Сензори за безопасност

• Модерното индустриално оборудване става все по-динамично, мощно и автоматизирано, а с това нарастват и рисковете от инциденти
  
  
• В края на 2023 г. глобалният пазар на сензори за безопасност е в размер на близо 2 млрд. щатски долара, а прогнозите сочат, че до 2032 г. ще достигне 3,2 млрд. долара
  
  
• На пазара се предлага богат асортимент от решения за машинна безопасност, които непрекъснато се усъвършенстват с еволюцията на сензорните технологии

Модерното индустриално оборудване става все по-динамично, мощно и автоматизирано. Непрекъснато се множат приложенията, в които хората споделят общо работно пространство с роботи, мобилни платформи, автономни транспортни средства, високоскоростни конвейери и бързодействащи машини. С увеличаването на темпото и производителността в съвременните фабрики обаче неимоверно нараства и рискът от инциденти. Ето защо осигуряването на безкомпромисна сигурност за служителите, стоките и материалните активи е не просто ключов приоритет за предприятията, но и стриктно регламентиран техен ангажимент, например чрез действащата в ЕС Директива относно машините.

Основно средство за постигането на тази цел са сензорите за безопасност – специализирани устройства, проектирани да регистрират потенциално рискови условия, да сигнализират за непосредствена опасност и да активират навременни ограничителни мерки, чрез които да бъдат предотвратявани сблъсъци, наранявания и други злополуки.

С постоянното повишаване на степента на автоматизация на промишленото оборудване логично се разраства и глобалният пазар на сейфти сензори, който в края на 2023 г. е в размер на близо 2 млрд. щатски долара. Прогнозите на маркетинговите анализатори сочат, че до 2032 г. сегментът ще достигне цели 3,2 млрд. долара.

Предпоставки за разрастване на глобалния пазар

Минимизирането на инцидентите вследствие на навлизане на хора в опасните зони около работещи машини, роботи и технологични линии води не само до цялостно повишаване на безопасността за персонала, но и до съществено редуциране на нежеланите престои на оборудването, причиняващи непредвидени разходи, загуби и пропуснати ползи за предприятията. С това генерално се увеличават ефективността и производителността – изконни цели на научно-техническия прогрес и индустриалната автоматизация.

На пазара се предлага богат асортимент от различни по тип и устройство решения за машинна безопасност, които непрекъснато се усъвършенстват с еволюцията на сензорните технологии и дигитализацията. В този сегмент попадат светлинните бариери и завеси, радарните сензори, лазерните скенери, предпазните енкодери, сензорите за безопасно разстояние, 2D и 3D сейфти камерите, модулите за контрол и мониторинг на движението, релетата, ключалките, превключвателите и изключвателите за безопасност, предпазните врати, бутоните за аварийно спиране, подложките за безопасност (т. нар. safety mats) и т. н. Тези решения могат да бъдат базирани на различни чувствителни елементи и работни принципи, включително детектори за движение и присъствие, акселерометри, биосензори, сензори за изображения, индуктивни и магнитни датчици, оптоелектронни детектори, фотоелектрически превключватели и др. Общото между всички тях е, че гарантират зонова защита или защита на достъпа до опасни точки, например входове и изходи на помещения и технологични линии, работни маси на машини, междинни и крайни позиции на роботизирани манипулатори и хващачи и т. н.

Освен като устройства за стационарен монтаж, които предпазват работниците от навлизане в рискови участъци на цеховете около работещи машини, като ги известяват за опасността и/или подават сигнал за мигновено забавяне/спиране на оборудването, сензорите за безопасност могат да бъдат интегрирани и в самоходни системи. Такива са самонасочващите се превозни средства (AGV) и автономните мобилни роботи (AMR), които все по-масово се използват в производството, складовата дейност и логистиката. Усъвършенствани сейфти устройства, като лазерни скенери и камери за безопасност, се грижат за това автоматизираната платформа да разпознава други движещи се или неподвижни обекти в работния обсег или зрителното поле на сензора (хора, препятствия, стени, товари, палети, складови единици, други мобилни платформи и т. н.) и да избягва съприкосновения и сблъсъци с тях.

Специфики и приложения

Високата ефективност на съвременните сензори за безопасност е сред най-съществените фактори и за възхода на колаборативните роботи в модерното производство. Коботите разчитат на различни технологии за безопасно ограничаване и дори зануляване на скоростта, мощността, силата и въртящия момент при наличие на оператор в работната зона или риск от контакт между него и робота.

Независимо дали са предназначени за обезопасяване на взаимодействието между човек и кобот, класически индустриален робот или машина, сензорите за безопасност гарантират, че са постигнати т. нар. “Изисквани нива на ефективност” (Required Performance Levels, PL). Те подпомагат оценката на риска относно свързаните с безопасността контролери и други компоненти за управление, касаещи движението, скоростта и въртенето на машината (SRP/CS), съгласно стандарта ISO 13849-1 “Безопасност на машините. Части от системите за управление, свързани с безопасността”. Той дефинира различни класове на безопасност – от PLa (ниска) до PLe (висока), които се съотнасят към възможностите на съответните компоненти на системата за управление да обезпечат изпълнението на основните функции за безопасност при предвидими условия. Със сходна приложимост е стандартът EN/ISO 62061, който определя “Интегрирано ниво на сигурност” (Safety Integrity Level, SIL) и позволява изчисляване на това какво намаляване на риска от аварийни повреди на технологично оборудване може да бъде постигнато чрез съответната система за безопасност.

Сейфти сензорите са проектирани да защитават операторите при отваряне на врати, предпазни люкове, корпуси или капаци, като предотвратяват всякакви опасни движения на машината от този момент нататък. Какъв тип устройства в сегмента е необходимо да бъдат интегрирани в нея зависи именно от нивото й на безопасност според приложимите стандарти. Ето защо в процеса на дизайн на машините производителите е необходимо внимателно да дефинират всички потенциални злополуки, които биха могли да възникнат вследствие на експлоатацията им.

За да осъществяват надеждна детекция на хора и обекти и да поддържат висока наличност, сейфти сензорите – критични елементи на съвременните автоматизирани приложения в индустрията, е необходимо да разполагат с отлична устойчивост и издръжливост на агресивни фактори и среди, включително удари, вибрации, влага, запрашаване, слънчева светлина и т. н. Важни изисквания към тези устройства са да бъдат с високо качество и разполагаемост, както и да осигуряват разходно ефективни решения на поставените задачи.

Сензорите за безопасност намират широко приложение в машиностроенето, автомобилната индустрия, производството, хранително-вкусовата промишленост, минното дело, строителния сектор, фармацевтичната, нефтено-газовата промишленост и т. н. Приложенията им нарастват с увеличаването на степента на автоматизация и роботизация в съвременните заводи и промишлени съоръжения, като автомобилостроенето е сред най-големите клиентски индустрии към момента. В този бранш по-традиционни средства, като светлинни завеси и подложки за безопасност, се използват отдавна. Но технологичното развитие на производствените методи и системи, например с колаборативни приложения, налага въвеждането и на по-съвременни и усъвършенствани системи за безопасност. Такива са сензорите за детекция на ръце в автоматизираните линии за асемблиране, които предпазват операторите при съвместна работа с мощни машини или роботи.

Основни типове сензори за безопасност

Устройствата за аварийно спиране са критични компоненти на съвременното индустриално оборудване, които осигуряват безопасното преустановяване на работата му при извънредни условия. Тези изключватели функционират като отказоустойчиви механизми, които могат да бъдат интегрирани в сейфти веригата на технологичната система във връзка със съответните релета за машинна безопасност.
Устройствата за авариен стоп могат да бъдат активирани от операторите в случай на потенциален риск от инцидент и надеждно да предотвратят всякакви потенциални сблъсъци, наранявания и други злополуки.

Превключвателите за безопасност и операторските устройства за управление на автоматизирани машини, линии, подемно-транспортна техника, роботи и други технологични системи са важно средство за обезопасяване на критични приложения в редица промишлени сектори, включително в машиностроенето, производството, строителната механизация и т. н. Тези решения предоставят на служителя, използващ или надзираващ съответното оборудване, мигновен контрол върху работата му и възможност за незабавно активиране на необходимите функции за безопасност. Пазарът предлага както специализирани за конкретни приложения операторски бутони и пултове за безопасност с разширени възможности, така и по-универсални устройства с базова функционалност, които лесно биха могли да бъдат интегрирани във всяка автоматизирана система. Традиционно тези устройства се предлагат в специално индустриално изпълнение, тъй като обикновено се използват в тежки и агресивни среди и приложения.

Широко популярни в наши дни са и светлинните завеси, които защитават конкретни опасни точки в производствените обекти, например зони за достъп до работещи машини. Тези високоефективни системи генерират множество инфрачервени лъчи, които създават непреодолима (без съответната индикация, сигнализация или предпазно последващо действие) бариера, като прецизно регистрират навлизането не само на хора, но и на различни обекти през защитения вход или изход.

Светлинни завеси могат да се използват и за предотвратяване на наранявания по пръстите и ръцете на операторите при работа с тежки и мощни машини, като преси, системи с режещи инструменти, металообработващо оборудване и т. н. Светлинните бариери са отлично решение и за роботизирани клетки, включително в колаборативни приложения.

Предлагат се и специални сензори за безопасност, проектирани да защитават операторите в контактните зони на врати, машини или инструментална екипировка с остри ръбове, като абкант преси например. Т. нар. “safety edge” сензори обезопасяват тези системи, като възпрепятстват нараняването на пръстите, ръцете или други части от тялото чрез незабавно спиране на действието на механизма и/или връщането му в отворена позиция.

Сред най-популярните сензори за безопасност в индустрията са и сейфти превключвателите за врати, които се предлагат в изключително широк асортимент от модели, версии и варианти с различни работни характеристики. Те идентифицират затварянето на разнообразни предпазни средства, като механични защити, врати, портали, люкове, капаци и т. н. Някои от превключвателите за безопасност изискват използването на уникални ключове или изпълнителни механизми за деактивирането на защитната функция, което предотвратява всякакъв неоторизиран достъп до защитената входно-изходна точка или помещение.

Едни от най-масово използваните типове сейфти сензори в модерната промишленост са лазерните скенери, които гарантират защита на съответните зони както в хоризонтално, така и във вертикално направление. Основен фактор за все по-широкото им разпространение е възможността да бъдат използвани безпроблемно не само в стационарни, но и в мобилни приложения, където осигуряват надеждна детекция на присъствие и спомагат за избягване на сблъсъци.

Благодарение на сензори за безопасност, като лазерни скенери, сейфти камери и сензори за машинно зрение, радарни и LiDAR датчици, енкодери, ултразвукови и RFID сензори и други сходни технологии, AGV и AMR системите могат да навигират сигурно и безпроблемно в комплексни среди в производствени халета, складови зони и логистични центрове. С помощта на подходящата комбинация от сейфти устройства тези системи са в състояние автономно да се придвижват, да извършват товаро-разтоварни дейности и да изпълняват други сложни задачи без необходимост от операторски надзор и най-вече – без риск от сблъсъци помежду си и опасност за персонала, стоките и другите материални активи. Именно поради интеграцията на надеждни сензори за безопасност мобилните роботи могат гъвкаво да се адаптират към различни приложения и се доказват като една от най-ефективните технологии на Industry 4.0.

Релетата за машинна безопасност и програмируемите сейфти системи са други ключови елементи на управлението в съвременната индустриална автоматизация. Техни основни функции са да осъществяват мониторинг на работния статус на сейфти сензорите, да задействат разнообразни функции за безопасност и да гарантират съответствие с приложимите стандарти и регулации относно безопасността. Чрез комбинирането на подходящи сейфти релета, контролери и сензори потребителите могат да изграждат цялостни решения, персонализирани за съответното приложение, които гарантират високо ниво на безопасност и оптимална производителност с минимални престои и разходи.