Cómo los escáneres láser de seguridad en miniatura pueden maximizar la protección y la productividad

La creciente complejidad de la automatización industrial y logística de la Industria 4.0 requiere nuevos enfoques para el diseño de sistemas que maximicen simultáneamente la seguridad y la productividad.

La naturaleza flexible de las operaciones de la Industria 4.0 significa que la ubicación y el alcance de las operaciones peligrosas pueden cambiar ocasionalmente y los sistemas de seguridad deben adaptarse rápidamente. Se necesita un sistema de seguridad reconfigurable, programable y flexible.

La posibilidad de establecer zonas de advertencia para alertar a los trabajadores que se acercan a una zona peligrosa antes de que se acerquen demasiado puede ser una gran ventaja. Evita que los trabajadores entren accidentalmente en la zona peligrosa, hagan saltar un dispositivo de seguridad y apaguen una máquina. Esto mejora el tiempo de actividad y la productividad.

Este artículo comienza con un breve repaso de las normas internacionales sobre alfombras de seguridad y escáneres láser de seguridad, para pasar a continuación a comparar las consideraciones de aplicación de las alfombras de seguridad y los escáneres láser de seguridad, analizando factores como el funcionamiento con contacto frente al funcionamiento sin contacto, la protección del campo de advertencia y la capacidad de ajuste.

Concluye presentando ejemplos de escáneres láser de seguridad en miniatura de SICK y cómo cumplen los requisitos de varias aplicaciones, junto con las opciones de instalación y configuración, incluida la facilidad de sustitución de los escáneres si se dañan.

Entre las principales normas de seguridad figuran la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) 61508, "Seguridad funcional de los sistemas eléctricos/electrónicos/electrónicos programables relacionados con la seguridad (E/E/PE, o E/E/PES)", la Organización Internacional de Normalización (ISO) 13849, "Seguridad de las máquinas - Partes de los sistemas de control relacionadas con la seguridad", y la CEI 61496, "Seguridad de las máquinas - Equipos de protección electrosensibles".

Las alfombras de seguridad y los escáneres láser de seguridad cumplen varias partes de esas normas. Por ejemplo, la norma IEC 61508 define una serie de niveles de integridad de la seguridad (SIL). Los escáneres láser de seguridad cumplen los requisitos SIL 2. Lo mismo ocurre con algunas alfombrillas de seguridad, pero no con todas. Algunas alfombras de seguridad solo cumplen los requisitos de SIL 1, que es un orden de magnitud menos estricto que SIL 2.

Los dispositivos de seguridad SIL 1 están pensados para aplicaciones de bajo riesgo en las que las consecuencias de un fallo no son graves, como la protección básica de máquinas, procesos no críticos y alarmas sencillas. Los dispositivos de seguridad SIL 2 están diseñados para mitigar riesgos que podrían provocar lesiones graves o daños medioambientales significativos, pero no necesariamente sucesos catastróficos.

Utilizando conceptos similares a los SIL, la norma ISO 13849 define los niveles de rendimiento (PL). Las alfombras de seguridad suelen tener la certificación PLc, mientras que los escáneres láser de seguridad deben tener la certificación PLd, más exigente. Algunas instalaciones de alfombras de seguridad también pueden cumplir los requisitos de rendimiento PLd.

Para obtener la certificación, un escáner láser de seguridad debe cumplir los requisitos SIL 2, PLd e IEC 61496-3, que cubren específicamente los dispositivos de protección optoelectrónicos activos sensibles a la reflexión difusa (AOPDDR, o escáneres láser). Las implicaciones de las distintas certificaciones de seguridad para alfombras de seguridad y escáneres láser de seguridad son importantes, pero son sólo el principio a la hora de maximizar la protección y la productividad.

Más a tener en cuenta

Tanto las alfombras de seguridad como los escáneres láser de seguridad debidamente especificados pueden cumplir los requisitos de seguridad de la CEI y la ISO. Pero ahí no acaba la historia; hay más cosas que tener en cuenta en las aplicaciones de automatización de fábricas y logística de la Industria 4.0.

Una alfombra de seguridad es una matriz de interruptores mecánicos. Cuando un peso, como el de una persona que pisa la alfombra, cierra uno o varios de los interruptores, envía una señal al controlador de la alfombra que detiene el funcionamiento del sistema protegido.

La naturaleza mecánica de las alfombras de seguridad puede ser motivo de preocupación. En primer lugar, para que la alfombrilla funcione, debe haber contacto directo con una persona que camine por ella. En segundo lugar, las alfombrillas están sometidas a desgaste y (a veces literalmente) desgarro. Las personas pueden dejar caer herramientas pesadas y/o afiladas sobre la alfombrilla, dañándola (Figura 1). O una carretilla elevadora puede atravesar la alfombra y dañarla. Los factores ambientales, como los derrames de materiales corrosivos, también pueden comprometer la estera.

Figura 1: El funcionamiento de las alfombras de seguridad requiere contacto físico y puede verse comprometido por accidentes y riesgos ambientales. (Fuente de la imagen: SICK)

Ajustabilidad

Las alfombras de seguridad son instalaciones intrínsecamente fijas y no son ajustables. Existen diferentes tamaños y configuraciones de esteras para requisitos de instalación específicos. Esto puede plantear retos en las fábricas de la Industria 4.0 y en las operaciones logísticas sujetas a reconfiguración a medida que cambian las demandas de los procesos.

La introducción de cambios en los sistemas basados en alfombras de seguridad puede requerir la adquisición de una nueva alfombra, lo que prolonga el tiempo necesario para que el cambio sea operativo. Esto puede afectar negativamente a la disponibilidad de la máquina y a la productividad global.

Una forma de minimizar el impacto es tener a mano varios tamaños de alfombras de seguridad de recambio. Esto puede agilizar los cambios y la sustitución de alfombrillas dañadas. Pero también es caro. También puede ser necesario tener a mano varios controladores de alfombrillas de seguridad, ya que no todas las alfombrillas son compatibles con todos los controladores.

Estos problemas pueden resolverse utilizando escáneres láser de seguridad. Los escáneres láser de seguridad no se basan en interruptores mecánicos; son dispositivos electrónicos que pueden ajustarse a diversas necesidades de aplicación.

Los escáneres láser de seguridad son una tecnología sin contacto que utiliza un láser de infrarrojos (IR) para escanear el entorno en dos dimensiones. Emiten breves impulsos de luz infrarroja. Si un pulso de luz incide sobre un objeto, se refleja en el escáner. La distancia al objeto puede determinarse con un alto grado de precisión basándose en el intervalo de tiempo entre el momento de la transmisión y el momento en que vuelve la luz reflejada.

La capacidad de determinar la distancia a los obstáculos permite a los escáneres láser de seguridad establecer una serie de campos de advertencia y protección en función de la proximidad de un objeto. Algunos escáneres láser de seguridad pueden tener docenas de campos definidos. Eso puede ser útil para aplicaciones como la navegación de un robot móvil autónomo.

Los escáneres láser de seguridad S300 Mini Standard de SICK están optimizados para aplicaciones de seguridad que necesitan que tres campos definidos -un campo de protección y dos campos de advertencia- estén activos simultáneamente. Sus dimensiones compactas de 102 x 116 x 105 milímetros (A x H x P) las hacen adecuadas para aplicaciones como células de trabajo robotizadas y vehículos de guiado automático (AGV) (Figura 2).

Figura 2: Comparación del tamaño del escáner láser de seguridad S30 Mini Standard y una lata de refresco. (Fuente de la imagen: SICK)

Los escáneres S300 Mini Standard tienen un ángulo de exploración de 270° para cubrir un área amplia y una resolución seleccionable para la detección de manos, piernas o cuerpo. Estos escáneres admiten alcances de campo de advertencia de hasta 8 m y están disponibles con tres alcances máximos de campo de protección:

• Un medidor, modelo 1058000
• Dos medidores, modelo 1050932
• Tres medidores, modelo 1056430

Entornos dinámicos

Los entornos dinámicos, en los que la disposición o las condiciones operativas cambian o en los que los vehículos autoguiados se desplazan, pueden beneficiarse de los escáneres láser de seguridad configurables. Las zonas de detección pueden modificarse en función de las necesidades de protección.

Establecer varios campos de advertencia puede ser especialmente útil para evitar que la gente se acerque demasiado y apague una máquina. Los dispositivos de señalización de advertencia pueden incluir una simple luz intermitente si se traspasa el primer campo de advertencia y una sirena o bocina de advertencia si se entra en el segundo campo de advertencia. Existen normas específicas para calcular el tamaño de los campos de protección.

Cálculo de la distancia de seguridad

La norma ISO 13855, "Seguridad de la maquinaria: posicionamiento de las protecciones con respecto al enfoque del cuerpo humano" , incluye directrices para calcular la distancia mínima de seguridad necesaria para detener una máquina cuando una persona se acerca a ella. La norma ISO 13855 se aplica a varios tipos de dispositivos de seguridad, como escáneres láser de seguridad, cortinas ópticas de seguridad, dispositivos sensibles a la presión, alfombras y suelos de seguridad, etc.

Puede ser útil para calcular el tamaño de los campos de seguridad de los escáneres láser de seguridad (figura 3). Una fórmula común para calcular la distancia de seguridad, S, es S = (K × (TM + TS)) + ZG + ZR + CRO, donde:

• K = Velocidad de aproximación (1.600 mm/s, definida en ISO 13855)
• TM = Tiempo de parada de la máquina o del sistema
• TS = Tiempo de respuesta del escáner láser de seguridad y del controlador posterior
• ZG = Suplemento general = 100 mm
• ZR = Suplemento por errores de medición relacionados con la reflexión
• CRO = Suplemento para evitar la sobrepesca

Figura 3: Las directrices ISO 13855 pueden utilizarse para calcular el tamaño de los campos de seguridad (rojo) para escáneres láser de seguridad como el S300 Mini Standard. (Fuente de la imagen: SICK)

Vehículos de guiado automático (AGV)

Los vehículos de guiado automático (AGV) mueven artículos de forma rápida y eficiente sin intervención humana en fábricas, almacenes y centros de distribución de la Industria 4.0. En algunos AGV, se utilizan bandas o parachoques con interruptor para detectar obstáculos. Esto puede limitar la velocidad de desplazamiento del AGV, y los listones o parachoques pueden sufrir daños físicos que obliguen a sustituirlos y dejen al AGV fuera de servicio durante un tiempo.

Para mantener la seguridad, la flexibilidad y la máxima disponibilidad, los AGV pueden sustituir a las bandas de conmutación y los parachoques como principales dispositivos de seguridad, y pueden incluir un escáner láser de seguridad para detectar obstáculos y detenerse con seguridad. El pequeño tamaño del S300 Mini facilita la integración, incluso en los AGV más pequeños (Figura 4).

Figura 4: El tamaño compacto de los escáneres láser de seguridad S300 Mini Standard permite montarlos en AGV pequeños. (Fuente de la imagen: SICK)

El uso de dos escáneres láser de seguridad puede proporcionar una zona protegida ampliada. Si los escáneres se montan en las esquinas delanteras del AGV, la zona protegida se extiende a la parte delantera y a ambos lados del vehículo. Supongamos que los escáneres están montados en diagonal uno frente al otro en la parte delantera y trasera del vehículo. En ese caso, el área protegida rodeará todos los lados del AGV, permitiendo un movimiento seguro en ambas direcciones.

Configuración, instalación y mantenimiento

El software de configuración y diagnóstico (CDS) de SICK puede utilizarse para definir campos de protección y advertencia mediante un PC o una computadora portátil. El software incluye una interfaz intuitiva para el diseño y la implementación de aplicaciones. El software también calcula y guarda todos los datos de configuración y diagnóstico para una puesta en servicio rápida y/o una localización eficaz de averías. La configuración y el diagnóstico pueden realizarse durante la puesta en marcha o el mantenimiento.

SICK también ofrece una selección de kits de montaje para fijar físicamente los escáneres láser de seguridad S300 Mini. El kit 1a, modelo 2034324, es el soporte de montaje básico sin cubierta protectora para la óptica, y el kit 1b, modelo 2034325, incluye protección para la óptica (figura 5). Además, se pueden añadir soportes de montaje suplementarios, incluidos el kit 2, modelo 2039302, y el kit 3, modelo 2039303, para alinear los escáneres en dos planos. El ángulo máximo de ajuste es de ±11° en ambos planos.

Figura 5: El kit de montaje 1b incluye la protección de la cubierta de la óptica. (Fuente de la imagen: SICK)

Los kits de montaje también permiten sustituir rápidamente los cabezales de escáner dañados. El cabezal del escáner de recambio se acopla a la clavija de conexión del sistema, que está montada de forma fija en la máquina. El cabezal de recambio descarga inmediatamente los datos de configuración de la clavija de conexión del sistema y asume las tareas de seguridad programadas, sin reprogramación ni descarga manual de los datos de configuración. Es un proceso plug-and-play que minimiza el tiempo de inactividad de las máquinas.

Resumen

Los escáneres láser de seguridad S300 Mini Standard ofrecen una sólida alternativa a las alfombras de seguridad en fábricas, almacenes y centros de distribución de la Industria 4.0 que maximizan simultáneamente la seguridad y la productividad. Cumplen las normas de seguridad IEC 61508, ISO 13849 e IEC 61496 y son adecuados para instalaciones fijas y plataformas móviles como los AGV. Por último, los escáneres láser de seguridad S300 Mini Standard admiten una configuración, instalación y mantenimiento flexibles y rápidos.