Reducir el riesgo de los robots: Cómo diseñar un entorno industrial seguro

El aumento en la automatización industrial, y en particular el uso de robots industriales, aumenta la posibilidad de una interacción inesperada entre un operador humano y una pieza de otro equipo móvil o de una máquina en movimiento. La responsabilidad recae en los diseñadores de implementación de medidas de seguridad apropiadas y, a menudo, superpuestas para evitar consecuencias que van desde interrupciones en la producción hasta lesiones o incluso la muerte.

Idealmente, se diseña desde cero, pero muchos edificios de planta son anteriores a la adopción generalizada de la automatización, del uso de robots industriales y del auge de las tecnologías de Internet Industrial de las Cosas (IIoT). Numerosas normas de seguridad, nacionales e internacionales, se aplican a diferentes tipos de maquinaria industrial, equipos de seguridad y procesos de producción. Entre los cuales se incluyen:

  • ANSI/RIA 15.06 (Robot y Robot System Safety)
  • ISO 13856-1: 2013 (Seguridad de maquinaria: Dispositivos de protección sensibles a la presión)
  • ISO 13849-1 (Seguridad de maquinaria: Partes relacionadas con la seguridad de los sistemas de control)
  • ANSI B11.19-2003 (P leados contra amputaciones)
  • CSA Z432-16 (Protección de máquinas)

seguridad robots industriales

El enfoque preferido para desarrollar un entorno tiene varias capas. El proceso comienza con una identificación, evaluación y análisis completos de los peligros, y una evaluación de su importancia relativa. Hay varias formas de reducir el riesgo que plantean los peligros identificados. Los ejemplos incluyen:

  • Disminuir la posible gravedad del daño
  • Mejorar la posibilidad de evitar el daño
  • Reducir la cantidad de personal con acceso al área peligrosa o la duración de la exposición

Después del análisis inicial, la siguiente etapa es desarrollar La Jerarquía de Control de Riesgos, que clasifica estas medidas en orden de efectividad y preferencia para cada riesgo.

La ISO 12100:2010 es la norma principal que aborda el concepto y la metodología de reducción de riesgo escalonada. La solución preferida es eliminar el riesgo por completo, o sustituirlo por una alternativa más segura que minimice la oportunidad de interacciones inesperadas entre personas y máquinas.  Si eso no es factible, el siguiente curso de acción más deseable es agregar dispositivos de protección que eviten que ocurra un evento peligroso, generalmente iniciando una operación automática sin intervención humana. Ejemplos de tales dispositivos incluyen cortinas de luz, interbloqueos y tapetes de presión. Otras opciones son menos deseables porque requieren acción humana como parte de la prevención de riesgos.

Para actualizar las áreas de trabajo existentes, los dispositivos de protección activa tienen otra ventaja: la velocidad de instalación. Se pueden agregar sin rediseñar el flujo de trabajo o capacitar al personal en nuevos procedimientos de seguridad. La moderna celda de trabajo industrial utiliza un enfoque de capas múltiples para la seguridad: los diseñadores deben combinar medidas activas como alfombras de seguridad, cortinas de luz y láseres con indicadores de advertencia visuales y audibles. El resultado deseado es que un operador reciba una advertencia ante una situación potencialmente insegura; si luego se aventurara en el camino del peligro, varios dispositivos independientes cancelarían las operaciones.

Tapetes de seguridad. Un tapete de seguridad es un medio rentable para evitar que una máquina humana o con ruedas entre en un área insegura. Por lo general, una alfombrilla de seguridad usa un interruptor abierto que se cierra cuando un peso mínimo especificado presiona sobre la alfombrilla. El cierre del interruptor da como resultado una señal al controlador de la estera que inicia una señal de parada a la máquina que está siendo protegida. El UM5-4836 de Omron Automation and Safety es un buen ejemplo: emplea dos placas conductoras hechas de acero de calibre 24 que juntas forman el interruptor. Una fuerza de activación de 30 kilogramos (66lbs) cierra el interruptor. El tapete incluye un cable de cuatro hilos integrado que permite a un controlador monitorear las condiciones de falla.

Se pueden conectar varias placas en serie para formar una zona de seguridad alrededor de una máquina. La zona de seguridad se combina con un controlador de seguridad como el MC3, MC4 o MC6 de Omron. Tenga en cuenta que, como una tecnología electromecánica, las alfombras de seguridad están sujetas a abusos físicos, ambientales y operativos, y los contactos pueden desgastarse. Una cortina de luz impide el acceso a áreas peligrosas. Una cortina de luz de seguridad es una opción adecuada si el diseñador necesita aislar una máquina peligrosa o acordonar un área detrás de una “pared invisible”. Una cortina de luz consiste en un conjunto de transmisores fotoeléctricos que proyectan una serie de haces de luz infrarrojos paralelos sincronizados a una unidad receptora correspondiente. Cuando un objeto opaco interrumpe uno o más haces en el campo de detección, el receptor detecta el evento y la cortina de luz envía una señal de parada a la máquina protegida. El módulo transmisor contiene LED que emiten pulsos de luz infrarroja (IR) en secuencia. Los pulsos se modulan y los fototransistores correspondientes en el receptor están diseñados para detectar solo el pulso y la frecuencia designados. Esta técnica mejora el rechazo de las fuentes de luz externas.

En una aplicación como una cinta transportadora, la cortina de luz incorpora una función de silenciamiento que hace que la línea se detenga solo cuando un objeto inesperado pasa a través de ella, pero no cuando pasa un producto. Si el par de transmisión / receptor de muting detecta la presencia de un producto en la cinta transportadora, puede desactivar un número definido de canales para evitar un disparo falso. Sin embargo, un operador humano puede interrumpir uno de los canales activos y provocar una alarma. Cuando el sistema de muting detecta que el producto ha pasado, vuelve a habilitar los canales silenciados. Además, una función de supresión puede inhabilitar los canales que siempre están bloqueados por un equipo. La serie SF4B de cortinas de luz de Panasonic Industrial Automation incluye múltiples productos optimizados para diferentes aplicaciones. Los dispositivos de la serie “H” están diseñados para detectar objetos del tamaño de una mano. El SF4B-H28 (V2) tiene 28 canales de transmisión / recepción que forman una cortina de 500 mm, o 21.7 “de altura. Este producto tiene un rango de operación de 0.3 a 9 m.

Los productos de la serie “F” protegen contra objetos más pequeños, como los dedos. El SF4BF79 (V2) cuenta con 79 pares de transmisión / recepción para una altura de protección de 790 mm (31,1 ”) y tiene un rango de 0,3 a 7 m. Un escáner láser permite flexibilidad de diseño en la protección de áreas En las últimas décadas, la tecnología láser también ha comenzado a ayudar a mejorar la seguridad en la fábrica. Un escáner láser de seguridad puede proporcionar protección tridimensional de un área y ofrece al diseñador una mayor flexibilidad para adaptar la respuesta del sistema especificando diferentes bandas de advertencia y seguridad, también conocidas como zonas, alrededor del peligro. Una vez que se detecta un objeto o persona en la zona de advertencia externa, el escáner envía una señal de advertencia a un indicador audible o visible que les avisa de un peligro potencial. Cuando la persona u objeto ingresa al campo de seguridad interior, el escáner láser envía una señal para detener el movimiento peligroso del robot o la máquina. Los escáneres láser de seguridad utilizan tecnología de tiempo de vuelo. El transmisor emite un rayo láser pulsado que es reflejado por un objeto intruso y detectado por el receptor. El tiempo entre la transmisión y la recepción es proporcional a la distancia entre el escáner y el objeto. Un espejo giratorio integrado desvía el rayo láser pulsado y permite que la unidad realice una exploración en forma de abanico del área circundante. El escáner de área OS32C de Omron Automation and Safety presenta un campo de monitoreo de hasta 270˚ e incluye dos zonas de advertencia separadas, además de una zona de seguridad. El OS32C puede comunicarse a través del protocolo industrial EtherNet / IP: puede ser monitoreado por productos compatibles con ODVA EtherNet / IP tales como controladores lógicos programables (PLC) o módulos de interfaz industrial hombre-máquina (HMI).

Los escáneres de seguridad láser de menor costo están disponibles, y el retorno de la inversión para los escáneres de seguridad se compara bien con las tecnologías más antiguas desde una perspectiva de costo total de propiedad (TCO). El análisis de TCO favorece particularmente a un escáner láser en un área de alto tráfico donde podría ser necesario reemplazar periódicamente un tapete de seguridad. Los principales dispositivos de seguridad mencionados anteriormente se usan junto con otros componentes de seguridad que pueden no ser tan sofisticados tecnológicamente, pero desempeñan un papel vital en la seguridad de la planta. Entre estos se encuentran elementos como interruptores de emergencia, enclavamientos de puertas, torres de luces y accionadores de cable. Los diseñadores pueden encontrar más información sobre estos productos en la página de Componentes de seguridad de Digi-Key.

En conclusión, el diseño de un entorno industrial seguro requiere un enfoque de múltiples capas que emplee múltiples estrategias para protegerse contra las interacciones no deseadas entre personas y máquinas. La clave es prevenir primero que el personal y el equipo entren en áreas potencialmente peligrosas. Las alfombrillas de seguridad, las cortinas de luz y los escáneres láser de seguridad desempeñan un papel importante en la detección de intrusiones y el apagado automático de máquinas sin la necesidad de interacción humana.

 


Este artículo apareció originalmente en Digikey.  https://www.digikey.co.uk/