Сценарий: смешанный парк AGV/AMR на действующем складе
Представьте репрезентативную внутрилогистическую площадку: буксировочные AGV и свободно перемещающиеся AMR, перевозящие контейнеры и паллеты между приёмкой, стеллажами, комплектацией и ячейкой паллетирования. Проходы тесные, пропускная способность высокая, и — та часть, которая решает всё — люди делят пол с роботами. Операторы пересекают полосы, обслуживающий персонал ходит вдоль стеллажей, погрузчик срезает путь. Роботы несут грузы, выступающие за их собственный габарит. Это та среда, для которой написан ISO 3691-4, и именно здесь чёткое разделение между «навигационной сенсорикой» и «сенсорикой безопасности» перестаёт быть академическим.
У парка три задачи сенсорики, которые выглядят похоже, но не одно и то же: (1) навигация — знать, где ты и куда ведёт проход; (2) предотвращение препятствий — не врезаться в припаркованную паллету или другого робота, снизить скорость, когда что-то появляется впереди; (3) защита людей — остановиться с рейтингом безопасности прежде, чем любая часть транспортного средства или его груза сможет ударить человека. Задачи 1 и 2 — функции доступности/производительности. Задача 3 — функция жизненной безопасности с юридически требуемым уровнем полноты безопасности. Спутайте их — и вы получите либо робота, который целый день ложно останавливается, либо — куда хуже — того, который на самом деле не безопасен.
Какой стандарт фактически регулирует безопасность AGV/AMR?
ISO 3691-4:2023 — опубликован в июне 2023 года, заменяет редакцию 2020 года — это основной прикладной стандарт для безводительских промышленных тележек и их систем, явно охватывающий AGV, AMR и AGC. Две его части задают хребет этого кейса:
- Приложение A, Таблица 1 назначает требуемые уровни полноты безопасности (Performance Level по ISO 13849-1) для связанных с безопасностью частей системы управления — в частности для системы обнаружения персонала и управления тормозной системой. Это две функции безопасности, которые вы должны спроектировать под целевой PL.
- Тело стандарта требует обнаружения персонала по всей ширине тележки и её груза в направлении движения, аварийной остановки в соответствии с ISO 13850:2015 и дополнительной контактной защиты (например, бамперов) там, где оптическое обнаружение не может охватить опасность.
Вывод прямолинеен: средство обнаружения персонала должно быть устройством обнаружения с рейтингом безопасности — а не лидаром для предотвращения столкновений. Именно это одно предложение и есть причина, по которой существует остальная часть этой страницы. Более глубокий разбор стандартов см. в нашем руководстве по безопасности безводительских промышленных тележек ISO 3691-4.
Что делает лазерный сканер «с рейтингом безопасности»? (IEC 61496-3 Type 3)
Семейство ESPE — это IEC 61496: часть 1 общая, часть 2 — AOPD на просвечивающем луче (световые завесы), и часть 3 — AOPDDR — активные оптоэлектронные защитные устройства, реагирующие на диффузное отражение, что в точности и есть лазерный сканер безопасности. Сканер безопасности — это устройство Type 3. Чтобы заслужить эту классификацию, он должен продемонстрировать проверенную минимальную обнаруживаемую отражательную способность цели 1,8% и доказанную невосприимчивость к окружающему свету, загрязнению, фону и затенению. Датчик Type 3 является предпосылкой для реализации функции безопасности SIL 2 / PL d по IEC 62061 / ISO 13849-1.
Навигационный лидар или лидар для предотвращения столкновений не испытан и не сертифицирован по IEC 61496-3. У него нет типового исполнения Type 3, нет сертифицированного диагностического покрытия, нет классификации PL/SIL — неважно, насколько хитро нарисованы его программные зоны. Это и есть вся граница. Подробнее читайте «IEC 61496-3 простыми словами: что делает лазерный сканер устройством с рейтингом безопасности».
Честная двухуровневая архитектура сенсорики
Конструкция, которую мы рекомендуем для этого парка, держит уровни физически и логически раздельно, чтобы несертифицированный датчик никогда не мог повлиять на безопасную остановку:
| Уровень | Функция | Устройство на этом парке | Роль в безопасности |
|---|---|---|---|
| A — Навигация и предотвращение столкновений | SLAM / контурная навигация, картографирование, предупреждающие зоны предотвращения столкновений, командующие снижение скорости | Двумерный лидар DAIDISIKE серии DLD (например DLD30T-5N до 40 м; DLD05A3 / DLD20A5 на 5–20 м; SDLD-05A TOF) в контроллер транспортного средства | Без функции безопасности (доступность / производительность) |
| B — Защитная остановка с обнаружением персонала | Остановка с рейтингом безопасности, рассчитанная по ISO 13855 на тормозной путь при полной нагрузке и выбранной скорости | Сертифицированный лазерный сканер безопасности IEC 61496-3 Type 3 (выбранный у подходящего поставщика средств безопасности) | Безопасность, до SIL 2 / PL d — обязательна по ISO 3691-4 |
| Стационарные станции, обслуживаемые парком | Ограждение со стороны оператора на загрузке/разгрузке, паллетировании, интерфейсах конвейеров / прессов | Световые завесы DAIDISIKE DQC / DQA / DQS + реле безопасности DA31 | Безопасность (в рамках сертифицированного ассортимента продукции DAIDISIKE) |
Уровень A — настоящая, честная работа DLD. Серия DLD передаёт потоком данные о дальности по RS485/Modbus и предлагает несколько коммутируемых зон PNP/NPN в контроллер транспортного средства, что идеально для навигации и для предупреждающих полей предотвращения столкновений, которые просто говорят приводу снизить скорость. Будьте, однако, дисциплинированны в отношении его ограничений: дальность DLD зависит от отражательной способности (DLD30T-5N достигает ≥20 м при отражательной способности 70%, но лишь ≥8 м при 10% и ≥4 м при 20 тыс. люкс), поэтому её нужно занижать для тёмных целей с низкой отражательной способностью и яркого дневного света. Это однопланный двумерный датчик; он не видит низкого препятствия ниже своей плоскости или нависания над ней.
Уровень B — защиту обеспечивает сертифицированный сканер. Остановка с рейтингом безопасности целиком принадлежит сертифицированному сканеру Type 3. DAIDISIKE в настоящее время не выпускает на рынок сертифицированный блок Type 3, поэтому для этой функции вы выбираете выделенный сертифицированный лазерный сканер безопасности у подходящего поставщика — вид устройства, известный рынку как SICK microScan3/nanoScan3, Pilz PSENscan, Leuze RSL400, Hokuyo UAM, Banner AG4/SX5, Keyence SZ-V или сканер безопасности Datasensing/ReeR. Эти названия приведены номинативно, чтобы класс устройства был однозначен; выбор за вами и вашим интегратором, исходя из вашей оценки рисков.
Как рассчитать размер защитного поля? (ISO 13855)
Защитное поле сертифицированного сканера — не догадка. По ISO 13855 безопасное расстояние для движущегося транспортного средства следует форме EN ISO 13855:2024 S = K × T + DDS + Z (более старая форма S = K × T + C), где:
- S — безопасное / полевое расстояние, которое вы должны достичь.
- K — скорость приближения; стандартное значение ходьбы — 1600 мм/с.
- T — общее время реакции системы: датчик + логика безопасности + тормоз. Забыть выбег тормоза здесь — классическое и опасное упущение.
- DDS / C — член обнаруживающей способности / глубины (привязан к разрешению и минимальной ширине человеческого тела 150 мм).
- Z — добавка на допуски и эффекты отражения.
Практическое правило, которое связывает это обратно с транспортным средством: расстояние от передней кромки защитного поля до передней части транспортного средства должно быть больше тормозного пути транспортного средства при выбранной скорости и максимальной нагрузке. Более быстрому роботу нужно «видеть дальше», потому что за своё собственное время реакции он покрывает больше пространства, поэтому его поле растёт — вот почему наборы полей должны переключаться вместе со скоростью и рулением (медленно против быстро, прямо против поворота, вперёд против назад). Держите каждое поле лишь настолько длинным, насколько требует тормозной путь; завышенное поле означает больший габарит и роботов, которые не могут разъехаться. Проработанный метод для стороны стационарного ограждения см. в нашем руководстве по безопасным расстояниям ISO 13855 — оно проходит формулу шаг за шагом.
Высота установки, разрешение и ловушка двумерной слепой зоны
Сканер безопасности, установленный близко к полу (около 150 мм / 6 дюймов), требует разрешения обнаружения порядка 60 мм для надёжного обнаружения ноги человека; установка ниже 300 мм требует более тонкого разрешения, чтобы нога не могла пройти необнаруженной. Установите его слишком высоко — и нога проскользнёт под лучом; задайте слишком грубое разрешение — и тонкая конечность будет пропущена.
И никогда не забывайте, чего двумерный сканер физически не может: он видит только одну плоскость. Он слеп к низко расположенным препятствиям (нога под стеллажом, поперечины паллет, концы вил) и к нависающим препятствиям над плоскостью сканирования (выступающий груз, край стеллажа). Сам груз может отбрасывать тень, скрывающую человека за ним. Спроектируйте размещение сканера — и покрытие полной ширины «тележка плюс груз» — с самого начала, устанавливайте низко, а там, где у покрытия есть пробелы, добавьте дополнительную контактную защиту (бамперы), которую предусматривает ISO 3691-4. Не подразумевайте, что двумерный сканер даёт полное трёхмерное покрытие; он этого не даёт.
Должна ли вся цепь соответствовать PL или только сканер?
Вся цепь. Приложение A ISO 3691-4 назначает требуемый уровень полноты безопасности (Performance Level) функции, и этот PL должен достигаться сквозным образом: сканер → логика безопасности / реле → контакторы тормоза, оцениваемые совместно по ISO 13849-1 / IEC 62061. Сканер Type 3 рассчитан на поддержку функций до SIL 2 / PL d, но реализуемый уровень зависит от архитектуры — диагностического покрытия, времени реакции и надёжности тормоза, EDM и преднамеренного ручного сброса в логике безопасной остановки. На стационарных станциях, обслуживаемых парком, именно эту роль логики безопасной остановки играет реле безопасности DAIDISIKE DA31 для ограждения световыми завесами (способно на PL e / SIL 3, двухканальное, с принудительным размыканием, EDM). На движущемся транспортном средстве архитектура тормоза и контроллера безопасности должна быть оценена под PL, который ISO 3691-4 требует для этой функции.
Типичные ошибки инженеров на парках AGV/AMR
Это сбои, которые мы видим снова и снова. Первый из них — вся причина, по которой существует эта статья:
- Трактовка лидара для предотвращения столкновений как устройства безопасности. Использование лидара навигационного класса (или его программных зон) в качестве средства обнаружения персонала. Это не IEC 61496-3 Type 3, у него нет диагностического рейтинга / PL, и он не может удовлетворить Приложение A ISO 3691-4. Это ошибка номер один.
- Защитное поле короче реального тормозного пути при полной нагрузке и выбранной скорости — робот достигает человека прежде, чем остановится.
- Непереключение наборов полей со скоростью и рулением. Малое поле на высокой скорости или поле прямо вперёд в повороте оставляет заметаемый путь без защиты.
- Неверная высота установки / разрешение. Слишком высоко — и нога проходит снизу; выше 300 мм без перепроверки разрешения — и конечность пропущена.
- Игнорирование двумерных слепых зон. Однопланные сканеры слепы к низким и нависающим препятствиям и к теням за грузом; планируйте покрытие и бамперы соответственно.
- Неверная настройка отражающих поверхностей и многократной выборки. Блестящие полы и стеллажи вызывают ложные срабатывания или, хуже, пропуск обнаружения; выборка, заданная слишком низкой, ложно срабатывает на пыли, заданная слишком высокой — замедляет реакцию и удлиняет поле.
- Оценка только датчика, а не всей цепи (датчик + логика + тормоз) против требуемого PL/SIL — и забывание времени реакции тормоза в расчёте по ISO 13855.
- Забывание дополнительной контактной защиты (бамперов) там, где у оптического покрытия есть пробелы, что ISO 3691-4 явно предусматривает.
- Неверное применение положений для стационарных станций к транспортному средству. Мьютинг световой завесы без обоснования процесса или геометрия мьютинга, позволяющая человеку оставаться необнаруженным, нарушает IEC/TS 62046 — а логика мьютинга / двуручного управления относится к стационарным станциям, а не к движущемуся роботу.
Где на самом деле место световым завесам и мьютингу
Стационарные станции, обслуживаемые парком — загрузка/разгрузка, паллетирование, интерфейсы конвейеров и прессов — действительно находятся в рамках сертифицированного ассортимента продукции DAIDISIKE. Там сторона оператора ограждена световыми завесами безопасности DQC / DQA / DQS, подключёнными через реле безопасности DA31 для двухканальной контролируемой логики безопасной остановки на контакторы. IEC/TS 62046 разрешает мьютинг устройства обнаружения присутствия только тогда, когда этого требует процесс, и требует, чтобы человек не мог оставаться необнаруженным в опасной зоне при завершении мьютинга; ISO 13851 регулирует устройства двуручного управления на этих станциях. Держите эти положения на стационарном ограждении — они не переносятся на сканер обнаружения персонала движущегося транспортного средства.
Контрольный список интеграции для парка
- Сначала назначьте PL. Используйте Приложение A ISO 3691-4, чтобы задать требуемый уровень полноты безопасности для функций обнаружения персонала и торможения, прежде чем выбирать оборудование.
- Возложите остановку безопасности только на сертифицированный сканер Type 3. Никогда не допускайте, чтобы DLD (или любой несертифицированный датчик) владел любой частью защитной остановки.
- Используйте DLD для навигации + предупреждения/снижения скорости. Занижайте его дальность для целей с низкой отражательной способностью и при дневном свете; уважайте его однопланные двумерные ограничения.
- Рассчитайте размер защитного поля по ISO 13855 — включите время реакции датчика + логики + тормоза, переключайте наборы полей со скоростью и рулением и охватывайте полную ширину «тележка плюс груз».
- Устанавливайте низко, разрешайте тонко. Высота ~150 мм с разрешением ~60 мм для обнаружения ног; тоньше ниже 300 мм.
- Добавьте бамперы там, где у оптики есть пробелы и оцените всю цепь (датчик + логика + тормоз) под требуемый PL/SIL.
- Ограждайте стационарные станции световыми завесами DQC/DQA/DQS + DA31 и применяйте мьютинг только при реальном обосновании процесса по IEC/TS 62046.
Результат
Представительный парк в итоге получает чёткое, защитимое разделение: лидар серии DLD заставляет роботов навигировать и избегать препятствий — картографирование, следование по контуру и предупреждающие поля, плавно подводящие их к снижению скорости — тогда как сертифицированный лазерный сканер безопасности IEC 61496-3 Type 3, с полем, рассчитанным по ISO 13855, и подключённый в архитектуру тормоза, верифицированную под уровень полноты безопасности ISO 3691-4, владеет остановкой с рейтингом безопасности, которая защищает людей. Стационарные станции загрузки/разгрузки и паллетирования ограждены световыми завесами DAIDISIKE и реле DA31. Ни один несертифицированный датчик не касается функции безопасности. Это и есть честная конструкция — и единственная, которая проходит и аудит, и реальный цех.