Techniczne środki bezpieczeństwa

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa – przegląd funkcjonalności7 min read

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa to urządzenia bezpieczeństwa zaprojektowane w celu ochrony osób, które będą pracować w bezpośrednim dostępie do niebezpiecznej strefy maszyny.

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa są zasadniczo czujnikami obecności lub ruchu. Oznacza to, że tworzą dwuwymiarową strefę fotoelektrycznych wiązek światła pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem, które następnie wyczuwają, gdy obiekt wpada w to pole świetlne. Wykrycie wtargnięcia człowieka przez kurtynę działa na zasadzie przerwania wiązki świetlnej. Kurtyna bezpieczeństwa podłączona do układu logicznego odpowiedzialnego za bezpieczeństwo (przekaźnik bezpieczeństwa, wejścia bezpieczne sterownika programowalnego bezpieczeństwa) stanowi wraz układem logicznym wspólny systemem sterowania odpowiedzialny za bezpieczeństwo. System taki, wykrywając przerwanie wiązki świetlnej ma za zadanie zrealizować odpowiednią reakcję, umożliwiając dostęp człowieka do elementów zagrażających w sposób bezpieczny. W ten sposób zabezpieczają one strefę niebezpieczną przed dostępem do potencjalnie niebezpiecznych ruchów maszyn.

Zaletą kurtyn bezpieczeństwa jest to, że dostęp do strefy niebezpiecznej maszyny nie jest zablokowany mechaniczną osłoną. Jeśli operator musi mieć zapewniony częsty lub regularny dostęp do maszyny, a dostęp ten stanowi dla operatora narażenie na ryzyko, zamiast  osłon mechanicznych korzystne jest zastosowanie optoelektronicznych urządzeń bezpieczeństwa. Dzięki temu zyskuje:

  • krótszy czas dostępu (operator nie musi czekać na otwarcie osłony ruchomej),
  • zwiększoną wydajność (oszczędność czasu podczas ręcznego podawania i odbierania materiału),
  • poprawioną ergonomię stanowiska pracy (operator nie musi obsługiwać fizycznej osłony).

Istnieją dwie odmiany kurtyn bezpieczeństwa. Te odmiany są oparte na skali zapewnianej przez nie ochrony.

  • Kurtyny świetlne bezpieczeństwa POC (Point of Operation Control): kurtyny świetlne tego typu zostały zaprojektowane w celu ochrony na małą skalę. W szczególności pomagają chronić dłonie, palce i ramiona, które będą obsługiwać maszynę. Kurtyny świetlne tego typu są zwykle umieszczone bardzo blisko maszyny, bezpośrednio tam, gdzie pracownik będzie przez nią dostawał się do strefy niebezpiecznej.
  • Kurtyny świetlne bezpieczeństwa (PAC): kurtyny świetlne tego typu różnią się od kurtyn typu POC tym, że zapewnia one pełną ochronę ciała. Zasadniczo tworzą one wygrodzenie wokół maszyn, i są zaprojektowane do wykrywania ludzi lub przedmiotów, gdy wchodzą w barierę światła.

Zarówno kurtyny świetlne POC, jak i PAC działają w ten sam sposób. Jedyną istotną różnicą między nimi jest ich wielkość i skala, co sprawia, że ​​ich zastosowanie podlega pewnym regułom. W języku polskim przyjęło się nazywać kurtynami bezpieczeństwa urządzenia typu POC, a barierami bezpieczeństwa urządzenia typu PAC.

Dostępne są 2 typy kurtyn świetlnych bezpieczeństwa:

  • kurtyna typu 2,
  • kurtyna typu 4.

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 4 charakteryzują się powtarzalnym, automatycznym sprawdzaniem krzyżowym pod kątem zakłóceń i błędów. Jeśli wystąpi problem, Typ 4 zauważy go natychmiast a część obwodu sterowania związana z bezpieczeństwem, która współpracuje z kurtyną spowoduje natychmiastowe pojawienie się reakcji na takie zdarzenie. Reakcja ta może być np. warunkiem natychmiastowego zatrzymania się niebezpiecznej części maszyny. Maszyna nie wznowi swojej pracy, dopóki uszkodzona część nie zostanie skontrolowana i ewentualnie wymieniona.

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 2 nie są tak rygorystyczne. Okresowo przeprowadzają testy na swoich obwodach wewnętrznych. W przerwach między tymi okresami, testy nie są wykonywane. Oznacza to, że jeśli pojawi się problem, nie zostanie on wykryty przed kolejnym testem. Nie oznacza to, że kurtyny świetlne typu 2 są nieefektywne – oznacza to, że są one odpowiednie tylko w sytuacjach, w których poziom ryzyka jest znacznie niższy.

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 4 występują jako urządzenia do ochrony przed dostępem ciała, dłoni i palców. Kurtyny typu 2 mają mniejszą liczbę opcji i są dostępne jako urządzenia dla ochrony przed dostępem dłoni i ciała, dlatego nie zapewniają minimalnego poziomu szczegółowości niezbędnego do ochrony palców.

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 4 są wymagane, gdy poziom ryzyka jest wysoki i konieczne jest wprowadzenie znacznie wyższych wymagań bezpieczeństwa. Natomiast kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 2 są zaprojektowane do sytuacji, w których poziom ryzyka jest znacznie niższy. Dlatego mają mniej funkcji bezpieczeństwa i nie można ich używać w sytuacjach, w których wymagana jest kurtyna świetlna bezpieczeństwa typu 4.

Zasadniczo kurtyna świetlna bezpieczeństwa typu 2 jest tańszą wersją kurtyny świetlnej typu 4. Ma mniej możliwości i mniej protokołów bezpieczeństwa, co czyni ją niedrogą opcją w sytuacjach niskiego ryzyka, w których kurtyna świetlna typu 4 nie jest potrzebna. Kurtyny typu 2 są odpowiednie tylko w sytuacjach, w których potencjalne urazy w najgorszym przypadku można łatwo opatrzeć za pomocą apteczki pierwszej pomocy. Kurtyny typu 4 nadają się do sytuacji, w których potencjalne obrażenia byłyby o wiele większe.

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa charakteryzują takie wielkości, jak:

  • zdolność wykrywania (rozdzielczość),
  • pole widzenia,
  • cena.

1. Zdolność wykrywania (rozdzielczość) optoelektronicznych urządzeń ochronnych

Zdolność wykrywania jest rozumiana jako granica parametru czujnika, która zapewnia wykrywalność optoelektronicznego urządzenia ochronnego. W praktyce jest to rozmiar najmniejszego obiektu wykrytego przez kurtynę w obrębie zdefiniowanego obszaru monitorowanego. Zdolność wykrywania jest określona przez producenta. Rozdzielczość jest wyznaczana przez sumę odległości pomiędzy wiązkami światła i efektywnej średnicy wiązki. Zapewnia to, że obiekt wielkości rozdzielczości zawsze przerywa wiązkę światła i dlatego jest wykrywany niezależnie od jego położenia w polu ochronnym.

2. Pole widzenia

Druga różnica dotyczy skutecznego kąta przesłony (EAA) lub pola widzenia nadajnika (S -sender) i odbiornika (R – receiver), w obrębie którego kurtyna świetlna bezpieczeństwa kontynuuje normalne działanie. Kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 4 mają EAA ± 2,5 stopnia, a kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 2 mają szerszy kąt ± 5 stopni. Przy tym szerszym EAA, kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 2 są bardziej narażone na optyczne zwarcie. Zwarcie optyczne występuje wtedy, gdy ekstremalnie odbijająca powierzchnia zostaje złapana w polu widzenia kurtyny świetlnej i może odchylić jedną z wiązek wykrywających kurtyny świetlnej. Może to wpływać na zdolność kurtyny świetlnej bezpieczeństwa do wykrywania obiektu przechodzącego przez pole świetlne. Ponieważ dla kurtyn typu 2 EAA jest większe, istnieje większe prawdopodobieństwo wystąpienia zwarcia optycznego. Podczas instalacji można przeprowadzić proste testy, aby upewnić się, że ten błąd nie występuje.

Kurtyny świetlne bezpieczeństwa - zwarcie optyczne
Zjawisko zwarcia optycznego w kurtynach świetlnych bezpieczeństwa

3. Cena

Jak można się było spodziewać, trzecia różnica dotyczy ceny. Ponieważ kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 4 oferują więcej funkcji i są zaprojektowane tak, aby mogły sprostać wyższym standardom bezpieczeństwa niż typ 2, są ostatecznie droższe. Ogólnie rzecz biorąc, przeciętne urządzenia typu 4 mogą być od 15% do 30% droższe od przeciętnego urządzenia typu 2.

Zasady użytkowania kurtyn świetlnych bezpieczeństwa typu 2 i 4

Czasami, gdy wymagane jest dodatkowe bezpieczeństwo, kurtyna świetlna bezpieczeństwa typu 2 będzie stosowana jako dodatkowy poziom ochrony, oprócz innych środków bezpieczeństwa. Nie oznacza to, że kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 2 nigdy nie są używane jako podstawowe środki bezpieczeństwa, ale są również okazjonalnie używane jako dodatkowy środek . Z drugiej strony, kurtyny świetlne bezpieczeństwa typu 4 są prawie wyłącznie podstawowym środkiem bezpieczeństwa i rzadko będą używane w tej bardziej drugorzędnej roli.

Przed jakimi zagrożeniami kurtyny świetlne bezpieczeństwa nie chronią?

Ponieważ optoelektroniczne urządzenia ochronne nie zapewniają żadnej fizycznej bariery, nie są w stanie chronić ludzi przed emisjami, takimi jak:

  • wyrzucane części maszyn,
  • obrabiane elementy lub wióry metalowe,
  • promieniowanie jonizujące,
  • ciepło (promieniowanie cieplne),
  • hałas,
  • pył,
  • itp.

Użycie kurtyn świetlnych bezpieczeństwa nie jest również możliwe w przypadku maszyn o długim czasie zatrzymania, które wymagają zastosowania minimalnych odległości bezpieczeństwa wg PN-EN ISO 13857. W takich przypadkach należy użyć osłony fizycznej.