Robótica Curso 2010/2011

1. RobóticaCurso 2010/2011 TEMA 4. Seguridad en instalaciones robotizadas

2. 4. Seguridad en instalacionesrobotizadas 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.

3. 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.

4. 1. Introducción

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

6. Causas de accidentes • Para prevenir los accidentes es necesario saber qué tipo de accidentes se producen, para analizar el porqué y cómo evitarse. • Un robot industrial posee un nivel de riesgo superior al de otras máquinas similares (CNC) por sus características intrínsecas.

7. Causas de accidentes • 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. Las causas son agravadas por la gran velocidad con la que los robots pueden realizar sus movimientos y su gran carga estática y dinámica

8. Causas de accidentes • 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.). Adaptación a la normativa de seguridad existente

9. 2. MEDIDAS DE SEGURIDAD

10. Medidas de seguridad Determinar medidas de seguridad necesarias Conociendo tipos de accidentes y causas que los originan Impedir el acceso de los operarios al campo de acción del robot mientras éste está en funcionamiento Punto crítico Diseño e implantación de la célula o sistema automatizado Ingeniero Seguridad en sistemas robotizados Seguridad intrínseca del sistema robótico Fabricante

11. 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»

12. Medidas de seguridad (Célula) Tareas del ingeniero o usuario Diseño e instalación de la célula del sistema automatizado • * Normas UNE EN ISO 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

13. 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.

14. 3. NORMAS armonizadas PARA LA SEGURIDAD DE CELDAS ROBOTIZADAS

15. 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: EuropeanNorm. Normas AENOR que son estándares europeos. • EN-ISO: International StandarizationOrganization. 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.

16. 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)

17. Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas Célula/Proceso automatizado • Célula robótica • UNE 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»

18. Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas Célula/Proceso automatizado • Célula robótica • 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»

19. Normas armonizadas para la seguridad de célula robotizadas • Resumen normas armonizadas para la célula robótica • 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.

20. 4. Sensorización PARA LA INSTALACIÓN SEGURDA DE UNA CELDA ROBOTIZADA

21. 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 = 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) donde • t1: tiempo de respuesta del dispositivo de protección en segundos • t2: tiempo de parada de la máquina en segundos • C: distancia suplementaria en mm (depende de la resolución del dispositivo de protección).

22. Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 • Sensores de seguridad utilizados • Los sensores de barrera para la protección utilizados son tipo opto-electrónicos o fotoeléctricos (AOPD = Active OptoelectronicProtectiveDevice). También, de una forma general se les denomina barreras inmateriales o EPSE (Electro SensitiveProtectiveEquipment)

23. 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. Aproximación perpendicular Aproximación angular Aproximación paralela

24. Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 • Cálculo de la distancia de seguridad para la aproximación perpendicular mediante OAPD S = distancia mínima T = tiempo d = resolución β = ángulo entre el plano de detección y el sentido de la penetración

25. 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 mutingestá 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

26. 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 mutingpermite 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

27. Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 • Tipos de muting • Muting paralelo 4 sensores ópticos de proximidad enfrentados: 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 (1) 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. (2)

28. Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 • Tipos de muting • Muting paralelo 4 sensores ópticos de proximidad enfrentados: 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 mutingcontinúa activo. (3) 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. (4)

29. Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 • Tipos de muting • Muting con 4 sensores ópticos de proximidad enfrentados (muting paralelo): Diagrama de tiempos DISCTIM1 ≤ 50-100 ms DISCTIM2 ≤ 50-100 ms TIMEMAX tiempo muting

30. 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

31. Distancia de seguridad y MutingUNE EN 999 • Tipos de muting • Muting paralelo 4 sensores monohaz de barrera : Diagrama de tiempos Margen de tiempo para que A1 y B2 no estén activados al mismo tiempo

32. 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.

33. 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 RowkwellAutomation y PILZ>>

34. Elección categoría del sensorUNE EN 954-ISO 13849 Sensores muting • 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 OAPD Comunicación Contactores • PLC planta

35. Elección categoría del sensorUNE EN 954-ISO 13849 • Ejemplo de cableado <<Imágenes cortesía de RowkwellAutomation>>

36. 5. Ejemplos y ejercicios de aplicación

37. 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)

38. Bibliografía • “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.

39. RobóticaCurso 2010/2011 TEMA 4. Seguridad en instalaciones robotizadas