Лабораторная работа на тему:

«Световая завеса безопасности робототехнического комплекса»

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

   1. Изучить принципы работы организации устройств и комплексов обеспечения безопасности в рабочих зонах автоматизированных систем, построенных на базе оптических датчиков.

   2. Экспериментальное исследование характеристик и режимов работы световой завесы безопасности AS1.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДНИЯ

В настоящее время развитие автоматизации достигло высоких показателей: существуют различные автоматизированные комплексы, промышленные роботы, автоматизированные склады и т.д. Но есть производственные области, в которых присутствие человека обязательно. В связи с этим существует проблема обеспечения безопасности работников в среде автоматизированных систем, а так же защиты этих систем от попадания посторонних объектов. Эту задачу решают промышленные датчики безопасности.

1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Современная система стандартов безопасности труда и требования безопасности, относящиеся к оборудованию, предусматривают применение предохранительных устройств, включающих активные оптоэлектронные защитные приборы. К таким приборам относятся световые завесы (фото-барьеры) и лазерные сканеры безопасности производства компании ReeR S.p.a. (Италия).

С помощью оптоэлектронных приборов, соответствующих преобразователей сигналов, интерфейсных блоков и соединительных элементов могут быть построены различные схемы управления для многих задач защиты. Оптоэлектронные устройства, интегрированные в систему управления, создают зоны контроля, способные обнаружить появление человека или его частей тела и произвести надежное отключение оборудования.

Эффективность защиты зависит, главным образом, от расположения световой завесы по отношению к опасному объекту.

Фото-барьер должен быть расположен на расстоянии большем или равном минимальному расстоянию безопасности (S), так, чтобы при достижении оператором опасного места движение механизмов было гарантировано остановлено.

Световая завеса должна быть расположена так, чтобы исключить возможность достижения опасной точки без пересечения пространства, контролируемого световой завесой, и чтобы человек не смог находиться в опасной зоне не будучи обнаруженным. В этой связи, возможно понадобятся дополнительные защитные устройства (например фото-барьеры , расположенные горизонтально).

а)

б)

Рисунок 1 – Односторонняя (а), трёхсторонняя защита (б)

Основная формула для расчёта безопасного расстояния:

S = K (t1 + t2) + C, (2.1)

где S – минимальное расстояние безопасности (мм), K – скорость достижения оператором к опасной зоне (в большинстве случаев 1600мм/сек), t1 – общее время срабатывания световой завесы (им можно пренебречь, если оно порядка миллисекунд), t2 – время, необходимое для остановки опасного движения станка с момента получения сигнала об остановке (в среднем от 3 до 5 секунд), C – дополнительное расстояние, изменяющееся в зависимости от применения (мм).

Расстояние С учитывает возможность проникновения части тела в защищённую область перед тем, как быть обнаруженной. В этом случае:

• если d (разрешение световой завесы) ≤ 40мм, то С=8(d-14);

• если d > 40мм, то С=850;

Для завес имеющих горизонтальное расположение С=1200 – (0,4H), где H – высота установки завесы.

Если существует возможность достижения опасной точки через верхний край защищённой области, как показано на рисунке 2, то расстояние С берётся из таблицы 1.

Рисунок 2 – Схема обозначения расстояний

Таблица 1 – Значения альтернативного расстояния С

Высота опасной зоны, а	b – высота верхнего края области, защищённой световой завесой
	900	1000	1100	1200	1300	1400	1600	1800	2000	2200	2400	2600
	Альтернативное расстояние С
2600	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
2500	400	400	350	300	300	300	300	300	250	150	100	-
2400	550	550	550	500	450	450	400	400	300	250	100	-
2200	800	750	750	700	650	650	600	550	400	250	-	-
2000	950	950	850	850	800	750	700	550	400	-	-	-
1800	1100	1100	950	950	850	800	750	550	-	-	-	-
1600	1150	1150	1100	1000	900	800	750	450	-	-	-	-
1400	1200	1200	1100	1000	900	850	650	-	-	-	-	-
1200	1200	1200	1100	1000	850	800	-	-	-	-	-	-
1000	1200	1150	1050	950	750	700	-	-	-	-	-	-
800	1150	1050	950	800	500	450	-	-	-	-	-	-
600	1050	950	750	550	-	-	-	-	-	-	-	-
400	900	700	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
200	600	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Если расстояния a, b и С попадают между табличных величин, нужно использовать наибольшую

При расчёте безопасного расстояния необходимо учитывать допуски при установке, погрешности в измерениях времени отклика и возможный износ тормозных систем оборудования (но в рамках лабораторной работы этот момент опускается).

2. Общие сведения о датчиках

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Широко встречаются следующие определения:

• чувствительный элемент, преобразующий параметры среды в пригодный для технического использования сигнал, обычно электрический, хотя возможно и иной по природе, например — пневматический сигнал;

• законченное изделие на основе указанного выше элемента, включающее, в зависимости от потребности, устройства усиления сигнала, линеаризации, калибровки, аналого-цифрового преобразования и интерфейса для интеграции в системы управления. В этом случае чувствительный элемент датчика сам по себе может называться сенсором.

• датчиком называется часть измерительной или управляющей системы, представляющая собой конструктивную совокупность измерительных преобразователей, включающую преобразователь вида энергии сигнала, размещенную в зоне действия влияющих факторов объекта и воспринимающий естественно закодированную информацию от этого объекта.

• датчик – конструктивно обособленная часть измерительной системы, содержащая один или несколько первичных преобразователей, а также один или несколько промежуточных преобразователей.

Классификация

Классификация по виду выходных величин

• Активные (генераторные)

• Пассивные (параметрические)

Классификация по измеряемому параметру

• Датчики давления (абсолютного давления, избыточного давления, разрежения, др.);

• Уровня (поплавковые, емкостные, ультразвуковые, др.);

• Температуры (термопара, пирометр);

• Перемещения (абсолютный шифратор, относительный шифратор);

• Положения (контактные, бесконтактные);

• Фотодатчики (фотодиод, фотосенсор);

• Датчик углового положения (сельсин, преобразователь угол-код, др.);

Классификация по принципу действия

• Оптические датчики (фотодатчики)

• Магнитоэлектрический датчик (На основе эффекта Холла)

• Пьезоэлектрический датчик

• Тензопреобразователь

• Ёмкостной датчик

• Потенциометрический датчик

• Индуктивный датчик

Классификация по характеру выходного сигнала

• Дискретные

• Аналоговые

• Цифровые

• Импульсные

Классификация по среде передачи сигналов

• Проводные

• Беспроводные

Классификация по технологии изготовления

• Элементные

• Интегральные

Оптические датчики

Оптические датчики - небольшие по размерам электронные устройства, способные под воздействием электромагнитного излучения в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах подавать единичный или совокупность сигналов на вход регистрирующей или управляющей системы. Оптические датчики реагируют на непрозрачные и полупрозрачные предметы, водяной пар, дым, аэрозоли.

Оптические датчики являются разновидностью бесконтатных датчиков, так как механический контакт между чувствительной областью датчика (сенсором) и воздействующим объектом отсутствует. Данное свойство оптических датчиков обуславливает их широкое применение в автоматических системах управления. Дальность действия оптических датчиков намного больше, чем у других типов бесконтактных датчиков.

Оптические датчики называют ещё оптическими бесконтактными выключателями, фотодатчиками, фотоэлектрическими датчиками.