معايير السلامة لخلايا المنصات الآلية في مصانع التعبئة والتغليف: الستائر الخفيفة، والسياج، وتقييم المخاطر

ملخص تنفيذي:يتطلب ضمان السلامة التشغيلية في مصانع التعبئة الآلية منهجًا صارمًا ومتعدد-الطبقات للتحكم في المخاطر. يتطلب تنفيذ روبوت منصات نقالة صناعية أو نظام كوبوت التزامًا صارمًا بالمعايير العالمية، بما في ذلك ISO 12100 وISO10218-1/2وISO/TS 15066 وISO 13849-1. تجمع بنية الحماية الكاملة بين السياج المحيطي المادي المتشابك وتقنيات الاستشعار البصري مثل ستائر الإضاءة الآمنة والماسحات الضوئية بالليزر ومنطق التحكم المتقدم للسلامة PLC. من خلال التنفيذ الصحيح لتقييم المخاطر، وحساب مسافات الأمان، وتكوين وظائف كتم الصوت والتقطيع الذكية، يمكن لمرافق التعبئة والتغليف الحفاظ على إنتاجية عالية للخط مع تحقيق بيئات عمل خالية من الضرر والامتثال الكامل لـ CE وOSHA.

قبل تركيب منصة نقالة آلية، يجب على الفرق الهندسية إجراء تقييم شامل للمخاطر وفقًا لمعيار ISO 12100، الذي يحكم سلامة الآلات من خلال المبادئ العامة للتصميم وتقييم المخاطر وتقليل المخاطر. إن تقييم المخاطر هو عملية تكرارية يتم تطبيقها خلال التصميم والتكامل والتشغيل.

الخطوات الرئيسية لتقييم المخاطر

• تحديد المخاطر:تحديد المخاطر الميكانيكية والكهربائية والتشغيلية المحتملة عبر جميع أوضاع التشغيل، بما في ذلك التشغيل التلقائي والتعليم اليدوي والصيانة وإزالة الانحشار.

• تقدير المخاطر:تقييم شدة الإصابة المحتملة، وتكرار أو مدة التعرض، واحتمال تجنب الضرر.

• تقليل المخاطر (طريقة الخطوات الثلاث{{0}):تطبيق تدابير تصميم آمنة بطبيعتها لإزالة الحواف الحادة أو الحد من سرعة الروبوت، ودمج تدابير الحماية مثل الأسوار المادية والستائر الخفيفة، وتوفير علامات تحذيرية واضحة وبروتوكولات تدريب المشغلين.

نظرة عامة على المعايير العالمية

ايزو 12100:يركز على منهجية تقييم المخاطر العامة ومبادئ الحد من المخاطر للآلات، ويتم تقييمها من خلال مصفوفة تقدير المخاطر.

ايزو 10218-1/2:يحدد متطلبات السلامة الإلزامية ومعايير تصميم الخلايا للروبوتات الصناعية وأنظمة الروبوت والتكامل.

إسو / تي إس 15066:يوفر إرشادات محددة لتشغيل الروبوت التعاوني وتحديد الطاقة والقوة بناءً على عتبات الضغط الميكانيكي الحيوي.

ايزو 13849-1:يوضح الأجزاء المتعلقة بالسلامة-من تصميم أنظمة التحكم والتحقق من صحتها، مع تحديد مستويات الأداء مثل PLd أو PLe.

إيك 62061:ينظم السلامة الوظيفية لأنظمة التحكم ذات الصلة بالسلامة الكهربائية والإلكترونية-للآلات، والتي يتم تحديدها بواسطة مستويات سلامة السلامة SIL2 أو SIL3.

يوفر السياج المحيطي المادي الحاجز الصلب الأساسي الذي يمنع الدخول البشري غير المصرح به إلى غلاف الحركة الخطرة لذراع الروبوت الصناعي على منصات نقالة.

متطلبات تصميم السياج المحيط

• لوائح الحد الأدنى للارتفاع:وفقًا للمعيار ISO 13857، يجب أن تقف سياج الحماية الصلبة على ارتفاع لا يقل عن 2000 ملم فوق الأرض لمنع المشغلين من الوصول إلى منطقة الخطر.

• الخلوص الأرضي:يجب أن يحافظ الإطار الشبكي السفلي على خلوص أرضي يتراوح بين 150 إلى 200 ملم لمنع الأفراد من الزحف إلى الأسفل مع السماح بسهولة الغسيل وتنظيف الأرضية.

• حجم فتحة الشبكة:يجب أن تمنع فتحات الشبكة الأصابع أو الأيدي من الوصول إلى المخاطر الهيكلية. تتطلب الشبكة السلكية القياسية مقاس 50 × 50 ملم مسافة أمان لا تقل عن 200 ملم من أي مكون ميكانيكي متحرك.

الوصول إلى الخلايا وتسلسل التعشيق

أثناء التشغيل القياسي، يتم قفل خلية الروبوت بالكامل. عندما يطلب المشغل الدخول عبر وحدة تحكم HMI، يبدأ نظام التحكم في تباطؤ السرعة المتحكم فيه. بمجرد أن يقوم النظام بتشغيل حالة إيقاف عزم الدوران الآمن والتحقق من عدم وجود حركة، يقوم المفتاح -المحاصر أو قفل الملف اللولبي بتحرير بوابة الوصول، مما يسمح بالدخول اليدوي الآمن إلى الخلية.

يجب أن تكون جميع أبواب الوصول المدمجة في الأسوار المحيطية الفعلية مزودة بمفاتيح قفل أمان ثنائية القناة- تتميز بقفل الحماية. تعمل مفاتيح أمان القفل اللولبية- على إبقاء أبواب الوصول مغلقة حتى يصل الروبوت إلى حالة توقف تام. تتطلب أنظمة تعشيق المفاتيح-المحاصرة من المشغلين إزالة مفتاح الأمان الفعلي من وحدة التحكم بالبوابة قبل فتح الباب، كما أن حمل هذا المفتاح داخل الخلية يمنع الأطراف الثالثة من إغلاق الباب وإعادة تشغيل الوضع -التلقائي أثناء تواجد الموظفين بالداخل.

عندما تؤدي الحواجز المادية إلى تقييد تغذية المنصات أو خطوط النقل، توفر أجهزة استشعار الوجود البصري-معدات حماية حساسة للكهرباء-.

ستائر ضوئية آمنة (النوع 4، PL e)

تعرض ستائر الإضاءة الآمنة مجموعة من أشعة الأشعة تحت الحمراء عبر فتحات الوصول. يؤدي انقطاع أي شعاع إلى إرسال إشارة توقف فورية إلى Safety PLC. تستخدم حماية الأصابع دقة تبلغ 14-مليمتر ويتم تثبيتها بالقرب من نقاط الضغط الخطرة مثل نهاية-مقابض أدوات الذراع. تستخدم حماية اليد دقة تبلغ 30 ملم كتكوين قياسي حول الناقلات. تستخدم شبكات اكتشاف الجسم والتحكم في الوصول إعدادًا متعدد الحزم بدقة تتراوح من 300 إلى 500 ملم لحماية الدخول إلى المحيط.

ماسحات الليزر الآمنة (حماية المنطقة)

تستخدم ماسحات الليزر الآمنة وقت-انعكاس الليزر في الرحلة لمراقبة مناطق الأرضية ثنائية الأبعاد حول نظام روبوت التحميل. أنها تسمح بتبديل المنطقة الديناميكية. عندما يقترب المشغل من منطقة التحذير، يطلق الماسح الضوئي إنذارًا مسموعًا ويشير إلى وحدة التحكم في الروبوت لإبطاء السرعة إلى سرعة منخفضة آمنة. إذا اقترب المشغل من منطقة الحماية الداخلية، فسينفذ الماسح الضوئي توقفًا آمنًا من الفئة 0 أو الفئة 1 على الفور.

إن وضع ستارة ضوئية للسلامة بالقرب من ذراع الروبوت الصناعي الذي يعمل على منصات التحميل يخلق خطرًا شديدًا على السلامة، حيث يمكن للمشغل الوصول إلى منطقة الحركة الخطرة قبل أن يتوقف ذراع الروبوت تمامًا.

يتم حساب الحد الأدنى لمسافة الأمان وفقًا للمواصفة ISO 13855 باستخدام صيغة موحدة. المسافة المطلوبة تساوي سرعة اقتراب الإنسان مضروبة في إجمالي وقت توقف النظام، بالإضافة إلى مسافة اختراق إضافية بناءً على دقة المستشعر. يتم ضبط سرعة اقتراب الإنسان عادةً على 1600 ملم في الثانية للوصول إلى الجسم أو 2000 ملم في الثانية لحركات اليد. يجمع إجمالي وقت إيقاف أداء النظام بين أوقات استجابة المستشعر البصري والمعالجة المنطقية للسلامة PLC وآلية إيقاف مشغل وحدة التحكم في الروبوت. تمثل مسافة الاختراق الإضافية مدى قدرة اليد أو جزء من الجسم على اختراق أشعة الضوء قبل حدوث الكشف.

في سيناريو التطبيق العملي، إذا كانت سرعة اقتراب الإنسان هي 1600 ملم في الثانية، فإن إجمالي وقت استجابة إيقاف النظام المدمج هو 0.35 ثانية، وعمق الاختراق المسموح به لشبكة الكشف عن الجسم هو 850 ملم، ويتم ضرب الحساب 1600 في 0.35 للحصول على 560 ملم. تؤدي إضافة بدل اختراق يبلغ 850 ملم إلى الحد الأدنى المطلوب لمسافة الأمان وهو 1,410 ملم. لذلك، يجب تركيب الستارة الضوئية على بعد 1410 ملم على الأقل من أقرب خط خطر للاكتساح الآلي.

يجب أن تسمح خطوط التعبئة الآلية لمكدسات المنصات الجاهزة أو المنصات الفارغة بالمرور عبر الفتحات المحيطة دون التسبب في توقفات طوارئ زائفة، مع الاستمرار في اكتشاف الدخول البشري.

وظيفة كتم الصوت (التجاوز الزمني)

يعد كتم الصوت طريقة تجاوز مؤقتة تعمل على تعطيل ستارة الضوء مؤقتًا أثناء إدخال المادة أو خروجها باستخدام منطق العين للصورة-. يعتمد النظام على أجهزة الاستشعار الكهروضوئية ذات النمط المتقاطع (X-Muting) أو المتوازية (L-Muting) للتعرف على الشكل والسرعة المحددين لمنصة نقالة صادرة. تتمثل الفائدة الأساسية لكتم الصوت في السماح بالنقل دون انقطاع لأحمال البليت الكاملة خارج الخلية، ولكن القيد الرئيسي لها هو الحاجة إلى تسلسل توقيت صارم لمنع الإنسان من التتبع بشكل وثيق خلف البليت.

وظيفة التقطيع (التعطيل المكاني)

التقطيع هو أسلوب تعطيل مكاني حيث يتم تعطيل حزم محددة من ستارة الضوء حيث تمر الأجسام الثابتة عبر المجال البصري. يتجاهل التقطيع الثابت بشكل مستمر الدعامات الهيكلية الثابتة أو إطارات السرير الدوارة. يتجاهل التقطيع العائم الأجسام المتحركة ذات الحجم المحدد مع الحفاظ على حماية الشعاع أعلى وأسفل الكائن. يتمثل القيد الرئيسي للتقطيع في انخفاض دقة المستشعر الفعالة، مما يتطلب إعادة حساب الحد الأدنى من مسافات الأمان.

يعد توصيل أجهزة الأمان بوحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) القياسية وغير الآمنة-انتهاكًا جسيمًا للامتثال. تتطلب أنظمة روبوت المنصات الحديثة تصميمات للتحكم في السلامة الوظيفية معتمدة بموجبايزو 13849-1.

يتم تحديد مستوى الأداء المطلوب من خلال تقييم شدة الإصابة، وتكرار التعرض، وإمكانية تجنب الضرر. نظرًا للحمولات العالية التي تتراوح من 20 إلى أكثر من 300 كجم وسرعات حركة الذراع العالية، فإن خلايا المنصات الروبوتية تفرض عالميًا تقريبًا PLd أو PLe ضمن أبنية الفئة 3 أو الفئة 4.

في هيكل التحكم في السلامة من الفئة 3 أو الفئة 4، يتم تغذية إشارات الإدخال ذات القنوات- المزدوجة من الستائر الخفيفة وأقفال البوابة وأزرار التوقف في حالات الطوارئ مباشرة إلى وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة للسلامة أو وحدة التحكم المخصصة للسلامة. تقوم وحدة التحكم بالسلامة بإجراء مراقبة متقاطعة آمنة للفشل-ومعالجة منطقية متكررة. ثم يرسل بعد ذلك إشارات إخراج ثنائية القناة- إلى مشغلات السلامة، مثل الموصلات الرئيسية المزدوجة أو مدخل إيقاف عزم الدوران الآمن لوحدة التحكم في الروبوت.

وظائف السلامة الرئيسية في أجهزة التحكم بالروبوت

• إيقاف عزم الدوران الآمن (STO):يقطع الطاقة عن محركات الروبوت دون إيقاف تشغيل إلكترونيات وحدة التحكم، مما يمنع عمليات إعادة التشغيل الميكانيكية غير المتوقعة.

• التوقف التشغيلي الآمن (SOS):يراقب أجهزة تشفير مفصل الروبوت لضمان بقاء الذراع ثابتًا تمامًا مع الحفاظ على عزم الدوران الكامل للمحرك.

• بأمان-سرعة محدودة (SLS):يحدد الحد الأقصى لسرعة نقطة مركز الأداة أثناء وضع التدريس أو يخفض سرعة العمليات اليدوية-، عادةً إلى 250 ملم في الثانية أو أقل.

يؤدي الاختيار بين منصة التحميل الآلية التعاونية والذراع الصناعية التقليدية-عالية السرعة إلى تغيير متطلبات سلامة الخلية بشكل أساسي.

منصة التحميل التعاونية (كوبوت)

• آلية السلامة الأولية:تحديد الطاقة والقوة (PFL) عبر أجهزة استشعار عزم الدوران المشتركة.

• التركيز على المعايير:تخضع في المقام الأول لمعايير ISO/TS 15066 وISO 10218-1.

• نقطة القرص وسلامة EOAT:يستخدم مقابض مبطنة ناعمة- ونقاط توقف محدودة-.

• سرعة التشغيل والبصمة:يقتصر على السرعات المنخفضة التي تقل عن 1.0 متر في الثانية أثناء الوضع التعاوني، مما يوفر مساحة صغيرة جدًا-والتي غالبًا ما تتطلب الحد الأدنى من الحماية أو لا تتطلب أي حماية على الإطلاق.

• سعة الحمولة:يتراوح عادة من 8 إلى 25 كيلوغراما.

الخلية الروبوتية الصناعية

• آلية السلامة الأولية:أسوار محيطية مادية متشابكة وستائر خفيفة نشطة.

• التركيز على المعايير:يحكمها ISO 10218-1/2 وISO 13849-1.

• نقطة القرص وسلامة EOAT:يستخدم القابضون المحميون ميكانيكيًا بقوة تثبيت عالية.

• سرعة التشغيل والبصمة:تعمل بسرعات كاملة غير مقيدة تزيد عن 2.5 متر في الثانية، مما يتطلب مساحة كبيرة للمغلف المسور بالكامل.

• سعة الحمولة:يتراوح من 50 كيلو جرام إلى أكثر من 800 كيلو جرام.

يعتبر الروبوت الآلي آمنًا بقدر أدواته وحمولته. إذا كان الروبوت يحمل صينية مموجة ذات حواف حادة- أو لوح خشبي ثقيل، فإن الاصطدام المكشوف يمكن أن يسبب صدمة شديدة. ويظل تقييم المخاطر الكامل وفقًا لمعايير ISO 12100 إلزاميًا حتى بالنسبة لخلايا الروبوتات الأقل سياجًا-.

حتى مع وجود أجهزة أمان معتمدة، يؤدي التثبيت غير الصحيح أو اختلال محاذاة المستشعر إلى تعطل الخلايا وتوقفها عن العمل بشكل غير مرغوب فيه.

تشخيصات نظام السلامة المشتركة

• ستارة الضوء المتقطعة تنطلق:غالبًا ما يحدث ذلك بسبب الاهتزاز من الناقلات القريبة مما يسبب تغيرات في المحاذاة البصرية. لحل هذه المشكلة، قم بتعزيز أعمدة التثبيت باستخدام ألواح تخميد الاهتزاز-وإعادة محاذاة المحور البصري باستخدام أدوات الليزر.

• كتم خطأ أثناء خروج البليت:يحدث عندما يتم تنشيط مستشعرات كتم الصوت خارج التسلسل أو بسبب أشكال المنصات غير المنتظمة. قم بإصلاح ذلك عن طريق تنظيف أوجه العدسة الكهروضوئية وإعادة معايرة X-زوايا عبور مستشعر كتم الصوت ونوافذ مؤقت PLC.

• أعطال دائرة PLC المتقاطعة للسلامة-:يشير إلى وجود دائرة كهربائية قصيرة بين قنوات الإدخال الآمنة-القناة المزدوجة. افحص الكتل الطرفية للأسلاك الميدانية بحثًا عن الأسلاك المضغوطة واستبدل مسارات الكابلات التالفة بكابلات زوجية ملتوية -محمية.

• يرفض الروبوت التشغيل التلقائي-البدء بعد إغلاق البوابة:يحدث هذا عادةً لأن وحدة التحكم في الأمان تتطلب إعادة تعيين يدويًا قبل إعادة تشغيل منطق الوضع -التلقائي. تأكد من قيام المشغل بتنفيذ تسلسل زر إعادة الضبط اليدوي من خارج الخلية وتحقق من حالة الملف اللولبي لقفل الحماية - على واجهة HMI.

• توقف الماسح الضوئي بالليزر بشكل خاطئ من الغبار:يحدث بسبب تراكم الغبار على نوافذ العدسات البصرية مما يؤدي إلى تحديد عتبات المسافة. امسح نوافذ الماسح الضوئي باستخدام-مسحات مضادة للكهرباء الساكنة واضبط تفاوتات مجال محيط الماسح الضوئي في البرنامج.

قبل تسليم خلية منصات نقالة آلية إلى موظفي الإنتاج، يجب على مهندسي السلامة إكمال قائمة التحقق من صحة السلامة الوظيفية والتوقيع عليها:

• هـ-إيقاف اختبار الدائرة:اضغط على كل زر إيقاف الطوارئ الموجود على HMI، وقلادة التدريس، وأعمدة السياج بشكل فردي لتأكيد الاستجابة الفورية لإيقاف عزم الدوران الآمن.

• وظيفة قفل الأمان:تأكد من أن فتح أي بوابة سياج فعلية يوقف حركة الروبوت على الفور ويمنع فتح البوابة أثناء التشغيل.

• التحقق من مسافة توقف الستارة الخفيفة:قم بإجراء اختبارات التطفل الفعلي باستخدام جهاز قياس وقت التوقف- للتحقق من أن المسافة الفعلية تلبي أو تتجاوز الحد الأدنى المحسوب لمعيار ISO 13855.

• كتم اختبار فشل المنطق:قم بكسر عوارض ستارة الضوء عمدًا خارج تسلسل كتم الصوت المناسب للتأكد من أن النظام يؤدي إلى توقف أمان صارم.

• التحقق من موقع إعادة التعيين اليدوي:تأكد من أن جميع أزرار إعادة ضبط السلامة اليدوية موجودة بشكل صارم خارج العلبة الخطرة، مع رؤية كاملة دون عائق للجزء الداخلي للخلية بالكامل.

• فحص اللافتات والتحذيرات المرئية:تأكد من أن ملصقات الجهد العالي-وعلامات التحذير من حركة الروبوت وإشارات الحالة المرئية مرئية بوضوح وأنها تعمل بكامل طاقتها.

إن بناء خلية روبوتية صناعية متوافقة تمامًا وعالية الإنتاجية-يتطلب تحقيق التوازن بين الكفاءة التشغيلية والتخفيف الصارم من المخاطر.

أولاً، قم بإجراء تقييم المخاطر ISO 12100 مبكرًا أثناء مرحلة التخطيط الهندسي لتجنب عمليات إعادة تصميم خلايا المرحلة-المتأخرة والمكلفة. ثانيًا، اجمع بين الحماية المادية القوية للمحيط مع ستائر ضوئية آمنة من النوع 4 وماسحات ليزرية آمنة لتأمين نقاط الدخول والخروج. ثالثًا، قم دائمًا بحساب الحد الأدنى لمسافات الأمان وفقًا للمواصفة ISO 13855 لضمان تطابق أداء التوقف مع سرعات اقتراب الإنسان. وأخيرًا، قم بتنفيذ تصميمات التحكم في سلامة القناة المزدوجة -من الفئة 3 أو 4 PLd/PLe عبر وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) المخصصة للسلامة.

من خلال إنشاء بنية أمان قوية ومتعددة{0}}الطبقات، يمكن لمرافق التعبئة والتغليف حماية الموظفين واجتياز عمليات تدقيق الامتثال التنظيمي دون تأخير وتحقيق إنتاج متواصل-على المدى الطويل.