limitata con le attrezzature. Il livello di integrità di sicurezza più elevato tiene conto di tale rischio di esposizione accresciuto. 

Il Safe-D-Stop™è classificato PL-d secondo la norma EN/ISO 13849 ed è progettato specificamente per applicazioni di sicurezza delle macchine. Offre la stessa praticità wireless del Safe-E-Stop, ma aggiunge funzionalità che lo distinguono da un semplice dispositivo di arresto. Oltre al pulsante di arresto illuminato classificato PL-d, il Safe-D-Stop include due interruttori a bilanciere di inversione classificati PL-d che possono essere configurati per funzioni di controllo ausiliarie. Il suo raggio d’azione arriva fino a 180 metri e la durata della batteria supera le 65 ore utilizzando batterie alcaline AA standard. 

Questi interruttori a bilanciere aprono la strada a una categoria di utilizzo che va ben oltre l’arresto di emergenza. Nelle applicazioni con veicoli a guida automatica (AGV) e carrelli elevatori autonomi, i clienti li utilizzano per eseguire sequenze di manutenzione. Un operatore di carrelli elevatori autonomi ha programmato l’intera gamma di movimenti delle forche del proprio carrello tramite la semplice pressione di un interruttore a bilanciere, consentendo a un tecnico di manutenzione di azionare l’intero meccanismo senza dover tornare al pannello HMI. Un’importante azienda di spedizioni e logistica utilizza il Safe-D-Stop esclusivamente come telecomando di manutenzione, consentendo a un singolo tecnico di posizionare l’attrezzatura per la risoluzione dei problemi direttamente dalla macchina, anziché richiedere la presenza di una seconda persona davanti a un touchscreen remoto. 

«Questo ha permesso di liberare una persona dal compito di manutenzione», ha detto Densley. «Prima c’erano due persone: una che controllava la macchina e ne risolvava i problemi, e un’altra, piuttosto lontana, che, dall’interfaccia uomo-macchina (HMI), la azionava per portarla in posizione di manutenzione. Ora una sola persona può farlo direttamente da dove si trova». 

La distinzione tra i due prodotti si riflette direttamente nella valutazione del rischio. Il PL-d è ampiamente accettato per la maggior parte delle applicazioni industriali che coinvolgono personale addestrato. Il SIL 3 viene specificato quando persone non addestrate potrebbero entrare in contatto con l’apparecchiatura, oppure quando le conseguenze di un guasto richiedono il massimo livello di integrità. La probabilità di guasto certificata da Cattron per il Safe-E-Stop è compresa tra 1.140 e 11.140 anni. 

Il lato "macchina" dell'equazione dell'arresto di emergenza

Il collegamento wireless tra l’operatore e la macchina è utile solo nella misura in cui lo è il ricevitore che traduce il comando di arresto in un’azione concreta. L’unità di controllo macchina multi-interfaccia XBMCU di Cattron funge da controller lato macchina per il sistema Safe-D-Stop e amplia notevolmente le possibilità di integrazione. L’XBMCU supporta PROFINET, Ethernet/IP, doppio CANbus e Modbus RS485, offrendo agli integratori di sistemi la flessibilità protocollare necessaria per implementare lo stesso hardware indipendentemente dal fatto che l’applicazione utilizzi protocolli basati su Ethernet, comuni nell’automazione industriale tradizionale, o protocolli basati su CAN, prevalenti nel settore minerario e nelle macchine edili semiautonome. 

L’XBMCU consente inoltre la comunicazione da macchina a macchina tramite il protocollo RF crittografato di Cattron. In un’applicazione semi-autonoma nel settore edile, due grandi bracci robotici che operano su binari opposti utilizzano l’XBMCU per scambiarsi dati dei sensori in tempo reale. Se uno dei bracci rileva un disallineamento o una discrepanza di sincronizzazione, il sistema interrompe immediatamente l’operazione, proteggendo le attrezzature che possono valere centinaia di migliaia di dollari o più. In questo caso, il sistema di sicurezza protegge non solo gli operatori umani, ma anche le macchine stesse. 

L'integrazione con i circuiti di sicurezza esistenti è molto semplice. Il ricevitore Cattron viene collegato in serie con il circuito di arresto di emergenza cablato esistente, presentandosi al sistema di sicurezza come un ulteriore punto di arresto fisico nel circuito. Il dispositivo wireless si limita a estendere tale punto ovunque si trovi l'operatore.

Rimanere in contatto tra un turno e l'altro

Una delle sfide pratiche nelle operazioni autonome 24 ore su 24 è la gestione dei dispositivi di arresto di emergenza wireless durante i cambi di turno senza interrompere la produzione. Cattron risolve questo problema grazie al suo processo brevettato Link e D-Link, che consente agli operatori di associare e disassociare in modo sicuro i propri dispositivi di arresto di emergenza personali dal circuito di sicurezza tramite una sequenza intenzionale di pressioni dei pulsanti. Senza questa funzionalità, un arresto di emergenza wireless che si disconnette, sia a causa di un cambio di turno che di una sostituzione della batteria, verrebbe registrato come un'interruzione del circuito e arresterebbe l'intero sistema. 

La configurazione e la messa in servizio avvengono tramiteCattronLink, lo strumento di programmazione wireless di Cattron compatibile con Bluetooth 5 e versioni successive. Per le implementazioni con XBMCU e CBMCU, i nuovi sistemi possono essere messi in servizio tramite quello che Weber ha descritto come un “meccanismo copia-incolla”, che replica le configurazioni su più AGV o celle robotiche senza dover ripartire da zero ogni volta. Per le installazioni Safe-E-Stop basate su relè, un tecnico qualificato può passare dal disimballaggio alla messa in funzione in meno di mezza giornata. I sistemi Cattron basati su XBMCU, con la loro interfaccia plug-and-play a due connettori, possono essere ancora più veloci.

Ciò che il mercato non sa 

Alla domanda su quale fosse l’aspetto più importante che i produttori di robot (OEM) e gli integratori di sistemi dovrebbero comprendere riguardo agli arresti di emergenza wireless, sia Weber che Densley hanno fornito la stessa risposta: che la tecnologia esiste e che soddisfa o supera gli standard di sicurezza dei sistemi cablati. 

Questo divario di consapevolezza rappresenta sia una sfida di mercato che un’opportunità. Le celle di lavoro robotizzate si sono estese dalla saldatura nel settore automobilistico all’assistenza alle macchine, alla pallettizzazione, alla gestione del magazzino, al controllo dei nastri trasportatori e persino alla gestione dei veicoli autonomi, dove un’importante casa automobilistica utilizza arresti di emergenza wireless per monitorare le auto elettriche che escono autonomamente dalla linea di assemblaggio e parcheggiano in modo autonomo nel piazzale. Un importante gestore di parchi a tema si affida a arresti di emergenza wireless classificati SIL 3 come livello di sicurezza dedicato per i personaggi animatronici autonomi che interagiscono a distanza ravvicinata con i visitatori, compresi i bambini. 

Non si tratta di casi isolati. Sono indicatori della direzione che sta prendendo l’automazione e dei limiti sempre più evidenti dei tradizionali sistemi di sicurezza cablati. Come ha affermato Weber, gli arresti di emergenza wireless rappresentano “la chiave per sbloccare la prossima generazione di controlli autonomi sicuri”. 

Per l'operatore in piedi accanto a quel robot, con la mano sospesa sopra un pulsante, il messaggio è semplice: aggancialo alla cintura, fai un passo indietro e lascia che la macchina faccia il suo lavoro, mentre tu fai il tuo.