Rezygnacja z zabezpieczeń

Dlaczego bezprzewodowe wyłączniki awaryjne są brakującym ogniwem w operacjach z wykorzystaniem robotów

Wraz z rosnącą popularnością systemów autonomicznych wielu producentów OEM i integratorów nadal polega na stałych, okablowanych wyłącznikach awaryjnych, które nigdy nie zostały zaprojektowane z myślą o współczesnym sposobie działania robotów, jednak oferta bezprzewodowych rozwiązań bezpieczeństwa firmy Cattron stanowi alternatywę, o której istnieniu wielu przedstawicieli branży jeszcze nie wie.

W tym roku wśród specjalistów ds. bezpieczeństwa pracy krąży zdjęcie. Przedstawia ono zaawansowany system robotyczny rozładowujący skrzynie na paletach wewnątrz kontenera transportowego. Robot działa szybko, precyzyjnie i robi ogromne wrażenie. Nadzór nad nim sprawuje operator – trzymając dłoń nad zamontowanym na słupku przyciskiem awaryjnego zatrzymania, po prostu obserwuje. Po prostu obserwuje. 

Zdjęcie to oddaje w jednej klatce główny paradoks współczesnej automatyzacji przemysłowej. Firmy inwestują ogromne środki w systemy robotyczne, aby poprawić wydajność i obniżyć koszty pracy, a następnie wyznaczają osobę, która stoi obok przycisku – na wszelki wypadek. Tego rodzaju rozwiązanie miało sens, gdy komórki robocze były ograniczone do ogrodzonych obszarów w fabrykach motoryzacyjnych. Ma ono znacznie mniej sensu, gdy robot znajduje się wewnątrz naczepy, porusza się autonomicznie po magazynie lub pracuje obok niewyszkolonego personelu w centrum dystrybucyjnym. 

„Są ludzie, którzy nie znają tej technologii” – powiedział Mark Densley, dyrektor ds. sprzedaży w dziale automatyki przemysłowej firmy Cattron. „Nie wiedzą, że można mieć bezprzewodowe wyłączniki awaryjne z certyfikatem bezpieczeństwa na tym poziomie”. Podczas niedawnych targów branżowych Densley opowiedział o rozmowie z inżynierem z dużego koncernu motoryzacyjnego, który po prostu nie wierzył, że bezprzewodowe systemy zatrzymania awaryjnego mogą osiągnąć takie same oceny bezpieczeństwa jak ich przewodowe odpowiedniki. 

„Mogą” – zapewnił go Densley. „I w coraz większym stopniu muszą”. 

Problemy z dostępnością w przypadku przewodowych wyłączników awaryjnych 

Podstawowym ograniczeniem fizycznie podłączonego przycisku zatrzymania awaryjnego jest to, że w razie awarii operator musi znajdować się fizycznie w pobliżu przycisku. W tradycyjnej komórce roboczej oznaczało to montaż przycisków zatrzymania awaryjnego w przewidywalnych miejscach wokół ogrodzonego obszaru. Operator wiedział, gdzie znajdują się przyciski, ponieważ obszar roboczy robota był stały i dobrze określony. 

Model ten przestaje sprawdzać się w miarę rozszerzania zastosowań robotyki na bardziej dynamiczne środowiska. Autonomiczne pojazdy poruszają się swobodnie po magazynach. Ramiona robotyczne o zasięgu 20 stóp poruszają się z prędkością, która sprawia, że samo podejście do stałego przycisku staje się zagrożeniem. Systemy przenośników rozciągają się na terenie obiektów, gdzie najbliższy przycisk zatrzymania awaryjnego może znajdować się dziesiątki jardów od miejsca awarii. W każdym z tych przypadków przewodowy przycisk zatrzymania awaryjnego pozostaje niezawodny w miejscu, w którym jest zamontowany, ale odległość między tym punktem a operatorem, który go potrzebuje, tworzy lukę, która powiększa się wraz ze wzrostem złożoności automatyzacji. 

„Największym wyzwaniem jest dostępność” – powiedziała Rebecca Weber, kierowniczka ds. produktów w dziale rozwiązań przemysłowych firmy Cattron. „Wraz z postępem automatyzacji ryzyko i narażenie operatora próbującego uzyskać dostęp do lokalnie zamontowanego wyłącznika awaryjnego rosną wykładniczo”. 

Istnieje również praktyczny problem związany z infrastrukturą. Podłączanie wyłączników awaryjnych do systemów robotycznych wiąże się z dodatkowymi kosztami, zwiększa złożoność instalacji i powoduje pojawienie się potencjalnych punktów awarii. Jeden z producentów elektroniki wdraża obecnie bezprzewodowe wyłączniki awaryjne firmy Cattron w systemie wejściowym właśnie po to, aby wyeliminować koszty związane z poprowadzeniem przewodów w obrębie instalacji, a tym samym jednym posunięciem wyeliminować zarówno ryzyko potknięcia się, jak i obciążenie związane z konserwacją. 

Dwa rozwiązania w zakresie bezprzewodowego wyłącznika awaryjnego, dwa poziomy bezpieczeństwa

Firma Cattron odpowiada na wyzwania związane z bezprzewodowymi systemami zatrzymania awaryjnego, oferując dwa uzupełniające się produkty przeznaczone do różnych profili ryzyka i wymagań funkcjonalnych. 

Safe-E-Stop™to system posiadający certyfikat SIL 3, oceniony i certyfikowany przez TÜV Nord zgodnie z normą IEC 61508. Składa się on z osobistego urządzenia bezpieczeństwa, wielkości zbliżonej do ręcznego radia, które można przypiąć do paska lub kamizelki operatora, oraz z urządzenia bezpieczeństwa maszyny, podłączanego szeregowo do istniejącego, okablowanego obwodu zatrzymania awaryjnego. System zapewnia typowy czas reakcji na zatrzymanie awaryjne wynoszący 320 milisekund, działa w zasięgu przekraczającym 100 metrów i obsługuje jednocześnie do pięciu osobistych urządzeń bezpieczeństwa podłączonych do jednego urządzenia bezpieczeństwa maszyny. Baterie wystarczają na ponad 14 godzin pracy na jednym ładowaniu, co pozwala na obsługę wielu zmian. Urządzenia osobiste są dostępne w pięciu kolorach, co ułatwia ich identyfikację w różnych zespołach i strefach. 

Klasa SIL 3 nabiera szczególnego znaczenia w środowiskach, w których mogą przebywać osoby nieprzeszkolone. Na przykład w przypadku wdrożeń pojazdów AGV na dużą skalę w magazynach pojazdy autonomiczne dzielą przestrzeń z pracownikami magazynowymi, którzy mogą mieć ograniczoną znajomość tego sprzętu. Wyższy poziom integralności bezpieczeństwa uwzględnia to zwiększone ryzyko narażenia. 

Urządzenie Safe-D-Stop™posiada klasyfikację PL-d zgodnie z normą EN/ISO 13849 i zostało zaprojektowane specjalnie do zastosowań związanych z bezpieczeństwem maszyn. Oferuje taką samą wygodę bezprzewodowej komunikacji jak Safe-E-Stop, ale posiada dodatkowe funkcje, które odróżniają je od zwykłego urządzenia zatrzymującego. Oprócz podświetlanego wyłącznika zatrzymującego klasy PL-d, Safe-D-Stop zawiera dwa przełączniki kołyskowe klasy PL-d z funkcją odwracania, które można skonfigurować do pełnienia dodatkowych funkcji sterujących. Jego zasięg działania wynosi do 180 metrów, a żywotność baterii przekracza 65 godzin przy użyciu standardowych baterii alkalicznych typu AA. 

Te przełączniki kołyskowe otwierają możliwości zastosowań wykraczające daleko poza zatrzymywanie awaryjne. W zastosowaniach związanych z pojazdami AGV i autonomicznymi wózkami widłowymi klienci wykorzystują je do wykonywania sekwencji konserwacyjnych. Operator jednego z autonomicznych wózków widłowych zaprogramował pełny zakres ruchu wideł za pomocą pojedynczego naciśnięcia przełącznika kołyskowego, umożliwiając technikowi serwisowemu uruchamianie całego mechanizmu bez konieczności powrotu do panelu HMI. Duża firma spedycyjno-logistyczna wykorzystuje Safe-D-Stop wyłącznie jako pilot serwisowy, dzięki czemu jeden technik może ustawić sprzęt w pozycji umożliwiającej diagnostykę bezpośrednio z maszyny, zamiast angażować drugą osobę obsługującą zdalny ekran dotykowy. 

„Dzięki temu jedna osoba nie musi już zajmować się konserwacją” – powiedział Densley. „Wcześniej były dwie osoby: jedna nadzorowała maszynę i zajmowała się usuwaniem usterek, a druga, znajdująca się dość daleko, obsługiwała interfejs HMI, aby ustawić maszynę w pozycji konserwacyjnej. Teraz jedna osoba może to zrobić z miejsca, w którym stoi”. 

Różnica między tymi dwoma produktami ma bezpośrednie przełożenie na ocenę ryzyka. PL-d jest powszechnie akceptowany w większości zastosowań przemysłowych, w których obsługę urządzeń prowadzi przeszkolony personel. Poziom SIL 3 jest wymagany, gdy z urządzeniami mogą mieć kontakt osoby nieprzeszkolone lub gdy konsekwencje awarii wymagają najwyższego poziomu integralności. Prawdopodobieństwo awarii urządzenia Safe-E-Stop firmy Cattron zostało certyfikowane na poziomie 1 140–11 140 lat. 

Techniczna strona równania dotyczącego zatrzymania awaryjnego

Połączenie bezprzewodowe między operatorem a maszyną jest tak samo użyteczne, jak odbiornik, który przekształca polecenie zatrzymania w działanie. Wieloprzewodowa jednostka sterująca maszyną XBMCU firmy Cattron pełni rolę kontrolera po stronie maszyny w systemie Safe-D-Stop i znacznie rozszerza możliwości integracji. Moduł XBMCU obsługuje protokoły PROFINET, Ethernet/IP, podwójny CANbus oraz Modbus RS485, zapewniając integratorom systemów elastyczność protokołów, która pozwala na wdrożenie tego samego sprzętu niezależnie od tego, czy aplikacja wykorzystuje protokoły oparte na sieci Ethernet, powszechne w tradycyjnej automatyce przemysłowej, czy też protokoły oparte na sieci CAN, dominujące w górnictwie i półautonomicznej technice budowlanej. 

Moduł XBMCU umożliwia również komunikację między maszynami za pośrednictwem szyfrowanego protokołu radiowego firmy Cattron. W jednym z półautonomicznych zastosowań budowlanych dwa duże ramiona robotyczne poruszające się po przeciwległych torach wykorzystują moduł XBMCU do wymiany danych z czujników w czasie rzeczywistym. Jeśli jedno z ramion wykryje niewspółosiowość lub rozbieżność czasową, system natychmiast wstrzymuje pracę, chroniąc sprzęt o wartości sięgającej setek tysięcy dolarów lub więcej. W tym przypadku system bezpieczeństwa chroni nie tylko operatorów, ale także same maszyny. 

Integracja z istniejącymi obwodami bezpieczeństwa jest prosta. Odbiornik firmy Cattron jest podłączony szeregowo z istniejącym, przewodowym obwodem zatrzymania awaryjnego, dzięki czemu dla systemu bezpieczeństwa stanowi kolejny fizyczny punkt zatrzymania w pętli. Urządzenie bezprzewodowe po prostu przenosi ten punkt do miejsca, w którym aktualnie znajduje się operator.

Utrzymywanie kontaktu między zmianami

Jednym z praktycznych wyzwań związanych z całodobową, autonomiczną eksploatacją jest zarządzanie bezprzewodowymi urządzeniami zatrzymania awaryjnego podczas zmian personelu bez konieczności wstrzymywania produkcji. Firma Cattron rozwiązuje ten problem dzięki opatentowanemu procesowi Link i D-Link, który pozwala operatorom na bezpieczne podłączanie i odłączanie ich osobistych urządzeń zatrzymania awaryjnego od obwodu bezpieczeństwa poprzez celową sekwencję naciśnięć przycisków. Bez tej funkcji bezprzewodowe urządzenie zatrzymania awaryjnego, które przestaje działać – czy to z powodu zmiany zmiany, czy wymiany baterii – zostałoby zarejestrowane jako przerwanie obwodu i spowodowałoby zatrzymanie całego systemu. 

Konfiguracja i uruchomienie odbywają się za pośrednictwemCattronLink – bezprzewodowego narzędzia programującego firmy Cattron, zgodnego ze standardem Bluetooth 5 i nowszymi wersjami. W przypadku wdrożeń opartych na modułach XBMCU i CBMCU nowe systemy można uruchomić za pomocą mechanizmu, który Weber określił jako „mechanizm kopiuj-wklej”, umożliwiającego powielanie konfiguracji na wielu pojazdach AGV lub komórkach robotycznych bez konieczności rozpoczynania od zera za każdym razem. W przypadku instalacji Safe-E-Stop opartych na przekaźnikach przeszkolony technik może przejść od rozpakowania do uruchomienia w mniej niż pół dnia. Systemy oparte na Cattron XBMCU, wyposażone w interfejs typu „plug-and-play” z dwoma złączami, mogą działać jeszcze szybciej.

O czym rynek nie wie 

Na pytanie o to, co jest najważniejszą rzeczą, jaką producenci robotów i integratorzy systemów powinni wiedzieć na temat bezprzewodowych wyłączników awaryjnych, zarówno Weber, jak i Densley udzielili tej samej odpowiedzi: technologia ta istnieje i spełnia lub przewyższa wymagania bezpieczeństwa stawiane systemom przewodowym. 

Ta luka w świadomości stanowi zarówno wyzwanie rynkowe, jak i szansę. Zastosowanie zrobotyzowanych komórek roboczych wykroczyło poza spawanie w przemyśle motoryzacyjnym i obejmuje obecnie obsługę maszyn, paletyzację, magazynowanie, sterowanie przenośnikami, a nawet autonomiczne kierowanie pojazdami – gdzie jeden z głównych producentów samochodów wykorzystuje bezprzewodowe wyłączniki awaryjne do monitorowania samochodów elektrycznych, które samodzielnie zjeżdżają z linii montażowej i autonomicznie parkują na placu. Wiodący operator parków rozrywki wykorzystuje bezprzewodowe przyciski zatrzymania awaryjnego o klasie SIL 3 jako dedykowaną warstwę bezpieczeństwa dla autonomicznych postaci animatronicznych, które wchodzą w interakcję z gośćmi, w tym dziećmi, z bliskiej odległości. 

Nie są to przypadki skrajne. Są to sygnały wskazujące, w jakim kierunku zmierza automatyzacja i gdzie tradycyjne, przewodowe systemy bezpieczeństwa coraz częściej zawodzą. Jak ujął to Weber, bezprzewodowe wyłączniki awaryjne stanowią „klucz do stworzenia nowej generacji bezpiecznego, autonomicznego sterowania”. 

Dla operatora stojącego obok tego robota z dłonią zawieszoną nad przyciskiem przesłanie jest proste: przypiąć urządzenie do paska, cofnąć się i pozwolić maszynie wykonywać swoją pracę, podczas gdy ty wykonujesz swoją.