Utiliser des scanners laser de sécurité pour la protection des opérateurs humains dans les zones de travail industrielles dangereuses

La plupart des installations d'automatisation industrielle sont des lieux de travail dangereux. Il y a des zones de l'usine où des équipements automatisés ou semi-automatisés sont opérationnels, et souvent — lorsque les équipements sont en service — ces zones sont extrêmement dangereuses pour l'homme. Les zones dangereuses peuvent inclure des équipements tels que des générateurs haute tension, des machines à souder industrielles, des machines de placement automatisé à usage intensif, des robots et d'autres machines exposées, où un accès non autorisé peut entraîner des blessures graves. Souvent, ces zones doivent être rapidement et facilement accessibles même lorsque les machines ne fonctionnent pas, ce qui rend les barrières et les grilles encombrantes ou peu pratiques. Des bandes réfléchissantes colorées au sol peuvent être utilisées pour indiquer une zone dangereuse, mais un moyen plus efficace serait un système de détection actif au sol capable d'intervenir si une personne pénètre dans la zone dangereuse.

Cet article explique comment les scanners laser de sécurité peuvent être utilisés pour surveiller les zones de travail industrielles dangereuses en balayant la zone cible avec des faisceaux laser. Il explore les avantages des scanners laser de sécurité dans les installations industrielles à haute activité qui garantissent la sécurité des opérateurs humains lorsqu'ils s'approchent des équipements dangereux. Il montre ensuite comment les scanners laser industriels de Banner Engineering et d'IDEC peuvent facilement surveiller une zone de l'usine pour détecter les opérateurs humains et prendre des mesures de sécurité telles que déclencher une alarme, ralentir la machine ou arrêter l'équipement.

Garantir la sécurité des zones de travail dangereuses

Les installations industrielles peuvent disposer d'équipements haute tension capables d'infliger de graves dommages aux opérateurs. Bien que l'équipement puisse être maintenu isolé ou confiné, les techniciens humains chargés de le faire fonctionner doivent être protégés. Les installations de fabrication peuvent également être dotées d'équipements robotiques industriels qui peuvent facilement faire tomber un opérateur sans avertissement. Si le robot se trouve sur une chaîne de montage automatisée, il peut généralement être entouré d'une grille, mais s'il s'agit d'un poste de travail assisté par opérateur pour la manipulation et le traitement des matériaux, il doit être facilement accessible à toute personne se trouvant dans l'usine. Les machines d'assemblage automatisé sont généralement accessibles, mais sécurisées ; elles doivent néanmoins être protégées des visiteurs curieux qui pourraient vouloir mettre leurs mains et leurs bras là où ils ne devraient pas.

Avec ce type d'équipement industriel, il est important, lors de la planification d'une installation industrielle, de s'assurer que les opérateurs humains sont en sécurité. Plutôt que de prendre ces décisions de sécurité une fois que le schéma d'implantation est déjà établi, il est préférable de procéder à des préparatifs de sécurité dès les premières étapes de la planification de l'installation. Cela est particulièrement vrai lorsqu'on utilise des scanners laser de sécurité. Ces scanners inondent une zone sélectionnée avec plusieurs lasers focalisés, et la lumière laser est réfléchie sur les récepteurs du scanner. Le scanner utilise cette lumière réfléchie pour créer une carte en visibilité directe bidimensionnelle de la surface au sol dans la zone de détection du scanner. Si un faisceau laser dans la zone balayée est interrompu, le scanner laser de sécurité peut détecter l'événement et être programmé pour déclencher des alarmes et des avertissements lumineux, ou même pour désactiver les équipements automatisés. Cela permet d'assurer la sécurité des opérateurs tout en augmentant le temps de fonctionnement des machines, ce qui améliore la productivité de l'installation.

Toute la zone à scanner doit avoir une visibilité directe claire vers le scanner laser de sécurité (Figure 1). Si la zone de travail n'est pas prévue dès le départ pour un scanner laser de sécurité, la zone balayée peut contenir des objets sur le trajet du faisceau, créant des angles morts pour les faisceaux du scanner. Pire encore, la zone balayée peut contenir de grands obstacles fixes comme un pilier porteur. Ces obstacles peuvent être évités si l'installation industrielle est conçue dès le départ en tenant compte des scanners laser de sécurité.

Figure 1 : Une installation typique de scanner laser de sécurité consiste en deux zones d'alerte qui émettent des avertissements pendant une intrusion, et une zone de protection qui place l'équipement dans un état sûr ou non opérationnel pendant une intrusion. (Source de l'image : IDEC)

La zone de travail doit être pensée dès le départ pour un scanner laser de sécurité. Un technicien programme les zones de balayage dans le scanner à l'aide du logiciel de planification visuelle fourni avec le scanner. Comme le montre la Figure 1, la zone est généralement programmée avec une ou plusieurs zones d'alerte et une zone de protection finale. Chaque zone d'alerte peut être définie à l'aide d'un logiciel de configuration pour déclencher une alarme ou une alerte. L'intrusion dans la zone de protection peut être définie de manière à arrêter l'équipement.

Fonctionnement du scanner laser de sécurité

Les scanners laser de sécurité ont un algorithme de détection intégré qui utilise une fréquence d'échantillonnage laser programmable pour vérifier les intrusions. La plupart des scanners sont définis sur la fréquence d'échantillonnage par défaut de 2x pour vérifier un objet, c'est-à-dire que l'objet doit être détecté deux fois de suite pour déclencher une action. L'échantillonnage multiple permet d'éviter que des particules étrangères telles que des éclats de métal ou des insectes ne déclenchent une fausse alerte. L'augmentation du nombre d'échantillons diminue les faux positifs mais augmente également le temps de détection. Si le temps de détection est augmenté, la sécurité peut être maintenue en augmentant la distance de détection, ce qui laisse plus de temps pour déclencher l'alerte.

Le scanner laser de sécurité SX5-B de Banner Engineering est un scanner laser de sécurité renforcé conçu pour les grands environnements industriels (Figure 2). Le SX5-B a une portée maximum pour les zones de sécurité et d'alerte de 5,5 mètres (m) et de 40 m, respectivement, et se connecte à l'Ethernet câblé de l'installation au moyen d'un connecteur M12. Il est répertorié IP65, ce qui lui offre une immunité à la poussière et aux projections d'eau. Les récepteurs laser filtrent la lumière visible, ce qui le rend insensible aux interférences de lumière ambiante. Le SX5-B peut être configuré pour un maximum de six zones, par exemple cinq zones d'alerte et une zone de protection.

Figure 2 : Le scanner laser de sécurité SX5-B de Banner Engineering a une portée maximum pour les zones de sécurité et d'alerte de 5,5 m et 40 m, respectivement. Il peut offrir une couverture à 275 degrés et est insensible à la lumière ambiante et à la poussière. (Source de l'image : Banner Engineering)

Le SX5-B est doté d'un écran LCD couleur pour indiquer l'état du scanner laser de sécurité. L'écran peut indiquer jusqu'à 27 conditions d'état, de diagnostic et d'erreur différentes, y compris un avertissement ou une violation de protection, ou indiquer si les détecteurs laser doivent être nettoyés.

Le SX5-B a un champ de protection de 275 degrés et peut balayer en continu la zone de protection pour détecter les intrusions dans la zone surveillée. Le scanner peut filtrer les faux positifs liés à la poussière, la saleté ou les petits débris. D'une hauteur de 152 millimètres (mm), il est facile à positionner dans une zone dense sans perturber le fonctionnement de l'usine. Le logiciel de configuration est facile à utiliser et permet de définir des zones de détection flexibles, y compris des zones rectangulaires, circulaires ou de forme irrégulière. Grâce à cette flexibilité, le SX5-B peut surveiller en toute sécurité uniquement la zone à problème, en excluant les zones sûres où aucune alerte d'intrusion n'est requise.

Connexion de plusieurs scanners laser de sécurité

Pour les grandes zones de détection, IDEC propose le scanner laser de sécurité SE2L-H05LPC (Figure 3). Il présente à peu près les mêmes caractéristiques que le SX5-B, avec l'avantage supplémentaire de pouvoir connecter quatre scanners SE2L ensemble.

Figure 3 : Le scanner laser de sécurité SE2L-H05LPC d'IDEC prend en charge un champ de protection à 270 degrés jusqu'à 5 m. Quatre scanners SE2L peuvent être facilement connectés ensemble via RS-485 pour un fonctionnement simultané. (Source de l'image : IDEC)

Le SE2L-H05LPC se connecte au réseau local à l'aide d'un connecteur 100Base-T Ethernet étanche et il est configuré à partir d'un PC hôte via une connexion USB 2.0. Les données de configuration peuvent également être transférées vers le SE2L à l'aide d'une carte mémoire micro SD. Le transfert d'une nouvelle configuration vers une unité SE2L différente est ainsi très rapide et efficace, car il n'est pas nécessaire de la connecter à un PC.

Le SE2L a une hauteur de 95 mm et peut donc être facilement installé dans des espaces réduits. L'angle de détection est de 270 degrés avec une portée de détection maximale de 5 m. Il peut filtrer la lumière ambiante et il est répertorié IP65, ce qui empêche la pénétration de poussière et le rend plus résistant aux fausses détections.

Pour la surveillance de grandes surfaces, il est possible de connecter jusqu'à quatre scanners SE2L ensemble. Un hôte SE2L est connecté à la carte de commande principale ou au contrôleur logique programmable (PLC) responsable de l'équipement et des scanners. Jusqu'à trois autres scanners SE2L sont connectés au port RS-485 du scanner hôte. Une alarme ou une indication d'événement sur l'un de ces trois scanners SE2L est communiquée au scanner hôte via la connexion RS-485. L'hôte communique ensuite l'action appropriée au PLC ou à l'un des indicateurs d'alarme. Cela permet aux quatre scanners de partager des indicateurs d'alarme et d'alerte communs pour leurs zones de détection individuelles. Cela simplifie grandement la configuration et réduit le câblage.

Conclusion

La sécurité des opérateurs humains est une priorité absolue dans les installations d'automatisation industrielle. Certaines zones sont trop dangereuses pour que les personnes puissent y accéder pendant que l'équipement fonctionne, mais en même temps, les opérateurs doivent pouvoir accéder facilement à l'équipement lorsqu'il n'est pas opérationnel. Les scanners laser de sécurité constituent un moyen simple et efficace de surveiller la zone au sol autour des équipements dangereux. Cela améliore la productivité tout en garantissant la sécurité des opérateurs et en permettant aux équipements d'être facilement accessibles pendant le fonctionnement normal si nécessaire.