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大多數工業自動化設施都是危險的工作場所。車間中某些區域有正在運行的自動或半自動設備，并且在這類設備正在使用中時，人們進入這些區域往往會極為危險。危險區域可能包括高壓發電機、工業焊接機、重型拾放機、機器人以及其他裸露的機械設備，未經授權進入可能會導致嚴重的人身傷害。此外，在機器不運行時，這些區域也通常需要快速便捷地進出，因此設置圍欄和大門既不方便，也不切實際。地板上的彩色反光條可用來指示危險區域，但是更有效的方法是使用車間主動檢測系統，如果檢測到有人進入危險區域，就可以采取措施。 本文介紹了如何通過安全激光掃描儀用激光束掃描目標區域，來監控危險的工業工作區域。文中將討論安全激光掃描儀在保證繁忙的工業設施中接近危險設備的操作人員安全方面的優勢。然后，本文將介紹來自 Banner Engineering 和 IDEC 的工業激光掃描儀，說明它們如何輕松監控車間區域，以檢測操作人員并采取相應安全措施，例如發出警報、降低機器速度或關閉設備。 保證危險工作區域安全 工業設施中可能存在高壓設備，會對操作人員造成嚴重傷害。雖然可以將設備隔離或封閉在外殼中，但必須保護負責操作設備的技術人員。此外，生產設施還可能配備工業機器人設備，很容易在毫無預兆的情況下撞倒操作人員。如果機器人在自動裝配線上，通常可以用圍欄圍起來，但如果是需操作人員值守的材料搬運和處理工作臺，則可能需要讓繁忙工廠車間中的任何人都能方便地接近機器人。拾放機械裝置通常也要方便接觸到，但不會對路過的人造成傷害；不過，仍必須保證它的安全，以防好奇的訪客可能將手和手臂伸到不當之處。 在車間使用這類工業設備時，務必規劃好工業設施，以確保操作人員的安全。與其在設備平面布置圖定稿后再做這些安全決策，不如在設施規劃的初期就做好安全準備。使用安全激光掃描儀時尤其如此。這些掃描儀使用多個聚焦激光器覆蓋選定的區域，激光被反射回掃描儀上的接收器。掃描儀使用這些反射光在掃描儀的檢測區域中創建車間區域的二維視線圖。如果掃描區域中的激光束被中斷，安全激光掃描儀可以檢測到相應事件并可進行編程，以設置警告燈和警報，甚至禁用自動化設備。這樣可以確保操作人員的安全，同時增加機器的正常運行時間，從而提高設施的生產率。 安全激光掃描儀必須對整個待掃描區域有清晰的視線（圖 1）。如果從一開始就沒有規劃好安全激光掃描儀的工作區域，那么掃描區域中可能會有物體擋在光束路徑上，造成掃描儀光束的盲點。更糟糕的是，掃描區域可能會有不可移動的大型障礙物，例如承重梁。如果在設計工業設施之初就考慮到安全激光掃描儀，這些障礙就可以避免。 
圖 1：典型的安全激光掃描儀設置包括兩個警告區和一個保護區，前者在遭到入侵時發出警報，后者在遭到入侵期間將設備置于安全或非運行狀態。（圖片來源：IDEC） 在工作區規劃之初，就應該考慮到安全激光掃描儀。技術人員可使用掃描儀自帶的視覺規劃軟件，將掃描區域編程到掃描儀中。如圖 1 所示，該區域通常設置一個或多個警告區和一個最終保護區。每個警告區域都可以使用配置軟件來設置，以觸發警報或提醒。對于擅自進入保護區的行為，可設置為關閉設備。 安全激光掃描儀操作 安全激光掃描儀內置檢測算法，能使用可編程的激光采樣率來驗證入侵行為。大多數掃描儀均設置為 2x 的默認采樣率，以驗證檢測對象——也就是說，必須連續兩次檢測到對象才會觸發操作。多次采樣可防止金屬碎片或昆蟲等異物誤觸警報。增加樣本數量可減少誤報，但也會增加檢測時間。如果檢測時間增加，則可以通過增加檢測距離，以留出更多時間來發出警報，從而維持安全。 Banner Engineering 的 SX5-B 安全激光掃描儀是一款設計用于大型工業環境的堅固型安全激光掃描儀（圖 2）。SX5-B 的最大安全和警告區范圍分別為 5.5 m 和 40 m，它使用 M12 連接器連接至設施的有線以太網。該儀器的防護等級為 IP65，可防止灰塵和水霧入侵。激光接收器可濾除可見光，使其不受環境光干擾。SX5-B 最多可配置六個區域組——例如，五個警告區和一個保護區。
圖 2：Banner Engineering 的 SX5-B 安全激光掃描儀的最大安全和警告區范圍分別為 5.5 m 和 40 m。該產品可以提供 275 度視角的覆蓋范圍，并且不受環境光和灰塵的影響。（圖片來源：Banner Engineering） SX5-B 具有彩色 LCD 顯示屏，以指示安全激光掃描儀的狀態。該顯示屏可以指示多達 27 種不同的狀態、診斷和錯誤狀況，包括警告或保護違規，或指示激光檢測器是否需要清潔。 SX5-B 的保護視角為 275 度，可以連續掃描保護區以檢測被監控區域的入侵行為。該掃描儀可以過濾掉灰塵、污垢或小碎屑造成的誤報。高度為 152 mm，因此可以輕松放置在繁忙的區域中而不會干擾工廠的運行。配置軟件易于使用，并允許靈活布置檢測區域，包括矩形、圓形或不規則形狀。這種靈活性使 SX5-B 可以僅安全地監控受關注區域，而排除不需要入侵警報的安全區域。 連接多臺安全激光掃描儀 對于較大的檢測區域，IDEC 提供了 SE2L-H05LPC 安全激光掃描儀（圖 3）。該型號與 SX5-B 的功能大致相同，但還有一個附加優勢，其能夠將四臺 SE2L 掃描儀連接在一起協同工作。
圖 3：IDEC 的 SE2L-H05LPC 安全激光掃描儀支持 270 度保護視角和長達 5 m 的檢測距離。使用 RS-485 可輕松地將四臺 SE2L 掃描儀連接在一起，以便同時運作。（圖片來源：IDEC） SE2L-H05LPC 使用防水型 100Base-T 以太網連接器連接至本地網絡，并使用 USB 2.0 連接從主機 PC 進行配置。或者，可以使用微型 SD 存儲卡將配置數據傳輸到 SE2L。這樣無需連接至 PC 即可將新配置非常快速高效地傳輸至其他 SE2L 裝置。 SE2L 的高度為 95 mm，便于在小區域中安裝。檢測視角為 270 度，最大檢測距離為 5 m。該器件可以濾除環境光，防護等級為 IP65，可防止灰塵入侵，從而具有更高的防誤檢能力。 為了監控較大的車間區域，最多可以將四臺 SE2L 掃描儀連接在一起。一臺主機 SE2L 連接到負責設備和掃描儀的主控制板或可編程邏輯控制器 (PLC)。最多可將三臺 SE2L 掃描儀連接到主機掃描儀的 RS-485 端口。這三臺 SE2L 掃描儀中任何一臺上的警報或事件指示都會通過 RS-485 連接傳送給主機掃描儀。然后，主機會將相應的動作傳達給 PLC 或任何警報指示器。這使得所有四臺掃描儀都可以將共用的報警和警報指示器用于各自的檢測區域。這樣就大幅簡化了配置并減少了布線。 結語 在工業自動化設施中，確保操作人員的安全是重中之重。在設備運行時，人們進入某些區域會太過危險，但同時在設備不運行時，操作人員還需要方便地接觸設備。安全激光掃描儀提供了一種簡單有效的方法來監控車間中危險設備周圍的區域。這樣在正常操作期間，既能保證操作人員的安全，又能在需要時方便地接觸到設備，從而提高生產效率。 來源：Digi-Key 作者：Bill Giovino |
