ISO 3691-4: безопасность напольных тележек без водителя и проектирование защитных полей лазера безопасности для AGV/AMR

Пройдитесь по любому современному складу или сборочному цеху, и пол окажется более загруженным, чем раньше. AGV перевозят контейнеры между ячейками, AMR маневрируют вокруг людей по собственным маршрутам, буксировочные поезда курсируют по фиксированным петлям. Ни у одной из этих машин нет водителя, который затормозит, когда кто-то выходит из-за стеллажа. Задача вовремя остановиться целиком ложится на сенсорику и управление машины — а стандарт, который говорит, насколько хорошо это должно работать, — это ISO 3691-4.

ISO 3691 — это серия стандартов безопасности для напольного транспорта. Часть 4 написана для тележек без оператора на борту: безрельсовые напольные транспортные средства без водителя и их системы. Эта последняя фраза важна. Речь идёт не только о машине; речь о машине плюс системе, в которой она работает — маршрутах, зонах, взаимодействии с людьми и стационарной инфраструктурой. Если вы строите, интегрируете или покупаете AGV или AMR для использования где-либо, где действуют международные стандарты, это ваш справочный документ.

Что на самом деле требует ISO 3691-4

Сведите стандарт к его сути по безопасности, и центральное требование просто сформулировать и трудно выполнить: тележка без водителя должна обнаружить человека на своём пути движения и остановиться до того, как контакт причинит вред. Вокруг этого располагаются требования к управляемому движению, тормозным характеристикам, рабочей зоне, маркировке и обработке неисправностей. Но именно обнаружение персонала и безопасная остановка — это требования, которые определяют оборудование, прикручиваемое к машине.

Стандарт намеренно написан вокруг цели безопасности, а не одного предписанного датчика. Он не велит вам ставить сканер конкретной марки. Он говорит, что машина должна вовремя остановиться, и велит проверить, что она это делает. Именно поэтому два компетентных интегратора могут решить одну и ту же задачу с разными компоновками датчиков и оба будут соответствовать требованиям — важно то, чтобы выбранное средство обнаружения персонала наглядно выполняло требование к остановке.

Почему средством обнаружения персонала обычно является лазер безопасности

Доминирующий способ выполнить требование по обнаружению — это лазерный сканер безопасности — двумерный LiDAR, который сканирует горизонтальную плоскость низко над полом и следит за заданной областью перед машиной. Когда что-то вторгается в эту область, сканер срабатывает на своих защитных выходах, и система управления безопасностью машины приводит её к остановке. Установленный на нужной высоте, один сканер покрывает широкий горизонтальный сектор перед тележкой.

Причина того, что это именно лазер безопасности, а не просто LiDAR, сводится к типовому одобрению. Навигационный LiDAR создан для картографирования и локализации; он не спроектирован и не испытан на безопасный отказ. Лазерный сканер безопасности прошёл типовые испытания по IEC 61496-3 — части серии об электрочувствительном защитном оборудовании (ESPE), которая охватывает активные оптоэлектронные защитные устройства, реагирующие на диффузное отражение (устройство AOPDDR типа 3). Именно эти испытания позволяют рассматривать его выход обнаружения как функцию безопасности. ISO 3691-4 задаёт требование на уровне применения; IEC 61496-3 квалифицирует датчик, который его выполняет. Нужны оба.

Защитные поля и как задаётся их длина

Лазерный сканер безопасности не просто испускает луч — он отслеживает сконфигурированную двумерную область, называемую защитным полем. Всё, что входит в защитное поле, вызывает остановку. Мастерство задачи — в правильном задании размера этого поля, а определяющей величиной является тормозной путь.

Логика такова. Человек обнаруживается в тот момент, когда достигает передней кромки защитного поля. С этого момента проходит время, прежде чем машина действительно остановится: время отклика сканера, время реакции системы управления безопасностью машины и время механического торможения. На протяжении всего этого машина продолжает двигаться. Чтобы тележка остановилась до того, как достигнет человека, защитное поле должно простираться как минимум на расстояние, которое машина проходит за всё это время — тормозной путь плюс расстояние, пройденное за время отклика и реакции, — с запасом безопасности сверху. Дорожный просвет и вероятность недостающего охвата у пола также влияют на форму поля вблизи пола.

Обратите внимание, от чего зависит каждый член этой суммы: от скорости. Чем быстрее машина, тем дальше она проезжает до остановки и тем длиннее должно быть защитное поле. Именно этот факт делает единое фиксированное поле неработоспособным на любой машине, меняющей скорость.

Переключение полей в зависимости от скорости

Рассчитайте одно фиксированное защитное поле на полную скорость, и в медленных зонах машина будет останавливаться в тот момент, когда кто-либо приблизится на несколько метров — непригодно в узком проходе. Рассчитайте его на малую скорость, и на полной скорости поле окажется слишком коротким, чтобы остановиться вовремя — небезопасно. Решение — переключение полей в зависимости от скорости.

Система управления безопасностью машины командует сканеру выбирать разные наборы защитных полей в зависимости от того, насколько быстро движется тележка: длинное поле при быстром движении на открытой прямой, более короткое поле при замедлении и узкое поле на ползучей скорости вблизи рабочих мест. Это становится возможным благодаря лазерному сканеру безопасности, поддерживающему несколько переключаемых случаев полей. Каждый случай поля сопоставлен с диапазоном скоростей, а скорости и поля выводятся из измеренных тормозных характеристик машины, а не предполагаются. В результате машина движется эффективно там, где может, и плотно защищает там, где должна.

Многие сканеры также поддерживают вспомогательные предупреждающие поля впереди защитного поля. Вторжение в предупреждающее поле не останавливает тележку; оно замедляет её или подаёт сигнал, так что приближающийся человек или препятствие обрабатываются плавно, а не резкой аварийной остановкой каждый раз. Предупреждающие поля связаны с готовностью и износом, а не с самой функцией безопасности.

Подавление (blanking) и контроль опорного контура

Ещё две функции сканера постоянно встречаются в работе с AGV. Подавление (конфигурация поля, игнорирующая известные неподвижные объекты) позволяет водить машину близко к постоянным конструкциям без ложных остановок — но применять его нужно осторожно, поскольку подавленная область — это область, где человек не обнаруживается. Контроль опорного контура следит за известной неподвижной границей, такой как стена или фиксированная кромка, и срабатывает, если этот контур меняется. На машине он служит проверкой того, что сканер по-прежнему правильно выровнен и его не задели и не наклонили — важная диагностика, потому что сканер, направленный чуть неверно, больше не защищает спроектированное вами поле.

Один сканер редко даёт полное решение

Сканер, установленный спереди, защищает то направление, в которое он обращён. Реальная машина движется более чем в одном направлении и имеет более одной опасной кромки. Задний ход, повороты, свес груза и углы, выпадающие из горизонтального сектора одного сканера, — всё это создаёт области, которые один датчик увидеть не может. Распространённая компоновка размещает сканеры в диагонально противоположных углах, чтобы вместе они покрывали все четыре стороны тележки; машины, движущиеся задним ходом, добавляют обнаружение, обращённое назад. Выходы объединяются через внешний контроллер безопасности, который также обрабатывает сигналы скорости, команды переключения полей и итоговую команду остановки на привод.

Монтаж имеет такое же значение, как и количество датчиков. Высота сканера задаёт, где плоскость обнаружения пересекает тело человека; наклон меняет геометрию поля на полу и может открыть слепые зоны; отражающая способность пола влияет на обнаружение малоконтрастных объектов. Это как раз те детали монтажа, которые превращают правильно выбранный сканер в правильно работающий — об этом в нашем руководстве по монтажу сканеров по ссылке ниже.

ISO 3691-4 против ANSI/RIA R15.08 против ISO 10218

Эти три стандарта легко спутать и важно чётко различать, потому что они охватывают разные машины.

• ISO 3691-4 — международный стандарт для безрельсовых напольных транспортных средств без водителя и их систем: AGV и AMR как машин. Это документ, регулирующий мобильную платформу и среду, в которой она ездит.
• ANSI/RIA R15.08 — североамериканский стандарт для промышленных мобильных роботов. Это региональный аналог, которому следуют многие внедрения AMR в Соединённых Штатах, охватывающий область, схожую с ISO 3691-4, в рамках системы стандартов США.
• ISO 10218 (части 1 и 2) — стандарт для промышленных роботов: манипуляторов и роботизированных ячеек. Он о манипуляторах и их ограждении, а не о мобильных платформах.

Предприятие, на котором роботизированные ячейки питают парк AGV, будет затрагивать ISO 10218 для манипуляторов и ISO 3691-4 — или R15.08 в Северной Америке — для машин. Когда манипулятор установлен на мобильное основание (мобильный манипулятор), оба мира встречаются, и обоснование безопасности должно рассматривать манипулятор и машину вместе.

Как подходит продукция DAIDISIKE

Для функции обнаружения персонала на тележке без водителя релевантной продукцией DAIDISIKE являются лазерные сканеры безопасности серии DLD: двумерный LiDAR, построенный как устройство безопасности для контроля защитных и предупреждающих полей на AGV, AMR и при охране зон. Именно переключаемые случаи полей позволяют реализовать описанное выше проектирование полей в зависимости от скорости.

Сканер не работает в одиночку. Его защитные выходы OSSD подаются на внешний контроллер безопасности или реле безопасности, такое как DAIDISIKE DA31, которое оценивает сигнал обнаружения наряду с входами скорости и командами переключения полей и выдаёт команду остановки на привод. Любая сетевая или полевая шинная интеграция в контроллер машины обрабатывается этим внешним контроллером безопасности — сам сканер является защитным устройством, а не ведущим устройством полевой шины. Спроектированная таким образом цепь обнаружения персонала является проверяемой функцией безопасности, что как раз и просит продемонстрировать ISO 3691-4.