מפרט ושימוש בפונקציות השתקה על וילונות אור

By סקוט אורלוסקי

Contributed By Digi-Key's North American Editors

וילונות אור הם מרכיב בטיחות-אוטומציה נוח ולא-פולשני לשמירה על מכונות ולהפחתת תאונות. במקרים רבים, וילונות אור יכולים להשלים או אפילו להחליף גדרות רשת קלועה ומגנים מכניים קשים אחרים תוך הקניית פונקציות מערכת נוספות. למעשה, משימות רבות של טיפול במכונות (כגון העמסת חומר גלם לתוך מכונות ופריקת מוצרים מוגמרים ביציאת המכונה) אפשריות רק באמצעות וילונות אור. יכולת ההתאמה של רכיבי בטיחות אלה טובה גם עבור מתקנים המפעילים רובוטים תעשייתיים מסורתיים ליד תאי עבודה המאוכלסים על ידי אנשי ייצור - להפחתה משמעותית של הסיכון לפציעה.

תמונה של וילונות אור שהם רכיבים פשוטים ורבי-ערך להגנה על עובדים מפני נזקאיור 1: כאשר הם מותקנים כראוי ונבדקים מעת לעת, וילונות תאורה המופעלים כהלכה הם מרכיבים פשוטים ורבי-ערך להגנה על עובדים מפני נזק. צמד עמודי וילון האור הצהובים בתצוגת תערוכה זו נמצאים מאחורי חלון אקרילי שקוף שלא יהיה קיים ביישום המעשי. (מקור התמונה: Design World)

כפי שהוזכר במאמר קודם של Digi-Key בנושא יסודות וילונות אור ופרמטרים בסיסיים, השתקה היא רק אחת מההגדרות הרבות שייקבעו במהלך תהליך התכנון. פרמטרים אחרים הקשורים לווילון אור כוללים רזולוציה, מיקום, מרחק עצירה, סיווג סוג EN ISO 13849-1‏ ושיקוף עבור בקרת ההיקף.

כינון ההשתקה, הפעולה והבדיקה של וילונות אור

הכינון והכיול הראשוניים הם קריטיים לפעולה תקינה של וילון אור. כדי להקל על תהליך כינון זה, רוב יצרני וילונות האור משלבים כיום את הרכיבים שלהם עם נורות LED. נורות LED‏ אדומות וירוקות פשוטות פועלות על ידי ציון (על ידי ירוק זוהר) מתי הפולט והקולט של הווילון מיושרים כראוי או (על ידי אדום זוהר) מתי הם זקוקים לכיוונון נוסף. על צוות ההתקנה לוודא כי:

  • כל נורות ה- LED‏ הקשורות לכל האזורים הפעילים של וילון האור זוהרות בירוק (המציין שהן מוגדרות עבור פעולה תקינה)
  • המרחק מווילון האור למכונות המסוכנות או לצירי הרובוטים הוא בערכים המסופקים על ידי יצרן וילונות האור, כמו גם בתקני ISO, OSHA ו/או ANSI

ההתקנה צריכה להתבצע בשני שלבים. ראשית, וילון האור צריך להיות מוגדר בזמן שהמכונה המסוכנת או הרובוטים המוגנים הם ללא הספקת-כוח לחלוטין - כדי לבחון נוהלי השבתה/סימון נכונים. לאחר מכן (לאחר אימות פעולת וילון אור עצמאית) על צוות ההתקנה לחבר את הווילון למעצור החירום (E-Stop‏) של אזור העבודה ולבדוק מחדש את המערכת כשהציוד המוגן מוזן עם הספקת-הכוח ופועל באופן בטוח.

תמונה של וילון אור SLC4‏ מבית Banner Engineeringאיור 2: וילון האור המוצג כאן תוכנן כדי להגן על נקודת גישה על ציוד מכונת ייצור קומפקטית. הוא מגיע בגירסות להגנת גבהים של 160, 240 ו- 320 מ"מ על פני 0.1 עד 2 מטר- וברזולוציות של 14 מ"מ (עבור גילוי אצבעות) או 24 מ"מ (עבור גילוי ידיים). חישה מקצה-לקצה מונעת אזורים עיוורים. (מקור התמונה: Banner Engineering‏)

כמובן, וילונות אור אינם מתאימים לכל יישומי אבטחת מכונות. לדוגמה, הם בעייתיים בסביבות הכוללות משטחים רפלקטיביים ביותר קרוב לאזור המכונה הפעילה. הם עשויים גם לא לפעול כראוי בסביבות הנתונות לתהליכים עם הרבה עשן - או כאלה שיש בהם הרבה חלקיקים באוויר. בסביבות כאלו, לציוד המוגן על ידי וילונות אור (אם ההיקף שלהם נפרץ) עשוי לקחת זמן רב מדי עד לעצירה בטוחה. הבעיה עלולה גם לגרום לציוד לפלוט חומרים מחוץ לאזור הפעיל שהוגדר. לכן המפתח הוא שמהנדסי תכנון המתכננים מערכות בטיחות לסביבות מעושנות ומאובקות צריכים לשקול היטב אם וילונות אור יגנו על האנשים באפקטיביות ... או האם יש צורך במגן מכונות פיזי.

פרקטיקה טובה מכתיבה ביצוע בדיקת תיקוף מהירה לווילונות אור בתחילת כל משמרת כדי להבטיח פעולה תקינה. בנוסף, יש לבצע בדיקות חצי-שנתיות יסודיות יותר. בדיקות אלה צריכות לכמת כל ירידה בביצועים - במיוחד כאלו הנובעות מזמני תגובה איטיים או הסתרה של האזור הפעיל של אזור העבודה. האחרון הוא הרלוונטי ביותר כאשר חלו שינויים במכונה שהכינון שלה היה עבור ייצור של קווי מוצרים חדשים. כאשר שינויים כאלו הם דרמטיים ביותר, הם יכולים להצדיק מיקום-מחדש או אפילו החלפה של וילונות האור סביב אזור העבודה ... והתאמות של הרזולוציה והגדרות אחרות של וילונות האור כדי להבטיח הגנה מספקת על העובדים והמכונות.

מצבים מיוחדים המחייבים השתקת וילונות האור

אזורי עבודה גדולים ביותר מחייבים בדרך כלל קיבוץ (Ganging‏) של וילונות אור. אלו ממוקמים בטור כדי להרחיב את היקף האזור המוגן. התקנות כאלו דורשות בדרך כלל שכיווניות וילונות האור תהיה לסירוגין כך שעמוד הפולט של וילון אחד יהיה גב אל גב עם עמוד הקולט של הווילון הבא בקו. סדרת עמודי פולט-קולט-פולט-קולט זו מונעת ערב-דיבור (Crosstalk‏).

כמובן שבסידורים אלה (כמו בכל התקנת וילונות אור) הטכנאים צריכים לוודא שעמודי הפולט והקולט של כל וילון אור הם באותה כיווניות מלמעלה למטה כך שהאזור הפעיל יהיה מכוסה כמצופה וישמור על הרזולוציה המיועדת שלו.

כאשר אזור מוגן דורש פינות וילון אור, ישנן שתי אפשרויות: מכללי עמודים עם ציר (שיש להם שני אורכים ישרים המחוברים למפרק כדי לעטוף פינות עד °‏90‏ או יותר), ושימוש במראות פינתיות. באפשרות השנייה ניתן לשמור על שלושה צדדים של אזור העבודה באמצעות עמוד פולט, עמוד קולט ושתי מראות גבוהות. בקצרה, עמוד הפולט מצביע לעבר פינה אחת עם מראה המכוונת ב- °‏90‏ לכיוון מראה שנייה שבפינה הבאה. אותות הפולט עוברים מהמראה הראשונה לשנייה והלאה עד לקולט שבפינה הרביעית והאחרונה של האזור המוגן. זוהי דרך פשוטה להקיף שטח גדול יותר, אם כי הפשרה היא שכל החזר מראה אינו יעיל ב- 100% ... כך שהאות נחלש עם כל החזרה. טוב יעשו מהנדסי התכנון אם יבדקו את מפרטי היצרן עבור סביבות אלו; בדרך כלל, עוצמת האות נחלשת בכ- 8 עד 15% בכל החזרה.

הערה אחרונה בנוגע לאזורי עבודה גדולים ביותר: לרובם יש פוטנציאל למצבי מעבר (Passthrough). אלו מתרחשים כאשר מפעיל חוצה את גבול וילון האור ומתניע בכך עצירת מכונה או אופן בטוח ... אך הוא עדיין מסוגל (אם יש את הפקדים הנכונים בתוך האזור המוגן) להפעיל מחדש את המכונה המסוכנת. אם זה קורה, המפעיל בעצם יעמוד מבלי שיתגלה על ידי וילון האור באזור העבודה המסוכן - ויהיה פגיע לפציעה או גרוע מכך. פיתרון נפוץ למניעת מצבים כאלה הוא השמטה או השבתה של מתגי ופקדי ההפעלה במכונות והוא כולל מתג איפוס-קשה מחוץ לאזור המוגן - בדרך כלל בפאנל המפעיל ליד ממשק HMI של תא העבודה. זה מכריח למעשה את מפעילי המכונות לצאת מאזור העבודה המסוכן כדי להפעיל מחדש את הציוד.

השתקת וילונות אור והפונקציות הקשורות של החשכה (Blanking)

אזורי עבודה מסוימים דורשים השעיה זמנית של פונקציית וילון האור. נקראת השתקה (Muting‏), השעיה כזו היא בדרך כלל במהלך שלב בטוח בתהליך העיבוד, שבמקרה גם דורש התערבות ידנית של מפעיל המכונה. לדוגמה, ההשתקה היא הכרחית כאשר מפעילים חייבים לטעון משטחים (Pallets) לאזור הכניסה של מכונת ההעמסה על המשטח. ההשתקה נפוצה גם כדי לאפשר למפעילים לפרוק פריטים מתחנת היציאה של תא הרובוט.

בקצרה, השתקת וילונות אור מתואמת בקפידה על ידי סדרה של גלאי נוכחות המצפים לחומרים בגודל ובצורה מסוימים. את גלאי הנוכחות חייבים להפעיל ברצף מסוים כדי להשבית זמנית את חלק הוילון האור שייפרץ על ידי הפריטים. לאחר שהמשימה שחייבה את פעולת ההשתקה הושלמה, פונקציית ההגנה של וילון האור מופעלת מחדש.

גרף של תזמון רצף ההשתקה של וילון האוראיור 3: ללא תלות ביישום, פונקציית ההשתקה של וילון אור מתוכננת כדי לאפשר רק לחומר לעבור דרך הווילון ... ולא לאנשים. דיאגרמות תזמון יכולות לכמת את הפרטים הספציפיים של פונקציית ההשתקה של וילון האור. (מקור התמונה: Design World)

פונקציה הדומה להשתקה היא זו של החשכה (Blanking) של וילונות אור. כאן, וילון האור עצמו ולא גלאי הנוכחות הם שמפעילים את הפונקציה. בקצרה, אלומות וילון האור נשארות פעילות ומאפשרות זמנית פריצה על ידי חפצים שנכנסים לאזור העבודה המוגבל - מבלי להפעיל את כיבוי המכונה. בגירסה של החשכה הנקראת החשכה צפה, האלקטרוניקה של וילון האור מקימה אזור מוחשך בתוספת רצועת טולרנס קטנה סביב אותו אזור מוחשך - כדי לאפשר מעבר פריטים מבלי להכריח את המפעיל למקם פריטים בדיוק מאתגר מדי.

החשכת וילון אור משמשת לרוב במהלך פעולות מכונה הדורשות הוצאת חלקים מוגמרים מתוך אזור העבודה.

סיכום

מהנדסי התכנון המאפיינים ומגדירים וילונות אור צריכים לתעד את כל הסטנדרטים החלים על המכונה או על הרובוטיקה המוגנות - כולל דרישות ספציפיות-לתעשייה וכן דרישות של גורמי ממשל אזוריים ותעסוקתיים. לאחר שנקבעו, סטנדרטים אלה יכולים להודיע על רוטינות הכינון והבדיקה הנכונות עבור התקנת וילון אור נתון ... ולהצביע האם תנאים מבלבלים או סוג המכונות מונעים את השימוש בווילונות אור.

מיאון אחריות: דעות, אמונות ונקודות מבט המובעות על ידי מחברים שונים ו/או משתתפי פורום באתר אינטרנט זה לא בהכרח משקפות את הדעות, האמונות ונקודות המבט של חברת Digi-Key Electronics או את המדיניות הרשמית של חברת Digi-Key Electronics.

אודות כותב זה

סקוט אורלוסקי

לאורך 30 שנות הקריירה שלו, סקוט אורלוסקי תיכנן, הינדס, פיתח, שיווק ומכר חיישנים מפעילים (Actuators‏) עבור ענפים תעשייתיים ומסחריים. הוא ממציא-שותף של ארבעה פטנטים עבור תכנון וייצור של חיישנים אינרציאליים. אורלוסקי הוא גם מחבר-שותף של Encoders for Dummies והפיק את עלון החדשות התעשייתי של BEI Sensors במשך קרוב ל- 15 שנה. אורלוסקי הוא בעל תואר שני בתורת ייצור ובקרה מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי.

אודות מוציא לאור זה

Digi-Key's North American Editors