Принцип работы и архитектура системы световых барьеров SICK

Принцип работы и архитектура системы

Световые барьеры SICK, также известные как фотобарьеры или оптические завесы, представляют собой высокоточные электронно-оптические устройства. Их архитектура базируется на двух основных компонентах: излучателе и приёмнике. Излучатель генерирует множество строго параллельных инфракрасных лучей, работающих в диапазоне длин волн от 840 до 1200 нанометров, которые формируют сплошную защитную зону. Приёмник непрерывно анализирует интенсивность поступающего оптического сигнала. В случае прерывания одного или нескольких лучей система мгновенно формирует логический сигнал остановки опасного оборудования.

Ключевым технологическим отличием продуктов SICK является применение последовательной синхронизации лучей и системы автоматической подстройки усиления. Первая функция исключает взаимные электромагнитные и оптические помехи при работе нескольких барьеров в непосредственной близости. Вторая позволяет системе динамически адаптировать свою чувствительность к изменяющимся условиям окружающей среды, таким как запыленность, запотевание или колебания освещенности, без необходимости ручной калибровки.

Классификация и типы световых барьеров

Продуктовая линейка световых барьеров SICK отличается значительным разнообразием, что позволяет подобрать решение для конкретных применений. Классификация проводится по нескольким ключевым параметрам.

По количеству лучей и разрешению:

• Защита пальцев — системы с разрешением 10–14 мм и высотой защитной зоны от 100 до 400 мм, предназначены для обнаружения самых мелких объектов.
• Защита кистей — барьеры с разрешением 20–30 мм и высотой зоны от 200 до 1000 мм.
• Защита тела — завесы с разрешением 40 мм и более, способные создавать защитную зону высотой до 1600 мм и более для блокировки доступа всего тела человека.

По принципу работы и конструктивному исполнению:

• Однолучевые барьеры — используются для задач позиционирования, подсчета объектов или контроля наличия/отсутствия.
• Многолучевые завесы — формируют сплошное поле из лучей для создания полноценной защитной зоны.
• Рефлекторные системы — состоят только из передатчика и специального отражателя, что упрощает монтаж и снижает затраты на организацию защиты протяженных зон.

По уровню защиты и устойчивости к внешним воздействиям:

• Стандартное исполнение (степень защиты IP67) — для обычных промышленных условий.
• Вибростойкое исполнение — для установки на оборудовании с высоким уровнем вибраций, таком как прессы или штамповочные прессы.
• Взрывозащищённое исполнение (серия EFB) — для применения в нефтегазовой, химической и других отраслях с взрывоопасными зонами.
• Водонепроницаемое исполнение (IP68, IP69K) — для работы в условиях повышенной влажности, прямого попадания воды или необходимости мойки под высоким давлением.

По функциональности:

• Базовые защитные модели — выполняют фундаментальную функцию безопасности.
• Измерительные завесы — помимо защиты, способны определять размеры, положение, контур или объем объекта, что используется в автоматизации.

Технические особенности и инновации

Оборудование SICK обладает рядом значимых технических характеристик, которые определяют его применение в высокоточных и ответственных задачах.

• Высокое быстродействие: Скорость отклика системы является критически важным параметром для остановки оборудования. У современных моделей время реакции для группы из 8 лучей составляет около 14 мс, а для сложной завесы из 128 лучей не превышает 25 мс. Это позволяет использовать их с высокоскоростными роботами-манипуляторами и прессами.
• Отсутствие мёртвых зон: Благодаря точной калибровке и алгоритмам перекрёстного сканивания достигается полное покрытие контролируемой зоны без слепых участков.
• Адаптивные режимы работы:
  • Режим пропуска сканирования (Blankout) — позволяет системе игнорировать постоянные препятствия в зоне контроля, например, элементы станины станка.
  • Режим приглушения луча (Muting) — временное отключение защиты для пропуска через зону заранее определенных объектов, например, тары на конвейере.
• Непрерывная самодиагностика: Система в реальном времени отслеживает свою работоспособность, предупреждая оператора о загрязнении оптики, смещении блоков, снижении интенсивности сигнала или любых аппаратных сбоях.
• Совместимость и интеграция: Для подключения к системам управления большинство моделей поддерживает стандартные дискретные выходы PNP и NPN типа, релейные выходы нормально открытого и нормально закрытого типа, а также цифровые интерфейсы связи, такие как RS-485, для интеграции в сети промышленной автоматизации.

Практическое применение и сценарии использования

Сферы применения световых барьеров SICK охватывают практически все отрасли промышленности.

• Металлообработка и машиностроение: Защита операторов на механических прессах, гильотинных ножницах, штамповочных автоматах и роботизированных сборочных комплексах.
• Логистика и складские системы: Контроль прохождения грузов на конвейерных линиях, автоматическое определение габаритов паллет и коробов, защита периметра роботизированных складов (AS/RS).
• Пищевая и упаковочная промышленность: Обнаружение объектов в зоне работы фасовочных и упаковочных машин, контроль наполнения линий, обеспечение безопасности на порционных и резательных аппаратах.
• Автомобильная промышленность: Обеспечение безопасности на сборочных линиях, участках окраски и зонах работы промышленных роботов-сварщиков.
• Опасные производства: Взрывозащищённые модели используются на нефтеперерабатывающих заводах, лакокрасочных производствах, в шахтах и на других объектах с классифицированными взрывоопасными зонами.

Советы по монтажу и эксплуатации

Правильная установка и обслуживание являются залогом долговечной и безотказной работы системы безопасности.

• Юстировка и настройка: Многие современные модели оснащены системами индикации, которые значительно упрощают процесс юстировки. Часто для точного выравнивания излучателя и приёмника достаточно визуального контроля по светодиодам на корпусе устройств.
• Защита от вибраций: При монтаже на оборудовании с выраженной вибрацией рекомендуется использовать специальные демпфирующие кронштейны или виброизолирующие прокладки. Это предотвращает самопроизвольное смещение блоков и ложные срабатывания.
• Минимизация помех: При установке нескольких оптических завес в непосредственной близости друг от друга необходимо активировать функцию последовательной синхронизации, чтобы их рабочие циклы не пересекались и не создавали взаимных помех.
• Учет внешних условий: При выборе модели необходимо учитывать температурный диапазон эксплуатации, который для стандартных исполнений составляет от –25 °C до +70 °C, а также степень защиты IP, соответствующую условиям в цехе.

Сравнительные преимущества и соответствие стандартам

Продукция SICK занимает устойчивую позицию на рынке промышленной безопасности. Её основные преимущества заключаются в следующем.

• Надёжность и соответствие стандартам: Оборудование соответствует строгим международным и национальным стандартам. Оно сертифицировано по категории безопасности Type 4, что гарантирует работу даже в случае одиночного отказа. Уровень полноты безопасности достигает SIL 3 в соответствии с IEC 61508 и PL e по ISO 13849-1.
• Экономическая эффективность: Внедрение надёжных систем безопасности позволяет избежать колоссальных убытков, связанных с производственным травматизмом, остановками производства и ремонтом поврежденного оборудования.
• Гибкость конфигураций: Широкий модельный ряд, включающий десятки различных модификаций, и настраиваемые параметры позволяют инженерам точно подобрать решение под уникальные задачи каждого производства.

Для наглядного сравнения основных серий представлена следующая таблица.

Заключение

Световые барьеры SICK являются высокоинтеллектуальными компонентами современных систем промышленной безопасности и автоматизации. Их ключевая роль заключается в обеспечении беспрецедентного уровня точности, надёжности и интеграционной способности в сложные технологические процессы. Эти системы становятся незаменимым элементом для инженеров, проектирующих не только производительные, но и соответствующие строгим нормативам безопасности производства.

Выбор конкретной модели требует тщательного анализа технического задания, условий эксплуатации и необходимого уровня безопасности. Правильно подобранная и настроенная оптическая завеса служит краеугольным камнем для построения отказоустойчивых, эффективных и безопасных производственных систем.