Aplicaciones cinemáticas seguras

En los últimos tiempos se ha acelerado la búsqueda de nuevas soluciones en la industria que permitan modularizar máquinas y flexibilizar la integración de nuevas aplicaciones a otras ya existentes, causando el menor impacto posible y acortando los tiempos para tener una mayor disponibilidad.

De esta necesidad integradora viene la idea de poder desarrollar aplicaciones de manipuladores, por ejemplo, en las cuales su inserción en una célula de producción tenga sólo un impacto productivo positivo. Para ello hay que optimizar estas cinemáticas para que sean seguras para los operarios y seguras contra colisiones con otras partes de la aplicación.

Con la librería de software SIMATIC Safe Kinematics ya hay una solución innovadora que supervisa de forma segura los movimientos de una cinemática en el espacio cartesiano para la protección del operario.

Por tanto, uno de los principales campos de aplicación para esta funcionalidad sería para la protección del operador de la máquina; como en casos de robots industriales, sistemas de manipulación para máquinas de producción y máquinas herramienta, grúas y robots en aplicaciones médicas. Otro campo de aplicación donde esta funcionalidad puede resultar útil sería en sistemas HRC (colaboración humanos-robots), donde los robots trabajan junto con humanos de forma colaborativa y donde las vallas protectoras obstructivas y costosas están desapareciendo cada vez más.

Así pues, la librería SIMATIC Safe Kinematics permite controlar de forma segura movimientos cinemáticos específicos en el espacio, con el cálculo de velocidades y posiciones en el espacio cartesiano, según los datos cinemáticos que se conozcan. Y de esta forma se genera una protección del personal operativo. Se instala dentro de la plataforma de ingeniería TIA Portal, en la nueva versión V2.0 de la librería se instala con TIA Portal V16 Update 1.

Está certificado de acuerdo con SIL3 (IEC 61508 y IEC 62061) / PLe (ISO 13849-1) y en conjunto con SINAMICS hasta SIL2, PLd.

En la nueva versión V2.0 de la librería SIMATIC Safe Kinematics están disponibles las siguientes funciones de seguridad: Vigilancia de velocidad segura (SLS) para varios puntos de la cinemática, Vigilancia de zona segura (SZM) para la comprobación segura de colisiones entre la zona cinemática y el espacio de trabajo, y la función Vigilancia de orientación segura (SLO) del portaherramientas para cinemática en serie definida por el usuario.

Las cinemáticas predefinidas que están soportadas en esta librería serían las siguientes: Portal cartesiano, Roller picker (vertical y horizontal), Delta picker, Robot SCARA, Brazo articulado y Cinemática en serie definida por el usuario con hasta 12 ejes interpolando.

A nivel de requerimientos hardware que se necesita, la librería SIMATIC Safe Kinematics funciona en los siguientes controladores de la familia SIMATIC: 1517TF-3 PN/DP, 1515SP PC2 TF, 1517F-3 PN/DP y 1518F-4 PN/DP, todas a partir de la versión firmware 2.8. Para el control de los ejes de la cinemática, los requerimientos hardware necesarios para el uso de esta librería serían la familia SINAMICS con la Control Unit CU320-2PN (FW V5.1), los módulos de potencia Single Motor Module (FW V5.1) y Double Motor Module (FW V5.2); y servomotores con encoder de seguridad. Cada uno de los ejes de la cinemática que vayan a ser vigilados deben tener licencia de funciones avanzadas de SINAMICS Safety Integrated.

Una innovación que tiene esta librería es que los bloques pueden ser simulados con S7-PLCSIM Advanced.

La librería SIMATIC Safe Kinematics ofrece por ejemplo funciones de monitorización para una vigilancia segura de la velocidad y vigilancia de zona segura para los tipos de cinemática admitidos. Para ello, la biblioteca contiene bloques de seguridad (F-block) específicos de la cinemática para la supervisión que se utilizan para controlar funciones de vigilancia. También integra un bloque de seguridad para esa vigilancia en el programa de seguridad (F-program). Dentro del programa de seguridad con STEP 7 Safety Advanced se programan las reacciones de seguridad definidas por el usuario.

En resumen, gracias a la librería SIMATIC Safe Kinematics se puede lograr para ciertas cinemáticas soportadas ese control de vigilancia de seguridad en la totalidad de la cinemática con la cual se puede alcanzar una optimización de la aplicación a nivel de seguridades operativas en máquinas, como la minimización de barreras protectoras en el espacio de trabajo. Y de esta forma se puede obtener un funcionamiento completo de una cinemática a nivel de seguridad y control de movimiento.

Daniel García Arenas
Product Manager en Factory Automation PMA
www.siemens.es