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Usar escáneres láser de seguridad para proteger a los operadores humanos en zonas de trabajo industrial peligrosas

Por Bill Giovino

Colaboración de Editores de Digi-Key de América del Norte

La mayoría de las instalaciones de automatización industrial son lugares de trabajo peligrosos. Hay zonas del piso donde el equipo automatizado o semiautomático está en funcionamiento, y a menudo -mientras el equipo está en uso- esas zonas son extremadamente peligrosas para que los humanos entren. Las zonas peligrosas pueden incluir equipos como generadores de alto voltaje, máquinas de soldadura industrial, máquinas de recogida y colocación de gran potencia, robots y otra maquinaria expuesta en la que un acceso no autorizado puede provocar graves lesiones humanas. A menudo, estas zonas también requieren un acceso rápido y fácil durante los períodos en que la maquinaria no está en funcionamiento, lo que hace que las vallas y las puertas sean engorrosas o poco prácticas. Se pueden utilizar tiras reflectantes de color en el suelo para indicar una zona peligrosa, pero un medio más eficaz sería un sistema de detección activo para el suelo que pudiera tomar medidas si un humano entra en la zona peligrosa.

Este artículo explica cómo los escáneres de láser de seguridad pueden utilizarse para supervisar áreas de trabajo industrial peligrosas escaneando el área objetivo con rayos láser. Examina las ventajas de los escáneres láser de seguridad en instalaciones industriales muy concurridas, manteniendo a la vez a los operadores humanos a salvo cuando se acercan a equipos peligrosos. Luego muestra cómo los escáneres láser industriales de Banner Engineering y IDEC pueden fácilmente monitorear un área del piso para detectar operadores humanos y tomar acciones de seguridad como hacer sonar una alarma, disminuir la velocidad de la máquina o apagar el equipo.

Mantener seguras las zonas de trabajo peligrosas

Las instalaciones industriales pueden tener equipos de alto voltaje capaces de infligir graves daños a los operadores. Aunque el equipo puede mantenerse aislado o encerrado en jaulas, los técnicos humanos encargados de operar el equipo deben estar protegidos. Las instalaciones de fabricación también pueden tener equipos robóticos industriales que pueden hacer que un operador se caiga de pie sin previo aviso. Si el robot está en una línea de montaje automatizada, normalmente puede ser vallado, pero si es una estación de trabajo atendida por un operador para la manipulación y el procesamiento de materiales, puede ser necesario que sea fácilmente accesible para cualquier persona en una planta de fábrica ocupada. La maquinaria de recogida y colocación también suele ser accesible pero a salvo de los transeúntes; aún así, debe mantenerse a salvo de los visitantes curiosos que podrían querer meter las manos y los brazos donde no pertenecen.

Con este tipo de equipo industrial en el suelo es importante cuando se planifica una instalación industrial para asegurar que los operadores humanos se mantengan seguros. En lugar de tomar estas decisiones de seguridad cuando ya se ha trazado el plano del equipo, es mejor hacer los preparativos de seguridad durante las etapas iniciales de la planificación de la instalación. Esto es especialmente cierto cuando se usan escáneres láser de seguridad. Estos escáneres inundan un área seleccionada con múltiples láseres enfocados, y la luz láser se refleja de nuevo a los receptores en el escáner. El escáner usa esta luz reflejada para crear un mapa bidimensional de la línea de visión del área del suelo en la región de detección del escáner. Si se rompe un rayo láser en el área escaneada, el escáner láser de seguridad puede detectar el evento y ser programado para activar las luces de advertencia y las alarmas, o incluso desactivar el equipo automatizado. Esto mantiene a los operadores humanos seguros mientras que aumenta el tiempo de funcionamiento de la máquina, mejorando la productividad de la instalación.

Toda el área que se va a escanear debe tener una línea de visión clara hacia el escáner láser de seguridad (Figura 1). Si el área de trabajo no está planificada para un escáner láser de seguridad desde el principio, el área escaneada podría contener objetos en el camino del rayo creando puntos ciegos para los rayos del escáner. Peor aún, el área escaneada podría contener obstrucciones grandes e inamovibles como un pilar de carga. Estos obstáculos pueden evitarse si la instalación industrial se diseña desde el principio teniendo en cuenta los escáneres láser de seguridad.

Diagrama de la configuración típica de un escáner láser de seguridadFigura 1: Una configuración típica de escáner láser de seguridad consiste en dos zonas de advertencia que emiten alertas durante una intrusión, y una zona de protección que pone el equipo en una condición segura o no operativa durante una intrusión. (Fuente de la imagen: IDEC)

El área de trabajo debe estar preparada para un escáner láser de seguridad en mente desde el principio. Un técnico programa las zonas de escaneo en el escáner usando el software de planificación visual que viene con el escáner. Como se ve en la figura 1, la zona suele estar programada con una o más zonas de advertencia y una zona de protección final. Cada zona de advertencia se puede configurar mediante un software de configuración para activar una alarma o una alerta. Al entrar en la zona de protección, se puede configurar para apagar el equipo.

Funcionamiento del escáner láser de seguridad

Los escáneres láser de seguridad tienen un algoritmo de detección incorporado que utiliza una tasa de muestreo de láser programable para verificar las intrusiones. La mayoría de los escáneres están configurados con una frecuencia de muestreo por defecto de 2x para verificar un objeto, es decir, el objeto debe ser detectado dos veces seguidas para desencadenar una acción. La toma de muestras múltiples evita que partículas extrañas como fragmentos de metal o insectos desencadenen una falsa alerta. El aumento del número de muestras disminuye los falsos positivos pero también aumenta el tiempo de detección. Si se aumenta el tiempo de detección, se puede mantener la seguridad aumentando la distancia de detección, permitiendo más tiempo para dar la alerta.

Un sólido escáner láser de seguridad diseñado para grandes entornos industriales es el Banner Engineering SX5-B escáner láser de seguridad (Figura 2). El SX5-B tiene un alcance máximo para las zonas de seguridad y de advertencia de 5.5 metros (m) y 40 m, respectivamente, y se conecta a la Ethernet cableada de la instalación mediante un conector M12. Tiene una clasificación IP65, lo que la hace inmune al polvo y a los aerosoles de agua. Los receptores de láser filtran la luz visible, haciéndola inmune a la interferencia de la luz ambiental. El SX5-B puede configurarse para un máximo de seis conjuntos de zonas, por ejemplo, cinco zonas de advertencia y una zona de protección.

Imagen del escáner láser de seguridad Banner Engineering SX5-BFigura 2: El escáner láser de seguridad Banner Engineering SX5-B tiene un alcance máximo para las zonas de seguridad y de advertencia de 5.5 m y 40 m, respectivamente. Puede proporcionar 275 grados de cobertura y es inmune a la luz ambiental y al polvo. (Fuente de la imagen: Banner Engineering)

El SX5-B tiene una pantalla LCD a color para indicar el estado del escáner láser de seguridad. La pantalla puede indicar hasta 27 condiciones de estado, diagnóstico y error diferentes, incluida una advertencia o violación de la protección, o indicar si los detectores láser necesitan ser limpiados.

El SX5-B tiene un campo de protección de 275 grados y puede escanear continuamente el área de protección para detectar intrusiones en el área monitoreada. El escáner puede filtrar los falsos positivos del polvo, la suciedad o los pequeños desechos. Tiene una altura de 152 milímetros (mm), lo que facilita su colocación en una zona concurrida sin interferir con las operaciones de la fábrica. El software de configuración es fácil de usar y permite que las áreas de detección flexibles se distribuyan, incluyendo las rectangulares, circulares o de forma irregular. Esta flexibilidad permite que el SX5-B monitorice de forma segura solo el área de interés, mientras que excluye las áreas seguras en las que no se necesita una alerta de intrusión.

Conectando múltiples escáneres láser de seguridad

Para grandes áreas de detección, IDEC tiene el escáner láser de seguridad SE2L-H05LPC (Figura 3). Tiene muchas de las mismas características que el SX5-B con la ventaja añadida de poder conectar cuatro escáneres SE2L actuando juntos.

Imagen del escáner láser de seguridad SE2L-H05LPC de IDECFigura 3: El escáner láser de seguridad SE2L-H05LPC de IDEC soporta un campo de protección de 270 grados hasta 5 m. Cuatro escáneres SE2L pueden ser fácilmente conectados entre sí usando RS-485 para operación simultánea. (Fuente de la imagen: IDEC)

El SE2L-H05LPC se conecta a la red local mediante un conector Ethernet 100Base-T a prueba de agua y se configura desde una computadora central mediante una conexión USB 2.0. Alternativamente, los datos de configuración pueden ser transferidos al SE2L usando una tarjeta de memoria micro SD. Esto hace que la transferencia de una nueva configuración a una unidad SE2L diferente sea muy rápida y eficiente al no tener que conectarla a una PC.

El SE2L tiene 95 mm de altura, lo que facilita su colocación en áreas pequeñas. El ángulo de detección es de 270 grados con un alcance máximo de detección de 5 m. Puede filtrar la luz ambiental y tiene un grado de protección IP65, lo que evita la entrada de polvo y lo hace más resistente a los eventos de detección falsa.

Para monitorear grandes áreas de piso, se pueden conectar hasta cuatro escáneres SE2L. Un host SE2L está conectado a la placa de control principal o al controlador lógico programable (PLC) responsable del equipo y los escáneres. Hasta tres escáneres SE2L más están conectados al puerto RS-485 del escáner host. Una alarma o indicación de evento en cualquiera de estos tres escáneres SE2L se comunica al escáner host a través de la conexión RS-485. El host entonces comunica la acción apropiada al PLC o a cualquiera de los indicadores de alarma. Esto permite que los cuatro escáneres compartan indicadores de alarma y alerta comunes para sus áreas de detección individuales. Esto simplifica enormemente la configuración y reduce el cableado.

Conclusión

Mantener la seguridad de los operadores humanos es una prioridad máxima en las instalaciones de automatización industrial. Algunas zonas son demasiado peligrosas para que las personas tengan acceso a ellas mientras el equipo está en funcionamiento, pero al mismo tiempo los operadores humanos necesitan tener fácil acceso al equipo cuando no está en funcionamiento. Los escáneres láser de seguridad proporcionan un medio fácil y eficaz de supervisar el área de suelo alrededor de los equipos peligrosos. Esto mejora la productividad al mantener seguros a los operadores humanos y al mismo tiempo permitir que el equipo sea fácilmente accesible cuando se necesite durante el funcionamiento normal.

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Acerca de este autor

Bill Giovino

Bill Giovino es ingeniero electrónico con un BSEE de la universidad de Syracuse y es uno de los pocos profesionales capaz de pasar de ingeniería en diseño a ingeniería de aplicación en campo a marketing tecnológico de forma exitosa.

Durante más de 25 años, Bill ha disfrutado promocionar las nuevas tecnologías a audiencias técnicas y no técnicas por igual en muchas empresas, entre ellas STMicroelectronics, Intel y Maxim Integrated. Mientras trabajó en STMicroelectronics, Bill ayudó a dirigir los primeros éxitos de la empresa en la industria de microcontroladores. En Infineon, Bill estuvo a cargo de que el diseño del primer controlador de la empresa tuviera éxito en la industria automotriz de EE. UU. Como consultor de marketing para CPU Technologies, Bill ha ayudado a muchas empresas a convertir sus productos con bajo rendimiento en casos de éxito.

Bill fue uno de los primeros en adoptar el Internet de las cosas, incluso colocar la primera pila de TCP/IP en un microcontrolador. Bill es un ferviente creyente de "Vender a través de la educación" y de la gran importancia de contar con comunicaciones claras y bien escritas a la hora de promocionar productos en línea. Es moderador del grupo en Linkedin denominado Semiconductor Sales & Marketing (Marketing y ventas de semiconductores) y habla sobre el concepto B2E (empresa-empleado) de manera fluida.

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