ROBÓTICACURSO 2010/2011TEMA 4. Seguridad en instalaciones robotizadas

1. Introducción.

2. Medidas de seguridad.

3. Normas armonizadas relacionadas con la seguridad de las celdas robotizadas.

4. Sensorización para la instalación segura de una celda robótica. El concepto de Muting.

5. Ejemplos y ejercicios de aplicación.

4. Seguridad en instalacionesrobotizadas

4. Seguridad en instalacionesrobotizadas Objetivos Conocer los tipos y causas de accidentes que se producen en una

instalación robotizada. Conocer la normativa existente con respecto al diseño e instalación

de una célula robótica. Conocer las competencias de seguridad intrínseca de un robot. Tener conceptos básicos para diseñar y configurar la seguridad de

una célula robotizada.

1. INTRODUCCIÓN

El tema de la se seguridad y prevención de accidentes es un aspecto crítico durante el desarrollo y explotación de una célula robotizada.

Introducción

1. El robot posee mayor índice de riesgo de accidente que otra

máquina de características similares

2. Grado de aceptación social del robot dentro de la fábrica

* Número de accidentes laborales producidos por robots industriales es menor

que con otras máquinas

Para prevenir los accidentes es necesario saber qué tipo de accidentes se producen, para analizar el porqué y cómo evitarse.

Causas de accidentes

Un robot industrial posee un nivel de riesgo superior al de otras máquinas similares (CNC) por sus características intrínsecas.

Características de riesgo robot industrial

Movimiento simultáneo de ejes (seis o más)

Movimiento independiente de cada uno de los ejes y con trayectorias complejas

Amplio campo de trabajo no fácilmente reconocido por el operario

Campo de acción solapado con otras máquinas y dispositivos

Los tipos de accidentes causados por robots industriales son debidos a: Colisión entre robots y hombre. Aplastamiento al quedar atrapado el hombre entre el robot y

algún elemento. Proyección de una pieza o material (metal fundido, corrosivo)

transportada por el robot.

Causas de accidentes

Las causas son agravadas por la gran velocidad con la que los robots pueden realizar sus movimientos y su gran carga

estática y dinámica

Ya conocidos los tipos principales de accidentes, es necesario conocer cuáles son las causas que los originan: Mal funcionamiento del sistema de control (software, hardware,

etc.) Acceso indebido de personal a la zona de trabajo. Errores humanos en las etapas de mantenimiento, diseño e

instalación. Mala adaptación de la normativa de seguridad. Rotura de partes mecánicas por corrosión o fatiga. Sobrecarga del robot (manejo de cargas excesivas). Uso de herramientas peligrosas (láser, corte por agua, etc.).

Causas de accidentes

Adaptación a la normativa de seguridad existente

2. MEDIDAS DE SEGURIDAD

Medidas de seguridadConociendo tipos de accidentes y causas que los originan Determinar medidas de seguridad necesarias

Impedir el acceso de los operarios al campo de acción del robot mientras éste

está en funcionamiento

Punto crítico

Seguridad en sistemas

robotizadosSeguridad intrínseca del

sistema robótico

Diseño e implantación de la célula o sistema automatizado

Fabricante

Ingeniero

Medidas de seguridad (Robot) Medidas de seguridad a tomar en la fase de diseño del robot

Supervisión del sistema de control: el sistema de control debe realizar una continua supervisión del correcto funcionamiento de todos los subsistemas.

Paradas de emergencia: el robot debe disponer de varias paradas de emergencia.

Velocidad máxima limitada: el robot debe disponer de varias modos que permitan ajustar la velocidad máxima (siempre inferior a la nominal). En la fase de programación debe ser menor que 0,3 m/s).

Detectores de sobreesfuerzo: el robot de be incluir sensores de sobreesfuerzo en los accionamientos cuando se sobrepase un valor excesivo.

Pulsador de seguridad: las paletas y consolas de programación deberán disponer de un dispositivo de seguridad

Frenos mecánicos: los accionamientos deben disponer de frenos mecánicos que entren en funcionamiento cuando se corte la alimentación.

Norma ISO 10218-1«Robots para entornos industriales. Requisitos de seguridad. Parte

I: Robot»

Medidas de seguridad (Célula)

Diseño e instalación de la célula del sistema

automatizado

Tareas del ingeniero o usuario

Medidas de seguridad a tomar en la fase de diseño de la célula

robotizada

Medidas de seguridad a tomar en la fase de instalación y explotación

del sistema

* Normas UNE EN ISO

Medidas de seguridad (Célula) Medidas de seguridad a tomar en la fase de diseño e

instalación de la célula robotizada Barreras de acceso a la célula: se deberá disponer de barreras que no

permitan el acceso a personas. Movimientos condicionados (muting): se deberá disponer de un sistema de

seguridad que distinga al operador humano y a una pieza de trabajo. Sensorización adecuada: la célula deberá disponer de una sensorización

adecuada para la seguridad de la misma (categoría de seguridad de los sensores utilizados).

Abstención de entrar en la zona de trabajo: durante la programación e implantación de la aplicación , se debe permanecer fuera del campo de acción del robot. El robot tendrá que trabajar a velocidades lentas (fase de programación) y una vez trabajando de forma automática (velocidad de proceso), la zona de trabajo deberá estar despejada.

3. NORMAS ARMONIZADAS PARA LA SEGURIDAD DE CELDAS ROBOTIZADAS

Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas Normas UNE: normas españolas elaborados por AENOR (Asociación Española

de Normalización y Certificación), que contienen especificaciones técnicas para una actividad y que han sido consensuadas entre todas las partes involucradas. EN: European Norm. Normas AENOR que son estándares europeos.

EN-ISO: International Standarization Organization. Normas AENOR que son estándares europeos y estándares internacionales.

Directiva de Máquinas (98/37/CE - 2006/42/CE): máquinas puestas en servicio después del 1 de enero de 1995 están sujetas a la directiva de máquinas.

Marcado CE: revisión física e inspección para las máquinas que se debe llevar a cabo, no sólo para cumplir la Directiva de Máquinas (reglamentación vigente en materia de seguridad y salud en la Unión Europea), sino también satisfacer los requerimientos de todas las directivas aplicables a las máquinas.

Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas Célula robótica

Sistema robótico

ISO 10218-1

«Robots para entornos industriales. Requisitos de seguridad. Parte I: Robot»

ISO 10218-2«Robots para entornos industriales. Requisitos

de seguridad. Parte II: Sistemas robot e integración»

(prevista publicación a finales del 2010)

Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas Célula robótica Célula/Proceso

automatizadoUNE EN 999

«Posicionamiento de los dispositivos de protección en función de la velocidad de

aproximación de partes del cuerpo humano»

UNE EN 953

«Requisitos generales para el diseño y construcción de resguardos fijos y móviles»

UNE EN 1088

«Dispositivos de enclavamiento asociados a resguardos. Principios para el diseño y

selección»

Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas Célula robótica Célula/Proceso

automatizado

ISO 13850«Parada de emergencia. Principios para el

diseño»UNE EN 954-ISO 13849

«Partes de los sistemas de mando relativas a la seguridad. Principios generales para el

diseño»

Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas

EN 999: Distancias de seguridad y su relación con las barreras de seguridad. Funciones de Muting.

EN 953: Normas diseño y selección de resguardos mecánicos. EN 1088: Normas diseño y selección de dispositivos de

enclavamiento. ISO 13850: Normas diseño y selección de paros de emergencia. EN 954-ISO 13849 (nueva): Elección de la categoría del riesgo para

el correcto cableado en los dispositivos de seguridad.

Resumen normas armonizadas para la célula robótica

4. SENSORIZACIÓN PARA LA INSTALACIÓN SEGURDA DE UNA CELDA ROBOTIZADA

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 ¿A qué distancia debo colocar los dispositivos de seguridad (sensores)

del punto peligroso (robot)? Esta norma define la distancia de seguridad con la siguiente fórmula:

𝑆=𝐾 ∗𝑇 +𝐶S = distancia de seguridad en mm

K = constante de velocidad de acercamiento del cuerpo humano en mm/s (generalmente se usa 1600 mm/s)

T = (t1+t2) dondet1: tiempo de respuesta del dispositivo de protección en segundost2: tiempo de parada de la máquina en segundos

C: distancia suplementaria en mm (depende de la resolución del dispositivo de protección).

Sensores de seguridad utilizados Los sensores de barrera para la protección utilizados son tipo opto-electrónicos

o fotoeléctricos (AOPD = Active Optoelectronic Protective Device). También, de una forma general se les denomina barreras inmateriales o EPSE (Electro Sensitive Protective Equipment)

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999

Parámetros distancia de seguridad El cálculo de la distancia S se realiza dependiendo de diversos parámetros

tales como el sentido de la penetración, la capacidad de detección del sensor (resolución) y de sus características intrínsecas.

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999

Aproximación perpendicular Aproximación angular

Aproximación paralela

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999

S = distancia mínimaT = tiempod = resoluciónβ = ángulo entre el plano de detección y el sentido de la penetración

Cálculo de la distancia de seguridad para la

aproximación perpendicular mediante OAPD

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 Muting (Inhibición)

La función muting es la suspensión provisional y automática del funcionamiento de la barrera de seguridad para garantizar el paso normal del material al área protegida.

La activación de la función de muting está generada para el reconocimiento del objeto que interrumpe el área protegida. Cuando el sistema reconoce el material y lo distingue de un posible operador (en una situación potencial de peligro), está activado para excluir de forma transitoria la barrera, permitiendo así que el material atraviese el área.Funcionamiento del muting

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 Sensores utilizados

Barreras inmateriales: barreras del tipo fotoeléctrico (OAPD) que deben incluir la funcionalidad de muting (inhibición de las barreras).

Sensores muting: los sensores muting, que pueden estar integrados en la barrera o pueden ser externos, componen el sistema de detección que activan (o desactivan) la función muting. Sólo una correcta secuencia de interrupción de los haces de los sensores muting permite la desactivación del control del área peligrosa. Estos sensores podrán ser de distintos tipos (fotoeléctricos, ópticos, capacitivos, etc.) con salida de tipo PNP y con conmutación DARK-ON.

Sensores muting

Barreras con sensores muting

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 Tipos de muting

Muting paralelo 4 sensores ópticos de proximidad enfrentados:

(1)

(2)

Si el producto activa los sensores MS_11 y MS_12 en un tiempo

corto, se activa el modo muting. La distancia entre MS_11,MS_12 y MS_21, MS_22 es igual a la del

producto

El modo muting se mantiene activo siempre que MS_11 y MS_12 estén activados por el producto. El producto puede pasar la barrera sin ocasionar un

paro de la máquina.

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 Tipos de muting

Muting paralelo 4 sensores ópticos de proximidad enfrentados:

(3)

(4)

Antes de que los sensores MS_11 y MS_12 se desactiven, los sensores MS_21 y MS_22 deberán haberse activado dentro del tiempo corto. De esta

manera el modo muting continúa activo.

El modo muting se termina si uno de los sensores MS_21 o MS_22 se desactiva. El modo muting puede

estar activo como máximo durante el tiempo determinado.

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 Tipos de muting

Muting con 4 sensores ópticos de proximidad enfrentados (muting paralelo):

Diagrama de tiemposDISCTIM1 ≤ 50-100 msDISCTIM2 ≤ 50-100 ms

TIMEMAX tiempo muting

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 Tipos de muting

Muting con 4 sensores monohaz de barrera (muting serie):

- La barrera se inhibe mediante la activación secuencial de los pares de sensores (A1, A2). - El producto sigue avanzando, pasa por la barrera y activa B1. Una vez activado B2, A1 debe desactivarse. En este caso, la distancia entre el A1 y B2 debe ser inferior a la longitud del producto.- La pieza de trabajo deja de ser detectada por el B1, se borra el estado de muting.

Una activación de los sensores no prevista, detecta al operador y no se activa el modo

muting y se produce una parada de emergencia

Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 Tipos de muting

Muting paralelo 4 sensores monohaz de barrera :

Diagrama de tiemposMargen de tiempo para que A1 y B2 no estén activados al mismo

tiempo

Elección categoría del sensor y cableadoUNE EN 954-ISO 13849 Categoría de los sensores

Las seguridades de una célula robotizada han de cumplir la categoría 4 de seguridad según EN 954-1, que se ha sustituido recientemente por la nueva normativa EN ISO 13849-1.

Para poder tener una seguridad tipo 4 dentro de la célula: Todos los sensores dentro de una célula robotizada deben tener la

categoría 4 de seguridad. La categoría 4 de seguridad dicta que los sensores han sido diseñados y fabricados de forma especial para la seguridad.• Barreras fotoeléctricas.• Puertas de acceso a la célula (tipo 4 poseen micro de seguridad).• Setas de emergencia.• Rearmes de puertas.

Elección categoría del sensorUNE EN 954-ISO 13849 Controladores de seguridad

PLC de seguridad. El PLC de seguridad tiene una arquitectura diferente y está constantemente vigilando los fallos internos y errores de cableado externos. Un PLC de seguridad ha sido diseñado para incrementar los diagnósticos a un nivel muy por encima de los PLCs estándar.

Módulos con una CPU segura (para realizar el muting - SmartGuard).

<<Imágenes cortesía de Rowkwell Automation y PILZ>>

Elección categoría del sensorUNE EN 954-ISO 13849 Cableado

Para cumplir con la categoría de seguridad 4, es absolutamente necesario que se lea el retorno de los contactores del actuador.

La alimentación (para el muting) no debe dar tensión a ninguna parte de la máquina, salvo a los elementos de seguridad. Las dos fuentes deben tener la misma masa.

CPU seguridad

Módulo OAPD

PLC planta

Comunicación

Sensores muting

OAPD

Contactores

Elección categoría del sensorUNE EN 954-ISO 13849 Ejemplo de cableado

<<Imágenes cortesía de Rowkwell Automation>>

5. EJEMPLOS Y EJERCICIOS DE APLICACIÓN

Aplicación del muting

Muting serie Célula robótica donde

entran piezas de trabajo

Longitud del objeto de trabajo es 1,2 m.

Tareas Escoger de un

fabricante (Siemens, Snechider, etc.) los sensores muting y la barrera OAPD.

Establecer las distancias de seguridad.

Esquema de cableado (opcional)

- “Fundamentos de Robótica”. Barrientos, Peñín, Balaguer, Aracil. Mc Graw Hill, 2ª Edición. 2004.

- “Robots y Sistemas Sensoriales”. Torres, Pomares, Puente, Gil, Aracil. Pretince Hall. 2002.

- Normas UNE-EN-ISO.

Bibliografía

ROBÓTICACURSO 2010/2011TEMA 4. Seguridad en instalaciones robotizadas