Czujniki mat bezpieczeństwa przemysłowego do ochrony maszyn: odporne na zgniecenie, trwałe i gotowe do pracy w systemach bezpieczeństwa automatyki
Co to jest Maty bezpieczeństwa przemysłowego dla maszyn?
Urządzenie bezpieczeństwa wrażliwe na nacisk
Mata bezpieczeństwa przemysłowego (znana również jako mata bezpieczeństwa naciskowego) to urządzenie bezpieczeństwa czułe na nacisk: po przyłożeniu ustawionego minimalnego obciążenia mata działa jak wyłącznik i wysyła sygnał stop do sterownika, który natychmiast zatrzymuje chronioną maszynę. Zapewnia to skuteczną ochronę operatorów przed potencjalnymi zagrożeniami.
Zastosowania mat bezpieczeństwa do maszyn
Maty te zapewniają ochronę obszaru wokół urządzeń takich jak:
• Roboty spawalnicze
• Maszyny do obróbki gumy i tworzyw sztucznych
• Linie montażowe
• Systemy transportu materiałów
• Maszyny pakujące i prasy
• Produkcja samochodów
• Operacje hutnicze i hutnicze
W porównaniu z osłonami fizycznymi, drzwiami przesuwnymi czy ogranicznikami, przemysłowe maty bezpieczeństwa oferują swobodę, elastyczność i oszczędność wysiłku. Zapewniają pełną widoczność i dostępność miejsca pracy, jednocześnie zwiększając bezpieczeństwo i zmniejszając ryzyko obrażeń.
Główne cechy przemysłowych mat bezpieczeństwa
Maty bezpieczeństwa DADISICK wykonane są z wytrzymałego tworzywa PVC lub NBR i charakteryzują się odlewaną ciśnieniowo, odporną na uderzenia strukturą. Są odporne na rozwarstwienie i korozję spowodowaną działaniem kwasów, zasad i soli. Seria DT firmy DADISICK wytrzymuje obciążenia od 200 do 400 N/cm² (wystarczająco wytrzymałe, aby wytrzymać zgniecenie lekkim pojazdem). Dzięki przewidywanej żywotności od 1 do 3 milionów cykli i możliwości montażu dookólnego, są trwałe i uniwersalne.
Standardowe rozmiary są ograniczone do ≤1,5 m². W przypadku większych powierzchni możliwe jest bezproblemowe złożenie kilku mat.
Jak działają maty bezpieczeństwa
Zasada wykrywania wrażliwego na nacisk
Warstwa czujnika w przemysłowych matach bezpieczeństwa działa na zasadzie wykrywania nacisku. Ciśnienie fizyczne lub obecność na macie wyzwalają reakcję elektryczną w celu uruchomienia środków bezpieczeństwa (np. zatrzymania maszyny lub uruchomienia alarmu).
Warstwa czujnika wykrywa nacisk, zamykając lub zmieniając obwód elektryczny pod wpływem nacisku. Zazwyczaj składa się z dwóch warstw przewodzących, oddzielonych materiałem izolacyjnym lub dystansowym. Gdy nacisk (np. osoba stąpająca po macie) ściska warstwy, następuje ich kontakt, zamykając obwód i wysyłając sygnał do systemu sterowania.
Kluczowe komponenty i mechanizm
1. Warstwy przewodzące:
● Wykonane z materiałów takich jak płyty metalowe, pianka przewodząca lub zatopione siatki druciane.
● Jedna warstwa działa jako przewodnik „górny”, a druga jako przewodnik „dolny”.
● Zazwyczaj są one rozdzielone, aby utrzymać obwód otwarty.
2. Warstwa izolacyjna/dystansowa:
● Materiał nieprzewodzący (np. pianka lub guma) oddziela warstwy przewodzące, gdy nie jest stosowany żaden nacisk.
● Zaprojektowana tak, aby ulegać kompresji poniżej określonego progu wagowego (np. 20–50 kg, w zależności od czułości maty).
3. Zamknięcie obwodu:
● Pod wpływem nacisku przekładka ulega ściśnięciu, co umożliwia zetknięcie się warstw przewodzących.
● Zamyka to obwód i generuje sygnał elektryczny (np. sygnał prądu stałego lub przemiennego o niskim napięciu).
4. Transmisja sygnału:
● Obwód zamknięty wysyła sygnał poprzez podłączone okablowanie do jednostki sterującej.
● Jednostka sterująca interpretuje sygnał i podejmuje działania, takie jak zatrzymanie maszyny, włączenie alarmu lub zarejestrowanie zdarzenia.
Rodzaje mechanizmów czujnikowych
● Pojedyncza strefa: cała mata działa jak jeden czujnik, wywołując jednolitą reakcję.
● Wielostrefowy: Segmentowane obszary przewodzące umożliwiają wykrywanie określonych stref, co pozwala na bardziej złożoną kontrolę (np. różne reakcje w zależności od miejsca zastosowania nacisku).
● Czujniki pojemnościowe (rzadsze zastosowanie): Niektóre maty wykrywają zmiany pojemności wywołane obecnością człowieka, a nie naciskiem fizycznym; wykorzystuje się je w specjalistycznych zastosowaniach.
Integracja mat bezpieczeństwa przemysłowego w maszynach
Planowanie układu mat bezpieczeństwa dla maszyn
Maty bezpieczeństwa przemysłowego są instalowane wokół urządzeń, tworząc obwód ochronny. Gdy ktoś wejdzie na matę, czujnik piezorezystancyjny rejestruje ciśnienie i przetwarza je na sygnał elektryczny. Sygnał ten jest przekazywany do przekaźnika bezpieczeństwa lub sterownika, co powoduje natychmiastowe wyłączenie maszyny przed kontaktem ciała z ruchomymi częściami, zapewniając bezpieczeństwo operatora.
Typowe rozmieszczenie obejmuje
1. Punkty wejścia do pras, giętarek lub stref robotycznych
2. Strefy załadunku/rozładunku operatora
3. Strefy niewystarczająco pokryte kurtynami świetlnymi
Kluczowe zagadnienia dotyczące układu
• Właściwy dobór rozmiaru i rozmieszczenie, aby objąć wszystkie strefy ryzyka
• Unikaj tworzenia zagrożeń potknięcia, zachowując jednocześnie zdolność reagowania
• Bezproblemowa koordynacja z innymi systemami bezpieczeństwa
Maty można zintegrować z przekaźnikami bezpieczeństwa (np. TER-A), tworząc systemy zgodne z normami EN 1760-1, ISO 13856-1, EN 62061, ISO 13849-1, IEC 61508, EN 60204-1.
Współpraca w zakresie bezpieczeństwa: maty bezpieczeństwa i kompleksowa sieć bezpieczeństwa
Maty bezpieczeństwa nie działają w izolacji – stanowią część warstwowych systemów bezpieczeństwa. W połączeniu z kurtynami świetlnymi, wyłącznikami blokującymi, przekaźnikami bezpieczeństwa i przyciskami zatrzymania awaryjnego zapewniają redundancję i szerszy zakres ochrony.
• Maty chronią dolne poziomy, a kurtyny świetlne chronią górne partie ciała
• Przekaźniki bezpieczeństwa konsolidują dane wejściowe z mat, drzwi i wyłączników awaryjnych, umożliwiając podejmowanie bezpiecznych decyzji logicznych
• Dzięki integracji PLC schematy okablowania maty bezpieczeństwa ułatwiają diagnostykę, monitorowanie w czasie rzeczywistym i zarządzanie strefami bezpieczeństwa
Zintegrowany system gwarantuje ochronę operatorów niezależnie od punktu wejścia, spełniając tym samym globalne wymogi bezpieczeństwa określone w normach ISO 13849 i OSHA.
Instrukcja instalacji i okablowania mat bezpieczeństwa przemysłowego
Przegląd zasad okablowania mat bezpieczeństwa
Maty bezpieczeństwa to niezbędne elementy przemysłowych systemów bezpieczeństwa, zaprojektowane w celu ochrony personelu poprzez wykrywanie nacisku i uruchamianie alarmów. Działają one na zasadzie obwodu normalnie otwartego: gdy nie występuje nacisk, obwód pozostaje otwarty i nie płynie przez niego prąd, co oznacza stan bezpieczeństwa. Gdy występuje nacisk – na przykład gdy pracownik wchodzi na matę – obwód zamyka się, ponieważ warstwy przewodzące w macie łączą się, umożliwiając przepływ prądu. To zamknięcie sygnalizuje przekaźnik bezpieczeństwa lub sterownik, który monitoruje obwód i inicjuje działania, takie jak zatrzymanie maszyn lub aktywacja alarmów, aby zapewnić bezpieczeństwo.
Proces okablowania polega na podłączeniu maty bezpieczeństwa do przekaźnika lub sterownika bezpieczeństwa, który interpretuje stan obwodu i uruchamia odpowiednią reakcję. Prawidłowe okablowanie ma kluczowe znaczenie dla uniknięcia fałszywych alarmów (niezamierzonych aktywacji) lub awarii (braku reakcji w razie potrzeby). Aby zapewnić niezawodność, instalatorzy muszą przestrzegać wytycznych producenta, używać odpowiednich kabli, zabezpieczać połączenia i regularnie przeprowadzać testy. Zasadniczo skuteczność mat bezpieczeństwa opiera się na ich prostej, a jednocześnie precyzyjnej konstrukcji okablowania, co sprawia, że skrupulatna instalacja i konserwacja są kluczowe dla bezpieczeństwa przemysłowego.
Przykładowa analiza schematu okablowania maty bezpieczeństwa
Maty bezpieczeństwa obsługują dwie główne konfiguracje okablowania: czterożyłową i dwużyłową (rezystorową). Wybór zależy od wymagań bezpieczeństwa i operacyjnych danego zastosowania, a użytkownicy powinni potwierdzić kompatybilność z producentem przed zakupem.
1. System czteroprzewodowy
1. System czteroprzewodowy
● Opis: Wykorzystuje cztery przewody, z których dwa są podłączone do każdego wewnętrznego przełącznika, połączone z dwukanałowymi wejściami przekaźnika bezpieczeństwa.
● Zalety: Zapewnia doskonałą stabilność i wykrywanie błędów, ponieważ przekaźnik monitoruje każdy przełącznik niezależnie.
● Przypadek użycia: Idealny dla środowisk o wysokim ryzyku, gdzie wymagana jest maksymalna niezawodność, takich jak strefy z dużymi maszynami.
2. System rezystorowy (dwuprzewodowy)
● Opis: Wykorzystuje dwa przewody z rezystorem końcowym, umożliwiając przekaźnikowi monitorowanie integralności obwodu poprzez zmiany rezystancji.
● Zalety: Prostsze i tańsze, odpowiednie do mniej skomplikowanych zastosowań.
● Przypadek użycia: Dobrze sprawdza się w podstawowych konfiguracjach, w których zaawansowana detekcja błędów ma mniejsze znaczenie.
System czteroprzewodowy jest często zalecany ze względu na swoją wytrzymałość, chociaż obie metody są wykonalne, jeśli zostaną dopasowane do odpowiedniego scenariusza.
3. Przykład schematu okablowania
Rozważmy na przykład matę bezpieczeństwa serii DT14 (typu normalnie otwartego) i przekaźnik bezpieczeństwa Ter-A. Mata DT14 została zaprojektowana z myślą o trwałości i czułości (siła wyzwalania: 30 kg), natomiast przekaźnik Ter-A obsługuje wszechstronne wejścia bezpieczeństwa i opcje resetowania.
3. Przykład schematu okablowania
Rozważmy na przykład matę bezpieczeństwa serii DT14 (typu normalnie otwartego) i przekaźnik bezpieczeństwa Ter-A. Mata DT14 została zaprojektowana z myślą o trwałości i czułości (siła wyzwalania: 30 kg), natomiast przekaźnik Ter-A obsługuje wszechstronne wejścia bezpieczeństwa i opcje resetowania.
Kluczowe wytyczne dotyczące okablowania mat bezpieczeństwa
1. Matę bezpieczeństwa należy podłączyć do dwukanałowych zacisków wejściowych (takich jak wyjścia OSSD) przekaźnika bezpieczeństwa lub sterownika PLC bezpieczeństwa, aby zapewnić redundantne monitorowanie.
2. Użyj regulowanego zasilacza 24 V DC (zalecane napięcie bezpieczne). Upewnij się, że wahania napięcia mieszczą się w granicach ±10%. Przewód ochronny (PE) musi być solidnie uziemiony, aby zapobiec fałszywym wyzwalaniom spowodowanym zakłóceniami elektromagnetycznymi.
3. Zadbaj o prawidłowe prowadzenie i ekranowanie kabli
● Przewody sygnałowe maty bezpieczeństwa należy trzymać w odległości co najmniej 30 cm od przewodów zasilających (takich jak przewody silnika lub falownika).
● Jeżeli przejście jest nieuniknione, należy wykonać je pod kątem 90°.
● Należy używać skrętek ekranowanych i uziemiać ekran tylko na jednym końcu (zazwyczaj po stronie szafy sterowniczej), aby uniknąć pętli uziemienia.
● Unikaj zgniatania kabli przez ciężkie przedmioty lub ich gwałtownego zginania (minimalny promień gięcia powinien być ≥5 razy większy od średnicy kabla).
4. Używaj zacisków zaciskowych (skręcanie odsłoniętych przewodów jest niedozwolone)
Po wykonaniu okablowania należy wykonać próbę rozciągania – połączenia muszą wytrzymać siłę rozciągającą ≥15 N
Typowe wskazówki dotyczące rozwiązywania problemów
I. Mata bezpieczeństwa nie uruchamia się (urządzenie nie zatrzymuje się po wejściu na nią)
Zjawisko błędu | Możliwe przyczyny | Metody rozwiązywania problemów | |||
Brak reakcji po wejściu na matę bezpieczeństwa | 1. Brak zasilania lub niewystarczające napięcie | Za pomocą multimetru zmierz napięcie zasilania (24 V DC ±10%) i sprawdź, czy wyłącznik zasilania działa prawidłowo. | |||
| 2. Luźne lub odłączone okablowanie | Sprawdź, czy w kostce zaciskowej i złączach nie ma luzu. Sprawdź przewody za pomocą multimetru, aby sprawdzić ciągłość obwodu. | ||||
| 3. Awaria wewnętrznego czujnika w macie | Zewrzyj zaciski wyjściowe maty. Jeśli urządzenie przestanie działać, obwód wewnętrzny maty jest uszkodzony i należy ją wymienić. | ||||
Kontrolka nie świeci się (jeśli dostępna) | 1. Przepalony bezpiecznik | Wymień bezpiecznik na taki o tych samych parametrach. Sprawdź obwód pod kątem zwarć (np. styku odsłoniętych przewodów z masą). | |||
2. Awaria kontrolki | Zmierz napięcie na kontrolce. Jeśli napięcie jest obecne, ale kontrolka jest zgaszona, wymień kontrolkę. | ||||
II. Fałszywe uruchomienie maty bezpieczeństwa (urządzenie zatrzymuje się niespodziewanie, nawet jeśli ktoś na nie nie nadepnie)
1. Zakłócenia elektromagnetyczne
1. Zakłócenia elektromagnetyczne
Przyczyna: Urządzenia znajdujące się w pobliżu, takie jak inwertery, spawarki i inne silne źródła pola elektromagnetycznego.
Rozwiązanie:
● Sprawdź, czy warstwa ekranująca jest prawidłowo uziemiona. Spróbuj uziemić oba końce, jeśli zezwala na to instrukcja obsługi produktu.
● Upewnij się, że kable sygnałowe są oddalone od kabli zasilających o co najmniej 30 cm i unikaj prowadzenia ich równolegle.
2. Luźne połączenia lub zwarcia
Przyczyna: Słaby kontakt na zaciskach lub uszkodzona izolacja na kablach.
Rozwiązanie:
● Ponownie zaciśnij końcówki i owiń odsłonięte żyły przewodów taśmą izolacyjną.
● Za pomocą multimetru sprawdź rezystancję izolacji (≥10 MΩ); wymień uszkodzone kable.
3. Obce przedmioty lub deformacje na powierzchni maty
● Przyczyna: Kurz, zanieczyszczenia metalowe lub podniesione krawędzie maty mogą być przyczyną fałszywych sygnałów czujnika ciśnienia.
Rozwiązanie:
● Wyczyść powierzchnię maty sprężonym powietrzem.
● Napraw lub wymień wszelkie zdeformowane paski maty.
III. Urządzenie nie resetuje się po wyzwoleniu
III. Urządzenie nie resetuje się po wyzwoleniu
1. Wadliwy przycisk resetowania lub obwód
Przyczyna: Słaby styk przycisku resetowania lub przekaźnik zablokowany w obwodzie bezpieczeństwa.
Rozwiązanie:
● Zmierz napięcie na zaciskach przycisku resetowania podczas naciskania. Jeśli nie zostanie wykryty sygnał NC (normalnie zamknięty), wymień przycisk lub przekaźnik.
2. Przeszkoda mechaniczna w macie
Przyczyna: Obce przedmioty (np. śruby, zanieczyszczenia) znajdujące się pod matą uniemożliwiają powrót czujnika do pierwotnego stanu.
Rozwiązanie:
● Podnieś matę i usuń wszystkie przedmioty znajdujące się pod nią.
● Sprawdź, czy warstwa amortyzująca nie jest stara lub odkształcona; w razie konieczności wymień ją.
Testowanie wydajności mat bezpieczeństwa przemysłowego
1. Badanie odporności na ciśnienie przy przewróceniu
● Normy EN 1760‑1 / ISO 13856‑1 określają, że maty wrażliwe na nacisk muszą niezawodnie wykrywać osoby ważące ponad 20–35 kg i odpowiednio uruchamiać funkcje bezpieczeństwa.
● Maty poddawane są testom mechanicznym symulującym wielokrotne przewrócenie się pojazdu na skutek nacisku ludzi lub lekkich pojazdów, aby zapewnić stałe progi aktywacji i długotrwałą trwałość. Testy te gwarantują, że mata niezawodnie zatrzymuje się po wielokrotnych cyklach naprężeń.
2. Izolacja elektryczna i badanie szczelności
● W przypadku mat stosowanych w pobliżu urządzeń elektrycznych normy takie jak IS 15652 (Indie) i IEC 61111 definiują testy wytrzymałości dielektrycznej, rezystancji izolacji i prądu upływu w warunkach do 66 kV prądu przemiennego lub 240 V prądu stałego.
● Badania wytrzymałości dielektrycznej (badania wysokonapięciowe) polegają na zastosowaniu wysokiego napięcia i pomiarze prądu upływu w celu potwierdzenia integralności izolacji maty.
3. Badanie odporności na korozję kwasową i zasadową
● Maty muszą być również odporne na degradację chemiczną. Normy takie jak IS 15652 obejmują testy oceniające odporność na kwasy, zasady, oleje i niskie temperatury.
Przewodnik po wyborze i zakupie mat bezpieczeństwa przemysłowego
| Specyfikacje | |||
| Siła spustu | ＞20 kg | 30 kg (dla dorosłych) | |
| Waga | Maksymalne dopuszczalne obciążenie (8 godzin): ≤ 400 N/cm² | Maksymalne dopuszczalne obciążenie (8 godzin): ≤ 200 N/cm² | Odporność na ciśnienie: Obciążenie dynamiczne do 500 kg Obciążenie statyczne do 700 kg |
| Grubość maty bezpieczeństwa | 15 mm | 11 mm | 14 mm |
Materiał powierzchniowy | guma NBR | PCV | guma NBR |
Żywotność mechaniczna | 3 000 000 razy | 1 000 000 razy | 1 000 000 razy |
Stopień ochrony | IP65 | ||
Temperatura otoczenia | -10℃ ~ +55℃ | +5℃ ~ +55℃ | -10℃ ~ +60℃ |
Czas reakcji | 18 milisekund | ＜ 30 ms | |
Zalecane zastosowania | Specjalne lub ciężkie warunki pracy | Ogólne warunki pracy; | Ochrona bezpieczeństwa ludzi, małe samochody i pojazdy w obszarach mieszanych |
Powiązane produkty bezpieczeństwa
Metoda wykrywania: Metoda pomiaru ciśnienia Odporność na ciśnienie: Obciążenie dynamiczne do 500 kg, obciążenie statyczne do 700 kg Siła wyzwalania: 30 kg (dla dorosłych) Materiał ochrony powierzchni: Guma NBR Grubość maty: 14 mm
Stosowany do monitorowania miejsc takich jak drzwi i okna bezpieczeństwa.
Odległość między wiązkami: 30 mm Liczba osi optycznych: 42 Wysokość ochrony: 1230 mm Wyjścia kurtyny świetlnej bezpieczeństwa (OSSD) 2 PNP
Odległość 5 m. Technika polegająca na użyciu wiązki laserowej do pomiaru odległości i tworzenia szczegółowych map obiektów i środowisk.
