SEGURANÇA EM UMA CÉLULA ROBOTIZADA
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1. Esteira 1 Figura 15 Exemplo do layout de uma linha com montagem manual de portas poss vel perceber na figura 15 que h uma ferramenta auxiliar 3 para o operador manipular as portas A ferramenta composta de um bra o 3b articulado sendo que na extremidade 3a do bra o h um conjunto de garras de v cuo 32 ventosas acionadas pelo operador atrav s de bot es Para utilizar a ferramenta o operador deve posicionar as garras de v cuo desativadas sobre a superf cie externa das portas pressionar um bot o para que as garras prendam se porta levantar a ferramenta a qual o bra o est preso e direcionar a porta na dire o do gabinete do refrigerador No entanto muitos dos operadores n o consideram esta ferramenta pr tica preferindo realizar a montagem de forma totalmente manual o que n o uma pr tica desejada do ponto de vista de ergonomia A figura 16 mostra em detalhe uma porta inferior e uma dobradi a com um pino a qual a porta ser fixada Figura 16 Porta Inferior de um produto a ser montado Normalmente em uma linha de montagem s o montados diferentes modelos de produtos portanto cada gabinete possui um par de portas correspondentes espec fico Al m disso na figura 15 todos os produtos apresentam a porta de menor dimens o no lado d2. iene 23 Figura 10 Arquitetura de CLPs de Seguran a Redund ncia de Hardware 25 Figura 11 Arquitetura de CLPs de Seguran a Auto teste de entradas 25 Figura 12 Arquitetura de CLPs de Seguran a Redund ncia de Processamento 26 Figura 13 Camadas CIP Safety Layers aa 30 Figura 14 Roteamento de Dados de Seguran a ea a ani citan Decano cae aa DDas 30 Figura 15 Layout de uma linha de montagem manual de portas 31 Figura 16 Porta inferior de um produto a ser montado eect teens 32 Figura 17 Rob de 6 graus de liberade IRB 4400 ss 33 Figura 18 Vista esquem tica em corte longitudinal de um andar de um rack com slots para inser o das portas usage os Saeco ai ap eles Soa QD RD AD DD nasua 34 Figura 19 Leitor de c digo de barras seen 35 Figura 20 C lula rob tica com dispositivo de seguran a 36 Figura 21 Chave sem contato MC1 com intertravamento de canal duplo Rockwell 37 Figura 22 Determina o da categoria de seguran a ao a aa cena aa a aa ai cc cDDds 38 Figura 23 C lculo da distancia de instala o de cortinas de luz 39 ABNT CIP CLP CLT ISO IFR NBR NR LISTA DE SIGLAS Associa o Brasileira de Normas T cnicas Protocolo Industrial Comum
3. PILZ The Safety Compendium Corby PILZ 2012 Disponivel em lt downloads pilz nl downloads Kompendium EN 2012 04 pdf gt Acesso em 29 08 2013 PLC PLC Edge Safety PLC Dispon vel em lt http www plcedge com safety plc html gt PELLIZER Marcos Mecatr nica Atual Ano 6 Edi o 35 Setembro 2007 Dispon vel em lt http www mecatronicaatual com br artigos 776 conhea o cip safety protocolo para a rea de segurana gt Acesso em 10 10 2013 ROBOTICS Bible Robot magnetic grippers Outubro 2011 Disponivel em 45 lt http Awww roboticsbible com robot magnetic grippers html gt Acesso em 12 11 2013 ROCKWELL Automation Produtos de Seguranga 2013 Disponivel em lt http ab rockwellautomation com pt Safety gt Acesso em 28 10 2013 ROCKWELL Automation SafetyNow 2006 Disponivel em lt http ab rockwellautomation com pt Safety gt Acesso em 27 11 2013 ROCKWELL Automation PLC vs Safety PLC Fundamental and Significant Differences 2002 Disponivel em lt http AWwww emea rockwellautomation com oem en safety docs PLC vs Safety PLC Fundamental and Significant Differences pdf gt Acesso em 23 09 2013 ROCKWELL Automation GuardPLC Certified Function Blocks 2007 Disponivel em lt http literature rockwellautomation com idc groups literature documents rm 1 753 rm001 en p pdf gt Acesso em 19 12 2013 ROCKWELL Automation Os PLCs de seguran a s o f ceis de usar com programa o do tipo
4. E F F 800 heoo heoo boo po FF H 400 i400 200 400 F F F F F c 200 pop E F e e E EE E R o C06 poo k do Sd fo Eo pooto Estruturas de prote o com altura inferior que 1000 mm mil mil metros n o est o inclu das por n o restringirem suficientemente o acesso do corpo 2 Estruturas de prote o com altura menor que 1400 mm mil e quatrocentos mil metros n o devem ser usadas sem medidas adicionais de seguran a 3 Para zonas de perigo com altura superior a 2700 mm dois mil e setecentos mil metros ver figura 2 N o devem ser feitas interpola es dos valores desse quadro consequentemente quando os valores conhecidos de a b ou c estiverem entre dois valores do quadro os valores a serem utilizados ser o os que propiciarem maior seguran a Tabela 1 Alcance sobre estruturas de prote o dimens es em mm Fonte NBR 13852 ASSOCIA O 2003 CO OOII OOo OO OO CO CO CO 19 Na figura 5 poss vel visualizar a an lise de risco para classificac o da categoria de seguranca requerida levando em considerac o a severidade do ferimento frequ ncia de exposic o ao risco e possibilidade de evitar o perigo B 1 2 3 4 Par metros de Risco S Severidade do Ferimento S1 Ferimento Leve normalmente revers vel S2 Ferimento S rio normalmente irrevers vel incluindo morte F Frequ ncia e ou Tempo de Exposi o ao perigo F1 Raro a
5. o em aplica es de seguran a proporciona comunica o prova de falhas entre n s como E S dispositivos de intertravamento cortinas de luz e CLPs de seguran a Al m de proporcionar interoperabilidade entre diferentes fabricantes de dispositivos de seguran a atrav s de redes que adotam o protocolo CIP o maior benef cio do CIP Safety a retro compatibilidade permitindo a integra o de dispositivos de seguran a com dispositivos de controle padr o operando em uma mesma rede pr existente dispensando investimentos em fia es adicionais ou equipamentos espec ficos Devido s camadas de aplica o de seguran a n o dependerem da integridade das camadas inferiores CIP padr o e das camadas de enlace de dados um nico canal f sico n o redundante pode ser usado para a interface de comunica o de enlace de dados Esta divis o de funcionalidade permite que roteadores padr o sejam usados para o roteamento dos dados de seguran a O roteamento de mensagens de seguran a poss vel porque o dispositivo final respons vel por assegurar a integridade dos dados Se ocorrer um erro na transmiss o de dados ou em um roteador intermedi rio o dispositivo final detecta a falha e toma a a o apropriada A primeira implementa o do CIP Safety foi para redes DeviceNet lan ado sob o nome de CIP Safety on DeviceNet em 2005 oferecendo comunica o padr o e de seguran a em um mesmo cabo de rede DeviceNet Dispositivos
6. 5 E Bend Axis 5 120 to 120 Axis 5 250 s 6 P Turn Axis 6 400 to 400 Axis 6 330 s 6 Option Unlimited Electrical Connections Supply voltage 200 600 V 50 60 Hz Rated power Transformer rating 7 8 KVA Fonte ABB 2010 Robot mounting IRB 4400 Floor Dimensions Robot base 920 x 640 mm Weight Robot 1040 kg Environment Ambient temperature Manipulator 5 45 C Relative humidity Max 95 Degree of protection Standard version IP 54 Foundry Plus 2 and Prime 2 IP 67 and steam washable Noise level Max 70 dB A Safety Double circuits with supervision emergency stops and safety functions Emmission EMC EMI shielded Data and dimensions may be changed without notice Working range and load diagram IRB 4400 60 50 ANEXO D Blocos l gicos do GuardPLC e Diagramas de Temporizac o Fonte Rockwell 2007 E1 24V Power Supply PS Power Source application specific K1 Power Contact 1 K2 Power Contact 2 Kia Auxilary Contact 1 K2a Auxilary Contact 2 S1 Fault Reset Switch S2 Generate Pulse Test Switch Fonte Adaptado de Rockwell 2007 ABB 2010 51 Inputs Inconsistent Fault Present and Fault Reset Operation Normal Operation Channel A y HHH Manual Reset 0 1 Channel B 1 0 Channel A o 1 Output 1 1 0 Channel 8 1 Inputs 1 Inconsistent q Circuit Reset o 1 1 Fault Present Output 1 ad Fault Reset T 0 Emergency Stop Wiring Diagram Manual Reset
7. Common Industrial Protocol Contolador L gico Programavel Consolida o das Leis do Trabalho Organiza o Internacional para Padroniza o International Organization for Standardization Federa o Internacional de Rob tica International Federations of Robotics Normas Brasileiras Normas Regulamentadoras SUM RIO Tt INTRODU O pn 8 1 1 PEMA spa np AD E AEREE RES 8 1 1 1 DELIMITA O DO TEMA PP 9 1 2 PROBLEMAS E PREMISSAS 9 1 3 OBJETIVOS espirais TAN RAR DNA E Ad 10 1 3 1 Objetivo Cera 10 1 3 2 Objetivos ESpec liCOS vasa nn aa i noi 10 1 4 JUSTIFICATIVA eta deita ade a Sd 11 1 5 PROCEDIMENTOS METODOL GICOS eee 12 1 6 ESTRUTURA DO TRABALHO ana as RR ea ss 12 2 REVIS O BIBLIOGRAFICAPP 13 2 1 IND STRIA DE MANUFATURA ROB S E MANIPULADOREG 13 2 1 1 Rob s e Manipuladores 13 2 2 SEGURAN A EM AMBIENTES DE TRABALHO COM M QUINAS 16 2 2 1 RO Set doe A 16 2 2 2 Dispositivos de Prote o e Sequranqa 19 2 2 3 Barreiras F SICAS asas tais ias ESSE aa Eae 20 2 2 4 COMINGS OG PUTA A N E AA ada 20 2 2 5 Tapetes de Seguran a c2c cmasaneeae asia eames 21 2 2 6 Scanner de rea Laser Scanner 22 2 2 7 Chaves de parada de emerg ncia as 22 2 2 8 Chaves de intertravamento arena 23 2 2 9 CLP de Sequranqa 24 2 3 REDES DE SEGURAN OA ane a nn a der nd RC 28 2 3 1 Protocolo GIP e CIP Safety ssa aaa aaa As 28 3 DESENVOLVIMENTO DO TR
8. arrastar e soltar Publica o 1755 PP001B PT P Setembro 2001 Dispon vel em lt http literature rockwellautomation com idc groups literature documents pp 1755 pp001 pt p pdf gt Acesso em 23 09 2013 ROCKWELL Automation Safety Applications and Wiring Diagrams Catalog Dispon vel em lt www ab com catalogs gt Acesso em 12 12 2013 SANTOS V tor M F Rob tica Industrial Apontamentos Te ricos Universidade de Aveiro Departamento de Engenharia Mec nica 2003 Dispon vel em http lars mec ua pt public _LAR 20Projects Humanoid 2006_MiltonRuas Projecto T eoria Controladores Roboticalndustrial Sebenta2003 2004 v2a paf SCHMERSAL DO BRASIL Catalogo Tapetes de Seguran a Dispon vel em lt http www schmersal com br cms15 opencms html pt products material index html gt Acesso em 20 11 2013 SICK Inc Solutions for the Robotics Industry Disponivel em lt https www mysick com saqqara im0016426 pdf gt Acesso em 02 07 2013 46 SOCIEDADE BRASILEIRA DE COMANDO NUM RICO Rob s Industriais Florian polis 1998 SPONG Mark W VIDYASAGAR Mathukumalli Robot Dynamics and Control John Wiley amp Sons Inc 1989 WEG Cortinas de Luz de Seguran a Dispon vel em lt http www weg net br Produtos e Servicos Controls Linha Safety Cortinas de Luz de Seguranca gt 2013 Acesso em 24 11 2013 ANEXO A Linha de produtos GuardPLC Rockwell 47 Fonte Rockwell 2013 48 ANEXO B Exe
9. 1 1 Rob s e Manipuladores Rob s de acordo com a Associa o de Ind strias de Rob s dos Estados Unidos Robot Industries Association RIA s o manipuladores reprogram veis e multifuncionais projetados para manipular materiais pe as ferramentas ou dispositivos especializados atrav s de movimentos vari veis programados para a realiza o de tarefas diversas SPONG 1989 p 2 Os rob s s o classificados basicamente de acordo com a precis o velocidade e modo como se movimentam A determina o do tipo de rob a ser utilizado depende da finalidade do processo a ser automatizado Para opera es de montagem necess rio manipular transportar orientar e posicionar os componentes logo as principais caracter sticas necess rias de um rob s o 14 alto grau de acuidade e repetibilidade no posicionamento do rg o terminal Ou garra garras Ou manipuladores que manipulac o da peca sem danificar esta movimento r pido do bra o do rob Os principais elementos de um rob s o o bra o punho atuador garra end effector controlador e sensores O bra o est associado ao posicionamento x y z do rob o punho associado orienta o 0 O WY da garra Estes dois componentes s o formados por partes r gidas os elos conectados atrav s das juntas que por sua vez podem ser prism ticas caso o movimento entre os elos seja linear rotacionais caso o movimento entre os elos seja rotacional o
10. com uma categoria de seguran a logo n o seria reconhecido por uma organiza o certificadora quanto aos requisitos de seguran a A partir dos anos 90 os fabricantes passaram a desenvolver sistemas de CLPs de modo a atender aos requisitos de seguran a funcional baseados na IEC 61508 Enquanto a arquitetura de CLPs convencionais prev um microprocessador unidade Flash unidade RAM entradas e sa das os CLPs de seguran a proporcionam elevado grau de confiabilidade e seguran a por meio de redund ncias internas com mais de um microprocessador flash e RAM que s o continuamente monitorados por um circuito watchdog Dependendo da aplica o necess ria podem ser encontrados no mercado CLPs de seguran a com redund ncia dupla tripla ou at mesmo qu drupla Em rela o entradas e a sa das CLPs convencionais n o possuem meios de test las diferentemente dos CLPs de seguran a onde estes circuitos de entrada e sa da est o associados permitindo detectar falhas durante o funcionamento do 25 equipamento ou em etapas de verificac o e detecc o de problemas As sa das emitem pulsos com durac o extremamente curta que por sua vez s o detectados nas entradas como pulsos de testes assim permitindo executar continuamente rotinas de diagn sticos diferenciando os pulsos de uma condic o de falha sem provocar uma parada no sistema Nas figuras 10 11 e 12 s o apresentados digramas ilustrando a arquitetura de CLPs de segura
11. s o integrados d instala o de modo que n o possam ser neutralizados ou burlados e manterem se sob vigil ncia autom tica ou seja monitoramento de acordo com a categoria de seguran a requerida exceto para dispositivos de seguran a exclusivamente mec nicos e f paralisa o dos movimentos perigosos e demais riscos quando ocorrerem falhas ou situa es anormais de trabalho Os principais dispositivos utilizados s o listados a seguir 2 2 3 Barreiras F sicas As barreiras visam estabelecer um obst culo f sico entre o operador do rob e a rea de risco Dependendo da posi o e da finalidade esta barreira pode ser fixa por exemplo utilizando grades ou m vel tal como uma porta As barreiras fixas s o apropriadas quando n o h pouca ou nenhuma necessidade de acesso aquela area quando a m quina est em opera o normal A frequ ncia da necessidade de acesso a uma determinada rea de opera o rob que determina se a barreira deve ser fixa ou m vel Caso seja necess rio acesso rea de trabalho da m quina e a presen a humana nesta rea represente risco seguran a preciso utilizar barreira de prote o m vel que pode ser aberta permitindo o acesso em uma condi o segura Segundo a NR12 a prote o dever ser m vel se houver a necessidade de acesso a rea de risco uma ou mais vezes por turno de trabalho NR12 As prote es m veis devem ser conectadas dispositivos de intertravamen
12. superior a 250 INTERNATIONAL 2010 p 69 Em contraste pa ses como o Brasil apresentam densidades inferiores a 20 Com base nos dados da IFR considera se que o potencial de instala o de rob s ainda imenso INTERNATIONAL 2011 Devido cont nua busca pela redu o de custos aumento na produtividade e preocupa o com ergonomia a robotiza o de alguns processos se mostra como uma alternativa para atingir estes objetivos ABREU 2002 No entanto a medida que cresce o n mero de tarefas automatizadas atrav s de m quinas aumenta tamb m a necessidade de investimentos na seguran a e prote o dos trabalhadores nestes ambientes de trabalho com a presen a de m quinas A instala o de um rob implica em uma s rie de altera es em uma linha de produ o tais como nos equipamentos para programa o e sincroniza o das opera es na comunica o entre equipamentos e principalmente na instala o de sensores controladores e outros dispositivos de seguran a na c lula rob tica A automa o oferece vantagens do ponto de vista t cnico qualidade uniforme permanente velocidade de trabalho alta e constante econ mico alta produtividade substitui o do dispendioso trabalho feito pelo homem por m quinas e social livrar a humanidade da responsabilidade de atividades sujas mon tonas dif ceis ou perigosas FESTO 1993 A quantificac o dos riscos a seguranca usualmente dif cil por m a adoc o d
13. ABALHO wives ssamaci cenicas tats cenceiicvancuatieidcoienes dievonesa 31 3 1 Rob para Montagem de Pe as 31 3 2 Seguran a em uma C lula Rob tica para Montagem de Pegas 35 4 CONCIl S AO estes rar ia de cacao da teen seeds o DD boda ba i aain 42 REFERENCIAS coerce 43 ANEXO A Linha de produtos GuardPLC RockWeI 47 ANEXO B Exemplos de CLP de seguran a com m dulos distribu dos 48 ANEXO C Folha de Especifica es Rob ABB4400 ANEXO D Blocos l gicos do GuardPLC e Diagramas de Temporiza o 1 INTRODU O Neste cap tulo ser o apresentados tema delimita o do tema problemas e premissas objetivos justificativa e procedimento metodol gico 1 1 TEMA A utilizac o de rob s crescente nas ind strias de manufatura em especial verifica se a presenca predominante destes na ind stria automobil stica Em 1998 segundo dados da SOBRACON existiam no Brasil 1800 rob s sendo que 65 destes estavam instalados na ind stria automobil stica SOCIEDADE 1998 Nos demais segmentos das ind strias de manufatura do Brasil verifica se que grande parte das tarefas s o realizadas manualmente por operadores Segundo dados de 2010 da Federa o Internacional de Rob tica International Federation of Robotics IFR em pa ses como Cor ia do Sul e Alemanha a densidade de rob s n mero de rob s para cada 10 000 trabalhadores era
14. UNIVERSIDADE TECNOL GICA FEDERAL DO PARAN PROGRAMA DE P S GRADUA O DEPARTAMENTO ACAD MICO DE ELETR NICA ESPECIALIZA O EM AUTOMA O INDUSTRIAL IAN MAURO CONCHA CHIA SEGURAN A EM UMA C LULA ROBOTIZADA TRABALHO DE CONCLUS O DE CURSO DE ESPECIALIZA O CURITIBA 2014 IAN MAURO CONCHA CHIA SEGURANCA EM UMA C LULA ROBOTIZADA Monografia de conclus o do Curso de Especializac o em Automac o Industrial do Departamento Acad mico de Eletr nica da Universidade Tecnol gica Federal do Paran apresentada como requisito parcial para obtenc o do t tulo de Especialista em Automac o Industrial Prof Orientador M Sc Silvio Cezar Bortolini CURITIBA 2014 RESUMO CHIA lan M Concha Seguranca em uma C lula Robotizada 2013 53 f Trabalho de Conclus o de Curso Especializac o em Automac o Industrial Departamento Acad mico de Eletr nica Universidade Tecnol gica Federal do Paran Curitiba 2013 Este trabalho apresenta um estudo a respeito dos requisitos de seguran a em uma c lula rob tica com aplica o na opera o de montagem em uma linha de produ o apresentando uma configura o de rob principais tipos de dispositivos de seguran a aplic veis dispositivos de monitoramento e conceitos de redes industriais de seguran a E proposta a classifica o de risco e implementa o de dispositivos de seguran a que atendam NR12 utilizando CLPs de seguran a como dispositivo de monitorame
15. a c lula rob tica e possuir quatro bot es um de parada um de in cio um de parada de emerg ncia e um bot o de reset De acordo com o item 12 40 da NR12 para iniciar a opera o do rob ou reiniciar ap s uma parada de emerg ncia obrigat rio o acionamento de um bot o de RESET 12 40 Os sistemas de seguran a de acordo com a categoria de seguran a requerida devem exigir rearme ou reset manual ap s a corre o da falha ou situa o anormal de trabalho que provocou a paralisa o da m quina Para a utiliza o de detectores de presen a optoeletr nicos a NR12 deve ser seguido o anexo item B c lculo das dist ncias m nimas de seguran a para instala o de detectores de presen a optoeletr nicos A dist ncia m nima na qual os equipamentos de prote o individual eletrosensiveis ESPS usando cortina de luz devem ser posicionados em rela o 39 zona de perigo dever observar o calculo mostrado na figura 24 e apresentado no item B do anexo da NR12 de acordo a norma ISO 13855 S KxT C onde S Dist ncia de seguran a K Velocidade de aproxima o T Tempo de resposta do Sistema C Acr scimo relacionado resolu o Figura 23 C lculo da Dist ncia de Instala o de Cortinas de Luz Fonte LEUZE 2013 S a m nima dist ncia em mil metros da zona de perigo at o ponto linha ou plano de detec o K um par metro em mil metros por segundo derivado dos
16. a simplifica as instala es proporcionando mais facilidade de configura o e flexibilidade atrav s a modularidade das solu es atrav s da utiliza o de redes de seguran a 43 REFER NCIAS ABB GROUP ABB Review Special Report Robotics Zurich ABB 2005 ABB GROUP IRB 4400 Industrial Robot Zurich ABB 2010 Dispon vel em lt http Awww05 abb com global scot scot241 nsf veritydisplay Odc8b0df9cc39049c125 772e0057e806 file IRB 204400 20PR10035EN 20R8 pdf gt Acesso em 22 09 2013 ABREU Paulo Robotica Industrial Porto Universidade do Porto 2002 Disponivel em lt http paginas fe up pt aml maic_files aplicacoes pdf gt Acesso em 02 04 2013 ASSOCIA O BRASILEIRA DE NORMAS T CNICAS Cat logo de Normas Dispon vel em lt http www abntcatalogo com br gt Acesso em 14 02 2013 ASSOCIA O BRASILEIRA DE NORMAS T CNICAS NBR14153 Seguran a de M quinas Partes de sistemas de comando relacionados seguran a Rio de Janeiro 2013 ASSOCIA O BRASILEIRA DE NORMAS T CNICAS NBR13852 Seguran a de m quinas Dist ncias de seguran a para impedir o acesso a zonas de perigo pelos membros superiores Rio de Janeiro 2003 BALLUFF Pre Engineered Robot Zone Limit Systems Florence Balluff 2008 O Brasil na era dos rob s poca Cap tulo de Neg cio p 104 S o Paulo Globo jun 1998 COLLINS Dave Schneider Electric Control Design 2009 Dispon vel em lt http www controldesign com a
17. am poss veis com as m quinas hidr ulicas ABB GROUP 2005 p 69 Atualmente existe um imenso potencial de crescimento na utiliza o de rob s em processos industriais A inser o de rob s traz benef cios tais como aumento de produtividade e redu o de custos de m o de obra por m ambientes robotizados devem ser entendidos como partes de um sistema mais abrangente e sempre que houver o compartilhamento de um ambiente de trabalho entre rob s e pessoas n o h d vidas de que a seguran a a maior prioridade A motiva o deste trabalho deve se necessidade de adequa o das reas em ambientes com a presen a de rob s de modo a garantir a prote o e seguran a dos trabalhadores utilizando equipamentos devidamente certificados de acordo com a categoria de seguran a requerida Al m disso a possibilidade de expans o e automatiza o de outras tarefas torna desej vel que os equipamentos de seguran a utilizados em um ambiente possam ser expandidos e aproveitados de modo a atender os requisitos de seguran a em futuras instala es de rob s e ou m quinas 12 1 5 PROCEDIMENTOS METODOL GICOS Este trabalho apresenta uma pesquisa de natureza aplicada por ter objetivo de solucionar um problema espec fico atender s exig ncias normativas de seguran a humana em uma c lula rob tica utilizada na automa o de uma opera o de montagem em uma linha de produ o GIL 1994 De acordo com Gil 1994 este trabalho
18. and 4400 L30 300 1585 L10 1520 L30 2450 L10 2390 L30 905 L10 786 L30 1477 L10 4453 L30 2547 L10 2432 L30 Figura 17 Rob de 6 graus de liberade IRB 4400 Fonte ABB http www abb com productdetails ABBQ3HAC1629 3 Cada um dos 3 arm rios racks visualizados na figura 21 possui dois andares e s o respons veis por armazenar portas de at 3 diferentes modelos de produtos sendo que cada andar destinado uma das duas portas inferior e superior utilizadas por cada modelo de produto e disponibiliz las sempre na mesma orienta o e posi o A tarefa de sele o e alimenta o dos racks realizada por um operador que deve inserir as portas em um slot dispon vel do rack correspondente 34 Uma das laterais dos arm rios ilustrada na figura 19 deve estar dispon vel para o operador para que seja poss vel a colocac o das portas nestes Q mo o EF q n TH gt Figura 18 Vista esquem tica em corte longitudinal d
19. c o de um CLP de seguranca apropriada uma vez que o sistema n o pode ser simplesmente desligado instantaneamente Conforme a an lise de risco verifica se tamb m que um CLP de seguranca por possuir redundancia de processamento de dados mem ria e possuir meios para testar entradas e sa das continuamente atende a categoria 4 de seguranca A maioria dos sistemas poderia ser projetada com CLPs convencionais em redund ncia ou rel s de seguran a e dispositivos de intertravamento A integra o de outros v rios dispositivos de seguran a atrav s do CLP de seguran a pode ser utilizada para seletivamente determinar as a es mais apropriadas para garantir a seguran a humana sem prejudicar a produtividade Foi determinado o CLP de seguran a modelo GuardPLC 1600 da Rockwell que possui 28 entradas e sa das de seguran a mas caso seja necess rio um n mero maior de E S m dulos distribu dos de E S podem ser conectados e se comunicar em uma rede de comunica es Ethernet Segura GuardPLC Ethernet O GuardPLC 1600 Anexo A pode ser programado utilizando blocos l gicos apresentados no Anexo D Neste anexo s o ilustrados exemplos de diagramas de conex o dos dispositivos de seguran a com o CLP de seguran a diagramas de temporiza o de auto teste e os principais blocos l gicos utilizados Al m disso considerando que outras etapas de montagem nesta mesma linha de produ o apresentam o potencial de serem automatizadas e realiza
20. caso da presen a de pessoas nas reas das m quinas Segundo a norma regulamentadora NR12 Seguran a no Trabalho em M quinas e Equipamentos consideram se dispositivos de seguran a os componentes que por si s ou interligados ou associados a prote es reduzam os riscos de acidentes e de outros agravos sa de A IEC 61508 um padr o globalmente aceito e utilizado na implementa o de sistemas de seguran a Comumente fabricantes utilizam este documento como base para o desenvolvimento dos seus sistemas relacionados com seguran a 2 2 1 NR12 A NR 12 uma norma regulamentadora editada pelo Minist rio do Trabalho e Emprego que fornece orienta es sobre procedimentos obrigat rios relacionados seguran a do trabalho quando na instala o opera o e manuten o de m quinas e equipamentos Sua exist ncia legal assegurada pelos artigos 184 a 186 da Consolida o das Leis do Trabalho CLT e pela portaria n 3214 de 08 de Junho de 1978 que aprova as NRs O conceito fundamental da NR12 de que o homem sem dispositivos de seguran a n o apto a se proteger em seu meio de trabalho portanto as m quinas e equipamentos devem possuir estes dispositivos A partir da revis o de 2010 da NR12 trabalha se com o conceito de falha segura ou seja em caso de uma falha no sistema este deve ir para uma situa o que n o coloque em risco os usu rios Segundo a NR12 o princ pio de falha segura requer que um
21. combinados com um controlador aumentam a produtividade por proporcionar um acesso seguro com menor tempo de parada por n o ser necess rio configurar ou remover barreiras mec nicas durante opera o ou manuten o RIA 2013 22 Na figura 7 s o ilustrados tapetes de seguran a ao redor de um rob Figura 7 Tapetes de Seguran a Fonte 2 2 6 Scanner de rea Laser Scanner S o dispositivos optoeletr nicos para prote o de pessoas ou equipamentos detectando objetos dentro do seu campo de detec o A opera o baseada no principio de reflex o de luz emitindo pulsos de laser infravermelho em uma rea de at 190 graus recebendo a luz refletida pelos objetos presentes dentro do campo detector e processando o sinal da luz refletida para determinar posi o e dist ncia do objeto Quando um objeto detectado os scanners enviam um sinal de parada para a m quina protegida Campo de Advert ncia Campo de seguran a Figura 8 Scanner de rea e Detec o por Zonas Fonte PILZ 2012 2 2 7 Chaves de parada de emerg ncia De acordo com a NR12 12 56 a 12 63 1 as m quinas devem ser equipadas com um ou mais dispositivos de parada de emerg ncia por meio dos quais possam ser evitadas situa es de perigo latentes e existentes Estes devem estar localizados 23 em locais de f cil acesso e visualiza o e mantidos permanentemente desobstru dos Ainda estes dispositivos devem prevalecer sob
22. dados de velocidade de aproxima o do corpo ou partes do corpo e tem origem na norma europ ia EN 999 Para S gt 500mm adota se a velocidade de aproxima o do corpo movimentando se em uma dire o de K 1600m s T a performance de parada de todo o sistema dado em segundos O tempo de parada do rob ABB4400 de 0 48 segundos C a dist ncia adicional em mil metros baseada na intrus o contra a zona de perigo antes da atua o do dispositivo de prote o Para uma resolu o da cortina lt 30mm detec o de m o em uma cortina vertical C 240mm Desta forma a dist ncia m nima que a cortina de luz deve ser posicionada at a zona de perigo deve ser de 1008mm Tipicamente cortinas de luz s o utilizadas de maneira que se uma pessoa ou algum objeto interromper os feixes o sistema desligado Por m esse desligamento do sistema deve ocorrer de maneira segura e se necess rio seguindo uma sequ ncia ordenada de a es Como o rob deve segurar movimentar e montar portas de um produto em uma rea pr xima a pessoas preciso garantir que em uma situa o por exemplo da detec o de uma pessoa cruzando a cortina de luz o rob pare o movimento ou 40 diminua a velocidade e limite a rea de trabalho sem que haja o completo desligamento do sistema que resultaria na peca sendo liberada das garras de v cuo oferecendo riscos seguranca humana al m de poder danificar a peca Este um caso onde a utiliza
23. das atrav s de rob s a possibilidade de expans o dos dispositivos de seguran a complexidade de software e tempo de desenvolvimento para alcan ar os mesmos resultados tornam o custo de sistemas com rel s convencionais praticamente proibitivo se comparado utiliza o de um CLP de seguran a PLC 2013 Caso seja desejado expandir o n mero de rob s necess rio aumentar tamb m o n mero de dispositivos de seguran a sensores cortinas tapetes etc Uma vez que foi considerado a utiliza o de um CLP de seguran a esta expans o pode ser feita por meio de altera es consideravelmente simples de software e da instala o destes dispositivos sensores conectados diretamente ao CLP de seguran a existente ou de m dulos de E S conectados por meio de uma rede 41 segura Exemplos de esquemas de conex o de CLP de seguranca com m dulos I Os distribu dos s o ilustrados no anexo B 42 4 CONCLUSAO A m quina vem substituindo o trabalho humano aumentando em funcionalidade e complexidade consequentemente as legislac es de protec o dos trabalhadores tem se tornado mais rigorosas uma vez que o risco de acidentes tamb m aumentou A NR12 permite estabelecer metodologias para evitar que o trabalhador seja exposto aos riscos envolvidos do trabalho em ambientes com m quinas neste caso espec fico aos riscos decorrentes das opera es efetuadas por um rob A norma define os requisitos b sicos para garantir a integrida
24. de f sica dos trabalhadores nestes ambientes no entanto preciso entender que n o existe risco zero Existe um n mero muito grande de solu es e fabricantes sendo poss vel definir v rias solu es diferentes que atendam s exig ncias normativas Ainda vale ressaltar a NR12 prev em seu escopo a necessidade de que os trabalhadores envolvidos na opera o de m quinas recebam cursos de capacita o antes de assumir a sua fun o A legisla o e o mercado tem estimulado a evolu o dos equipamentos de seguran a que permitem aumentar a produtividade sem preju zo da seguran a A utiliza o de um CLP de seguran a como interface de monitoramento vi vel e especialmente vantajosa por este atender categoria de seguran a 4 e poder ser certificado de acordo com esta Tamb m podem ser destacadas vantagens considerando a necessidade de expandir os sistemas de seguran a devido ao potencial de expans o na quantidade de m quinas sem a necessidade de reprojetar todo o sistema visando aumentar a produtividade de uma linha de montagem e garantir a redu o de riscos de acidentes do trabalho Ap s a finaliza o do estudo percebeu se que a correta sele o e instala o dos dispositivos el tricos de seguran a em uma m quina influencia diretamente no correto atendimento s exig ncias normativas de modo a assegurar tanto a seguran a dos trabalhadores como a produtividade da linha de produ o O uso de CLPs de seguran
25. de seguran a utilizam CIP Safety enquanto dispositivos de controle padr o n o permitindo que tanto os dispositivos de controle e de seguran a coexistam no mesmo cabo de comunica o da rede Embora o CIP Safety on DeviceNet permita combinar protocolos de controle padr o e de seguran a em uma mesma arquitetura h tamb m a op o de implementar um projeto com arquitetura separada na qual as comunica es de seguran a e de controle padr o s o isoladas fisicamente 30 As figuras 13 e 14 apresentam as camadas do protocolo CIP e o roteamento de dados entre redes baseadas no protocolo CIP poss vel perceber que as camadas de seguranca se baseiam nas camadas superiores portanto a utilizac o de um nico canal f sico permitindo a integrac o de dispositivos de controle padr o e dispositivos de seguranca Volume 1 Common Industrial Protocol CIP Pneumatic AC SEMI Other Safety col Valves Drives Devices Profiles 1 0 Block om E Satety Specific a Object Library Object Library S to a 5 no Aneta Data Management Services ss E Explicit Messages 1 0 Messages 7 Presentation Session Connection Management Routing Trans JEM DeviceNet ControlNet port Transport Transport E Network Ethernet CAN ControlNet Data Link CSMA CD CSMA NBA CTOMA E Physical Ethernet DeviceNet ControlNet S Physical Layer Physical Layer Physical Layer ES oa Volume 4 EtherNevie ControlNet Fig
26. e medidas preventivas de seguranca e o cumprimento das exig ncias normativas minimiza consideravelmente os riscos envolvidos A legislac o especificamente a NR12 prev uma s rie de requisitos de modo a garantir a a sa de e integridade f sica dos trabalhadores em ambientes onde h a utilizac o de m quinas Neste contexto de crescente expans o das tarefas automatizadas desej vel a utilizac o de sistemas de seguranca que sejam flex veis e facilmente expans veis de acordo com esta tend ncia de crescimento 1 1 1 DELIMITA O DO TEMA No presente trabalho ser apresentada uma proposta de topologia de seguran a de uma c lula rob tica de acordo com a NR12 de modo a reduzir as condi es inseguras em ambientes de trabalho na presen a de rob s industriais utilizando CLPs de seguran a e outros dispositivos de seguran a aplic veis c lulas rob ticas de acordo com as exig ncias normativas vigentes A aplica o utilizada como exemplo trata da automa o de uma opera o de montagem de portas em uma linha de produ o de refrigeradores abordando aspectos de funcionamento da linha comunica o e sincroniza o dos equipamentos al m de aspectos relacionados utiliza o de protocolos de rede de seguran a CLPs de seguran a e suas vantagens em um ambiente industrial 1 2 PROBLEMAS E PREMISSAS Apesar da tend ncia de redu o do custo de produ o de componentes seja devido utiliza o de novos materia
27. e um andar de um rack com slots para inser o das portas Na extremidada do rack as portas s o disponibilizadas para a garra do rob A medida que uma porta retirada pelo rob um sistema deslizante posiciona novamente na extremidade do rack o pr ximo slot contendo uma porta Para permitir a identifica o do modelo de cada produto os gabinetes possuem um c digo de barras e atrav s de um leitor de c digo de barras figura 20 localizado na esteira principal poss vel determinar qual modelo est na esteira e quais os modelos de portas que devem ser montados As portas superiores e inferiores respectivas cada modelo de produto dever o ser organizadas em racks espec ficos de acordo com a disposi o a ser definida durante a programa o do rob sendo portanto classificadas e devidamente inseridas no rack correspondente por um operador 35 Figura 19 Leitor de codigo de barras Fonte SICK 2013 3 2 Seguranca em uma C lula Rob tica para Montagem de Pecas Inicialmente foram determinadas os tipos de barreiras f sicas necess rias e as dimens es adequadas com base no anexo da NR 12 figura 4 e tabela 1 Na rea da c lula rob tica ao redor do rob necess rio a presen a de prote es fixas e m veis As dist ncias para instala o destas prote es e devem ser calculadas de acordo com o anexo da NR12 Considerando a utiliza o de um rob ABB 4400 L10 figura 18 sendo instalado com u
28. egral do seu conte do Al m disso v rias destas normas referenciam outras normas aumentando o n mero de informa es e dificultando a compreens o dos crit rios adequados para atender s exig ncias normativas 1 3 OBJETIVOS Nesta se o ser o apresentados o objetivo geral e objetivos espec ficos 1 3 1 Objetivo Geral Apresentar uma topologia de seguran a aplic veis uma c lula rob tica de uma ind stria de manufatura de acordo com a NR12 1 3 2 Objetivos Espec ficos o Identificar os tipos de rob s e manipuladores adequados operac es de montagem e Identificar o n vel de seguranca requerido pela NR12 e Apresentar os tipos de dispositivos do sistema de seguranca aplic veis uma c lula rob tica de acordo com a NR12 Propor uma estrutura de seguran a de modo a garantir a seguran a dos operadores pr ximos c lula de trabalho rob tica grades sensores atuadores CLPs e CLPs de seguran a 11 1 4 JUSTIFICATIVA O primeiro rob industrial surgiu em 1961 desenvolvido por Joseph Engelberger e seu princ pio de funcionamento era hidr ulico Em 1974 a companhia sueca ASEA desenvolveu o primeiro rob industrial totalmente el trico ABB GROUP 2005 Sua caracter stica antropom rfica e o sistema de controle microprocessado estabeleceram novos padr es de dimens es compactas velocidades de movimento e precis o de posicionamento que possibilitaram novas aplica es que antes n o er
29. endo portanto apresentar comportamento obrigatoriamente determin stico garantindo integridade na transmiss o de dados respeitando as exig ncias normativas o protocolo DeviceNet Safety est em conformidade com a IEC 61508 SIL3 para seguran a funcional e EN 954 1 Categoria 4 para seguran a de m quinas 2 3 1 Protocolo CIP e CIP Safety A tecnologia CIP Common Industrial Protocol tem como objetivo prover uma camada de aplica o de acordo com o modelo OSI comum para diferentes redes como DeviceNet ControlNet e Ethernet IP integrando o controle de entradas e sa das configura o de dispositivos e coleta de dados A tecnologia CIP tem o suporte da ODVA Open DeviceNet Vendors Association e ControlNet International associa es compostas pelas principais empresas mundias de automa o O protocolo CIP foi projetado para ser expans vel permitindo que novos servi os como por exemplo CIP Safety sejam adicionados sem necessidade de reprojetar a rede b sica PELLIZER 2007 A vis o de seguran a costumava ser relacionada com redu o de produ o e custos elevados devido necessidade de redes distintas e independentes por m atrav s de protocolos de rede tal como DeviceNet Safety poss vel a coexist ncia 29 de sistemas de controle padr o e de seguranca em um mesmo fio sem sacrificar a produc o e reduzindo custos e simplificando projetos ROCKWELL 2006 O protocolo CIP Safety certificado para utiliza
30. eve apresentar redund ncia Nesta c lula optou se por utilizar chaves magn ticas do fabricante Rockwell modelo MC1 conectadas um CLP de seguran a Na figura 21 ilustrado uma proposta de layout para uma c lula rob tica onde podem ser visualizados alguns dos dispositivos de seguran a para esta aplica o S o consideradas duas barreiras f sicas uma B1 atr s da esteira e outra no lado oposto iniciando pr xima aos racks em dire o ao painel Tie aioe ral MB ETE Figura 20 C lula rob tica com dispositivos de seguran a 37 Uma porta prevista e dotada de uma chave magn tica de intertravamento ilustrada na figura 22 Figura 21 Chave sem contato MC1 com intertravamento de canal duplo Rockwell Fonte Rockwell 2013 Seguindo a determinac o da categoria de seguranca de acordo com a figura 23 estabelecida na NBR 14153 deve ser avaliado o risco quanto a gravidade da les o frequ ncia e tempo de exposic o ao perigo e a possibilidade de evitar o perigo O primeiro crit rio a ser avaliado a gravidade da les o portanto considerando o rob ABB 4400 L10 uma colis o com um trabalhador pode ser provocada pelos r pidos movimentos do bra o do rob podendo resultar em les es graves Em rela o frequ ncia de exposi o as pessoas que circulam na rea do rob e s o respons veis por oper lo est o em constante exposi o aos riscos decorrentes da movimenta o do
31. is simplifica o dos produtos ou utiliza o de novos processos tecnol gicos o contr rio tem vindo a ocorrer em rela o montagem desses componentes para formarem os produtos finais normalmente na montagem que est envolvida maior incorpora o de trabalho manual Neste contexto a automa o de opera es de montagem tem tido um crescimento significativo cabendo aos rob s um papel importante ABREU 2002 Na linha de montagem estudada as etapas de montagem de portas que comp em os refrigeradores s o executadas por operadores manualmente ou com o aux lio de ferramentas de manipula o No entanto havendo varia o nas 10 dimens es dos produtos a opera o de montagem pode tornar se ergonomicamente invi vel al m de ser uma tarefa repetitiva Visando solucionar os problemas descritos percebeu se que uma alternativa poss vel a automa o destas opera es de montagem com a utiliza o de rob s Neste contexto um problema identificado decorrente da automa o de opera es utilizando m quinas refere se necessidade de estabelecer procedimentos adequados para garantir a seguran a e integridade dos operadores de acordo com as exig ncias normativas Dentre as normas aplic veis a NR12 disponibilizada pelo Minist rio do Trabalho por m outras normas como as normas da ABNT Associa o Brasileira de Normas T cnicas s o pagas e devem ser adquiridas para que se tenha conhecimento int
32. le padr o de equipamentos normalmente tem sido mantido de maneira isolada e independente dos controles de seguran a utilizando CLPs convencionais para o controle do processo e CLP de seguran a para os controles cr ticos e seguran a Estes dois equipamentos podem interagir entre si por meio de redes de seguran a reduzindo poss veis ambiguidades no controle Atualmente poss vel encontrar CLPs de seguran a que possibilitam implementar aplica es de controle e seguran a de maneira integrada combinando controle padr o e o controle de seguran a otimizando a utiliza o de componentes e ferramentas 28 2 3 REDES DE SEGURAN A medida que os requisitos de redes se estendiam aos componentes de seguran a com as mesmas motiva es que levaram as redes de comunica o para os meios industriais aumentar dist ncias entre dispositivos aumentar a flexibilidade e reduzir custos foi impulsionado o desenvolvimento de redes industriais de seguran a de modo que pudessem ser reduzidas as limita es dos sistemas de seguran a convencionais os quais normalmente requeriam grande quantidade de fios para cumprir fun es de seguran a eram de dif cil manuten o e dif cil expans o O conceito principal das redes de seguran a n o foi o desenvolvimento de redes que n o falhassem mas sim a cria o de um sistema onde as falhas na rede pudessem ser detectadas e levassem os dispositivos de seguran a a um estado seguro dev
33. m tico da capacita o III Meios de acesso permanentes IV Gloss rio V Moto serras VI M quinas para panifica o e confeitaria VII M quinas para a ougue e mercearia VIII Prensas e similares IX Injetoras de materiais pl sticos X M quinas para fabrica o de cal ados e afins XI M quinas e implementos para uso agr cola e florestal XII Equipamentos de guindar para eleva o de pessoas e realiza o de trabalho em altura 18 A figura 4 e a tabela 1 do anexo da NR12 apresenta as dist ncias de seguran a para impedir o acesso a zonas de perigo pelos membros superiores zona de perigo plano de referencia gt estr utura de prote o Figura 4 Anexo Alcance sobre estruturas de prote o Fonte NBR 14153 ASSOCIA O 2013 Atra da T de prote o b1 1000 1200 1400 2 1600 1800 2000 2200 2400 2500 2700 Altura da zona de Distancia horizontal a zona de perigo c 27003 perigo a ee a a ee An ae Oe oe ee eee omen 2600 poo poo poo poo poo poo goo goo poo p _ 2400 p100 fioo poo poo poo poo goo goo hoo p _ 2200 5 1300 i200 jooo boo poo poo foo poo t 2000 400 1300 1100 boo poo poo Boo t t 1800 500 1400 1100 poo poo boo F t F 1600 1500 1400 1100 Boo poo boo F F F 1400 fi5o0 i400 1100 Boo Boo F F F F 1200 500 fi400 iioo poo 00 F Ft F 1000 f i500 i400 fioo Boo
34. m efetuador garras de v cuo de 300mm obtem se o valor da altura m xima de 2750mm Com base no anexo da NR12 alcance sobre estruturas de prote o figura 4 e tabela 1 dentro da rea de trabalho do rob a situa o mais cr tica considerando a altura da zona de perigo de 1400mm com uma dist ncia horizontal de 800mm Portanto a altura da estrutura de prote o B1 fig 21 devem ser de no m nimo 1800mm As barreiras f sicas dever o ser instaladas de modo a permanecerem devidamente fixadas com estabilidade e serem constru das a partir de materiais adequados com resist ncia mec nica de modo a conter a eventual proje o de pe as lan adas a partir da c lula rob tica Segundo a NR12 a prote o dever ser m vel se houver a necessidade de acesso rea de risco uma ou mais vezes por turno de trabalho portanto ser utilizada uma barreira f sica m vel porta para acesso rea de trabalho da c lula rob tica Conforme itens 12 41 e 12 45 da NR12 deve se associar barreiras m veis um dispositivo de intertravamento sendo que o rob deve operar somente quando as prote es estiverem fechadas paralisando suas fun es perigosas quando as protec es forem abertas durante a operac o e garantindo que o fechamento das protec es por si s n o possa dar inicio s func es perigosas Para a barreira m vel dever ser prevista uma chave de seguranca que atenda categoria de seguranca n vel 4 isto d
35. mb m as chaves devem ser dotadas de acionadores codificados para evitar que o sistema seja burlado 24 2 2 9 CLP de Seguranca A NR12 prev que os sistemas de seguran a devem ser mantidos sob vigil ncia autom tica de acordo com a categoria de seguran a requerida As interfaces de seguran a ou comandos el tricos classificados na NR12 s o dispositivos respons veis por realizar o monitoramento que verificam a interliga o posi o e funcionamento de outros dispositivos do sistema e impedem a ocorr ncia de falha que provoque a perda da fun o de seguran a Tradicionalmente a utiliza o de CLPs convencionais em sistemas de seguran a envolve redund ncias por exemplo utilizando dois CLPs conectados a entradas e sa das tamb m redundantes garantindo a execu o de rotinas relacionadas seguran a mesmo em caso de falha de um dos CLPs sensores ou atuadores Evidentemente a utiliza o de equipamentos tradicionais redundantes requer softwares customizados exige maior tempo para desenvolvimento das solu es e ainda exige espa o f sico adicional para equipamentos e fia es H diferen as fundamentais entre CLPs de seguran a e CLPs convencionais basicamente em termos de redund ncia interna auto monitoramento e certifica o Em teoria um CLP convencional com rel s externos poderia ser usado para executar fun es de seguran a por m estes circuitos de monitoramento n o poderiam ser certificados de acordo
36. mplos de CLP de seguran a com m dulos distribu dos PanelView Running ElherNetP Protocol 4 Standard PLC E GuardPLC Ethernet GuardPLC Distributed I O Blocks o Fonte Rockwell 2013 Light curtain 2 sets Input 6 inputs Output 4 outputs Emergency stop buttons inputs Safety door switch General PLC lt Robot control gt Remote I O unit SF CL1T264T Star a Lightcu rtain input Safety PLC O Indicator output lt Safety control Emergency stop command output CCrink Safety O MELSEC Safety Fonte Panasonic 2013 49 ANEXO C Folha de Especifica es Rob ABB4400 IRB 4400 Specification Robot versions Reach Payload Standard Foundry Foundry Plus2 Prime 2 IRB 4400 60 1 96m 60kg x x x Supplementary load on axis 2 35 kg on axis 3 15kg on axis 4 0 5 kg Number of axes Robot manipulator 6 External devices 6 Integrated signal supply 23 signals and 10 power on upper arm Integrated air supply Max 8 bar on upper arm IRC5 Controller variants Single cabinet Dual cabinet Performance Position repeatability 0 19 mm Path repeatability at 1 6 m s 0 56 mm Axis movements Working range e Axis W Maximum 1 C Rotation Axis 1 165 to 165 Axis 1 150 s 2 B Arm Axis 2 96 to 70 Axis 2 120 s 3 A Arm Axis 3 65 to 60 Axis 3 120 s 4 D Wrist Axis 4 200 to 200 Axis 4 225 s 4 Option Unlimited
37. nca onde podem ser visualizadas a redund ncia de hardware auto teste das entradas e sa das e a redund ncia de processamento Micro EE Endere o EE E aii Dads 1f IJ feme T a Sao COMPARE 11 Endere o HE Dados fe PRO EE AE Figura 10 Arquitetura de CLPs de Seguran a Redund ncia de Hardware Fonte Rockwell 2013 Micro processador ese a WATCHDOG COMPARE Dados Buffers o Z O m gt a 2 o O S BARRAMENTO E S Teste Controle Circuito Figura 11 Arquitetura de CLPs de Seguran a Auto teste de entradas Fonte Rockwell 2013 26 WATCHDOG Micro Micro COMPARE processador processador Monitorar Monitorar Monitorar Figura 12 Arquitetura de CLPs de Seguran a Redund ncia de Processamento Fonte Rockwell 2013 Simplificadamente as diferen as entre CLPs convencionais e de seguran a encontra se na detec o de erros Em rela o s entradas e sa das normalmente n o existem meios para detectar erros nas liga es como conex es equivocadas curtos circuitos ou fios rompidos Os CLPs de seguran a s o projetados para evitar que falhas n o sejam percebidas Com diagn sticos por meio de hardware e software o equipamento possui mais de um processador executando o controle de seguran a O sistema operacional e a aplica o de seguran a s o executados e compiladas separadamente de maneira que os re
38. no cap tulo 6 s o relacionadas a s refer ncias utilizadas neste trabalho 13 2 REVIS O BIBLIOGR FICA 2 1 IND STRIA DE MANUFATURA ROB S E MANIPULADORES C lulas flex veis de manufatura permitem a fabrica o de diferentes modelos de produtos com caracter sticas semelhantes em uma mesma linha de montagem de modo que a produ o possa ser flexibilizada por exemplo ajustando a produ o de acordo com a demanda No entanto devido complexidade envolvida em identificar um grande n mero de partes diferentes cada uma correspondente a um modelo de produto implica que geralmente as ind strias atribuem estas tarefas a operadores uma vez que a realiza o destas tarefas por rob s a princ pio implicaria em uma opera o mais demorada e envolveria custos maiores devido aos dispositivos necess rios para reconhecimento e sele o de cada pe a No exemplo deste trabalho uma ind stria de eletrodom sticos capaz de produzir diversos modelos de refrigeradores dom sticos simultaneamente em uma mesma linha de montagem Cada um destes eletrodom sticos possui caracter sticas semelhantes gabinetes internos pl sticos gabinetes externos met licos mesmo n mero de portas entre outras mas cada modelo apresenta suas particularidades como volumes e dimens es diferentes A opera o de montagem descrita neste trabalho deve ser entendida como a jun o de duas ou mais pe as tal que seja formado um novo subproduto 2
39. nto de sensores e equipamentos de seguran a Palavras chave C lula rob tica NR12 CLP de seguran a ABSTRACT CHIA lan M Concha Safety in a Robotic Workcell 2013 53 f Trabalho de Conclusao de Curso Especializagao em Automac o Industrial Departamento Acad mico de Eletr nica Universidade Tecnol gica Federal do Paran Curitiba 2013 This work presents a study regarding safety requirements in a robotic work cell applied in an assembling operation in an assembly line introducing robot setup main applicable safety devices monitoring devices and concepts of safety industrial networks It is proposed a safety category level and safety devices in order to comply with NR12 using Safety PLCs as safety monitoring device of safety sensors and equipments Key words Robotic work cell NR12 Safety PLCs LISTA DE FIGURAS Figura 01 Garras de V CUO sam sasssasanrasias irao ED DE DD DD REDE DR RED DER staan eee 15 Figura 02 Garras de v cuo Venturi ss RD DD DEA DD Ea an DD Dani DDs 15 Figura 03 Garras Magn ticas rr rreeeraaaaaaaaaara renan 15 Figura 04 Alcance sobre estruturas de prote o aa 18 Figura 05 An lise de RISCO 19 Figura 06 Barreiras f sicas e Cortina de LUZ ana 21 Figura 07 Tapetes de Seguran a 22 Figura 08 Scanner de rea e Detec o por Zonas 22 Figura 09 Chaves de Parda de Emerg ncia
40. o magn tico ou a v cuo Na opera o de montagem deste caso a superf cie das pe as a serem transportadas e montadas conformada em uma chapa de a o portanto garras de v cuo vacuum grippers ou eletromagn ticas s o as mais apropriadas para a aplica o 15 As garras v cuo s o projetadas para prender a peca atrav s da aplicac o de v cuo em ventosas de succ o por meio da aplicac o de ar comprimido De modo a reduzir os riscos devido a perda de vacuo em alguma garra recomendado a utilizac o de duas ou mais ventosas associadas As figuras 1 e 2 ilustram uma garra a vacuo do tipo venturi VACUUM CONNECTIONS Figura 1 Garras de vacuo Fonte Argos Automa o piab Suction cups vacuum gripper Venturi type vacuum gripper Figura 2 Garras de vacuo Venturi Fonte http www roboticsbible com vacuum grippers html As garras eletromagn ticas sao utilizadas em objetos que podem ser magnetizados por exemplo a o e n quel atrav s da aplica o de um campo magn tico A figura 3 apresenta um tipo de garra magn tica Robot with magnetic gripper Figura 3 Garras Magn ticas Fonte Robotics Bible 2013 16 2 2 SEGURAN A EM AMBIENTES DE TRABALHO COM M QUINAS De modo a garantir a seguran a em um sistema que envolva m quinas ou neste caso espec fico rob s o sistema deve contemplar entre outros dispositivos de prote o sistemas de parada segura e restri es operacionais em
41. o operador que realiza a montagem logo a montagem de ambas as portas est ao f cil alcance do operador visto que a dobradi a fica a uma dist ncia aceit vel do posto onde o operador se encontra Caso a configura o de algum produto apresente a porta inferior menor que a porta superior a dobradi a estar localizada a uma maior dist ncia do operador A Logo mesmo com a utiliza o da ferramenta a montagem da porta ser dificultada e sem aux lio da ferramenta ser ergonomicamente imposs vel de ser realizada Nesta situa o a utiliza o de um rob poderia proporcionar uma s rie de vantagens entre elas rapidez no processo de montagem unifica o dos 2 postos de montagem de portas elimina o de 1 posto de trabalho com tarefas repetitivas elimina o de um posto de trabalho sujeito dificuldades ergon micas 33 No sistema proposto o posto de montagem de portas uma c lula rob tica composta por um rob de 6 graus de liberdade com 3 arm rios racks dispostos em um posi es fixas determinadas dentro da rea de alcance do rob Baseado nas dimens es dos produtos peso das pe as e alcance do bra o rob tico necess rio para esta aplica o a c lula rob tica ser composta de um rob da ABB modelo IRB4400 L10 com capacidade para at 10kg mostrado na figura 18 Na figura 18 tamb m s o ilustradas as trajet ria e capacidade de alcance na faixa de trabalho deste rob IRB 4400 L10
42. re todos os outros comandos ser mantidos sob monitoramento por meio de sistemas de seguranca e ser utilizados como medida auxiliar n o podendo ser alternativa s demais medidas de protec o Uma chave de parada de emerg ncia quando acionada deve tamb m resultar na retenc o do acionador de forma que o desacionamento seja poss vel somente como resultado de uma ac o manual intencionada exemplo girar para liberar Figura 9 Chaves de Parada de Emerg ncia Fonte PILZ 2012 2 2 8 Chaves de intertravamento Existem basicamente dois tipos de chaves mec nicas e magn ticas O primeiro tipo baseado no contato de um atuador mec nico normalmente uma lingueta mec nica fixada na barreira m vel com o dispositivo fixado na barreira fixa de custo inferior ao segundo tipo mas possui as desvantagens de exigir o correto alinhamento entre as duas partes e pass vel de desgaste O segundo tipo baseado em um m fixado na prote o m vel e o dispositivo na barreira fixa N o apresentam desgaste mec nico e apresentam uma exig ncia menor quanto ao alinhamento As chaves de intertravamento de seguran a devem possuir contatos de abertura positiva que s o acionados quando uma barreira m vel aberta Com o sistema de abertura positiva mesmo que ocorra uma falha interna da chave por exemplo colagem de contato a abertura do contato NF e o desligamento do circuito conectado chave ser garantido Desejavelmente ta
43. relativamente frequente e ou baixo tempo de exposi o F2 Frequente a cont nuo e ou tempo de exposi o longo P Possibilidade de evitar o perigo P1 Poss vel sob condi es espec ficas P2 Quase nunca poss vel Figura 5 An lise de Risco Fonte NBR 14153 Anexo B 2 2 2 Dispositivos de Prote o e Seguran a Dispositivos de prote o s o necess rios em ambientes onde a opera o de m quinas representa riscos seguran a das pessoas que trabalham neste ambiente Para fins de aplica o da NR12 consideram se dispositivos de seguran a os componentes que por si s ou interligados ou associados a prote es reduzam os riscos de acidentes e de outros agravos sa de Um dispositivo com finalidade de prote o e seguran a atender aos requisitos previstos na NR12 12 38 As zonas de perigo das m quinas e equipamentos devem possuir sistemas de seguran a caracterizados por prote es fixas prote es m veis e dispositivos de seguran a interligados que garantam prote o sa de e integridade f sica dos trabalhadores 12 39 Os sistemas de seguran a devem ser selecionados e instalados de modo a atender aos seguintes requisitos a ter categoria de seguran a conforme pr via an lise de riscos prevista nas normas t cnicas oficiais vigentes 20 b estar sob a responsabilidade t cnica de profissional legalmente habilitado c possuir conformidade t cnica com o sistema de comando a que
44. rticles 2009 safety0908 show all gt Acesso em 22 10 2013 FESTO Didactic Fundamentos da rob tica S o Paulo Festo 1993 GIL Ant nio Carlos M todos e T cnicas de Pesquisa Social Sao Paulo Atlas 1994 INTERNATIONAL FEDERATION OF ROBOTICS World Robotics 2011 Industrial Robots and Service Robots Frankfurt IFR 2011 44 INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION IEC 61508 Functional Safety of Electrical Electronic Programmable Electronic Safety related Systems 2010 INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION IEC 61131 Programmable controllers 2003 LEUZE ELECTRONIC 2013 C lculo da distancia de Instala o de Cortinas de Luz de Seguran a Dispon vel em lt http www leuzeelectronic com br destaque detalhes php id 19 gt Acesso em 29 11 2013 Normas Regulamentadoras Dispon vel em lt http portal mte gov br legislacao normas regulamentadoras 1 html gt Acesso em 12 10 2013 NR12 SEGURAN A NO TRABALHO EM M QUINAS E EQUIPAMENTOS Dispon vel em lt http www mte gov br seg sau nr 12 texto pdf gt Acesso em 12 10 2013 PANASONIC Automation Remote I O Unit with Connectors for Light Curtain Dispon vel em lt http www3 panasonic biz ac e_download fasys sensor safety catalog sf clit264t_e cata pdf gt PEREIRA Carlos Eduardo LAGES Walter Fetter ROMANO Vitor Ferreira Robotica Industrial Aplicac o na Industria de Manufatura e de Processos Sao Paulo Edgard Blucher Ltda 2002
45. s bra os rob ticos e pe as Como a opera o do rob depende da opera o de outros pontos da linha de montagem n o poss vel precisar o exato momento do in cio do movimento Al m do rob operar em uma rea grande ele dotado de muita energia e velocidade em seus movimentos portanto considera se que a possibilidade de evitar o perigo baixa 38 Par metros de Risco S Severidade do Ferimento S1 Ferimento Leve normalmente revers vel S2 Ferimento S rio normalmente irrevers vel incluindo morte F Frequ ncia e ou Tempo de Exposi o ao perigo a ante frequente e ou baixo te 1 Raro a relativamente frequente e ajx mpo de expo F2 Frequente a cont nuo e ou tempo de exposic o longo P Possibilidade de evitar o perigo P Poss vel sob condi es especifi i lz i e P2 Quase nunca poss vel Figura 22 Determina o da Categoria de Seguran a Fonte Adaptado da NBR 14153 Para o projeto de acordo com a categoria requerida de seguran a neste caso categoria 4 todos os componentes do sistema de seguran a desde os sensores at os atuadores devem atender categoria 4 Conforme a NBR 14513 a categoria 4 determina que uma falha isolada ou um ac mulo de falhas n o ir levar a perda da fun o de seguran a e portanto a fun o principal de seguran a deve ser dotada de redund ncia e auto teste O painel de controle do operador deve estar localizados fora d
46. s wiring ne inputs E1 S3 Fault Reset Switch S4 Generate Pulse Test Switch 1 as shown is in the Active state Fonte Adaptado de Rockwell 2007 Channel A 6 1 1 Output 1 Channel B 8 1 1 hputs Circuit Reset Inconsistent q 0 1 1 Fault Present Output 1 0 1 Fault Reset T Redundant Input Wiring Diagram Manual Reset wn on this wiring spond to the inputs n block E1 S1 as shown is in the Active state Fonte Adaptado de Rockwell 2007 52 zn 1 Light Curtain Muting Operation Example 1 1 AOS Channel A 1 o Channel 8 o Channel B 0 Output 1 0 Output 1 1 o Inputs Inconsistent 0 1 Mute Light Fak 1 p Present 0 Light Curtain i Matai o Fault Reset E1 24V Power Supply LCA Light Curtain Output A LCB Light Curtain Output B MDA Dual Input Muting Device Channel A MDB Dual Input Muting Device Channel B 1 Circuit Reset Switch S2 Fault Reset Switch S3 Generate Pulse Test Switch Fonte Adaptado de Rockwell 2007
47. sistema entre em estado seguro quando ocorrer falha de um componente relevante seguran a A principal pr condi o para a aplica o desse princ pio a exist ncia de um estado seguro em que o sistema pode ser projetado para entrar nesse estado quando ocorrerem falhas 17 A NR12 est estruturada em um corpo com 19 t tulos onde est o contidos os princ pios gerais de seguranca para uso em todas as m quinas e 65 p ginas com anexos apresentando princ pios defini es e excepcionalidades especificas 12 1 Esta Norma Regulamentadora e seus anexos definem refer ncias t cnicas princ pios fundamentais e medidas de prote o para garantir a sa de e a integridade f sica dos trabalhadores e estabelece requisitos m nimos para a preven o de acidentes e doen as do trabalho nas fases de projeto e de utiliza o de m quinas e equipamentos de todos os tipos e ainda sua fabrica o importa o comercializa o exposi o e cess o a qualquer t tulo em todas as atividades econ micas sem preju zo da observ ncia do disposto nas demais Normas Regulamentadoras NR aprovadas pela Portaria n 3 214 de 8 de junho de 1978 nas normas t cnicas oficiais e na aus ncia ou omiss o destas nas normas internacionais aplic veis Os anexos da NR12 est o divididos nos seguintes cap tulos Dist ncias de seguran a e requisitos para o uso de detectores de presen a optoeletr nicos II Conte do progra
48. sultados devem ser os mesmos Assim na ocorr ncia de uma falha esta ser necessariamente detectada direcionando de maneira previs vel o sistema para uma condi o segura Quando h a necessidade de v rias fun es de seguran a ou com consider vel grau de complexidade utilizando um alto n mero de dispositivos de entradas e sa das CLPs de seguran a podem ser utilizados Por possu rem meios de comunica o atrav s de redes de seguran a podem ser facilmente conectados m dulos de l Os com classifica o de seguran a permitindo arquiteturas distribu das e com n mero de fia es reduzido em compara o aos sistemas convencionais utilizando diversos rel s de seguran a Al m disso se sinais anal gicos forem utilizados no sistema de seguran a CLPs de seguran a s o a nica op o Os CLPs de seguran a de fabricantes como Rockwell Siemens Schneider s o testados e certificados por organismos de certifica o reconhecidos internacionalmente como a TUV Group Nos laborat rios destes organismos os equipamentos s o testados de modo a garantir que atendam aos requisitos regionais e internacionais de acordo com a a IEC 61508 e respectivas atribui es de 27 n vel de integridade de seguranca SIL Safety Integrity Level sendo SIL 3 o n vel mais alto para aplicac es em m quinas COLLINS 2009 O custo de um CLP de seguranca em torno de 25 a 30 maior se comparado a um CLP convencional no entanto permi
49. te uma economia consider vel quando comparado utilizac o de CLPs convencionais em redund ncia Analogamente se comparado a sistemas baseados em rel s de seguranca um CLP de seguranca tamb m implica em custos com cabos reduzido al m da proporcionar maior flexibilidade ROCKWELL 2002 A programac o do CLP de seguranca realizada de maneira muito similar programac o de CLPs convencionais podendo ser utilizadas qualquer uma das linguagens padr o certificadas pela IEC 61131 1 Programmable controllers Part 3 Programming languages Todos os diagn sticos e verificac es de erro s o feitos pelo sistema operacional sendo portanto invisiveis para o programador A maioria dos CLPs de seguranca possuem instruc es especiais usadas para escrever o programa para o sistema de seguran a por exemplo blocos de instru es equivalentes rel s de seguran a Embora a l gica por tr s das instru es seja complexa os programas de seguran a podem ser desenvolvidos de maneira relativamente simples Um exemplo a ferramenta de programa o RSLogix Guard baseada em elementos gr ficos dispensando linguagens de programa o mais complexas assim o programador pode projetar a l gica utilizando elementos pr definidos tais como operadores AND OR fun es num ricas contadores e timers conectando entradas e sa das em uma interface arrastar e soltar utilizando o mouse ROCKWELL 2001 Na maioria das ind strias o contro
50. tem sua pesquisa classificada como descritiva e explicativa por procurar estabelecer rela es entre as vari veis e utilizar t cnicas de coleta de dados e explicativa por procurar identificar os fatores que determinam a ocorr ncia dos fen menos Para atingir o objetivo do trabalho ser o ainda necess rias pesquisas em livros artigos manuais e cat logos a respeito de rob s CLPs e demais equipamentos perif ricos presentes em c lulas de manufatura A partir destas pesquisas ser poss vel definir como estes equipamentos ser o interconectados e como ser o princ pio de funcionamento dos equipamentos de seguran a 1 6 ESTRUTURA DO TRABALHO Este trabalho ser composto de cinco cap tulos No cap tulo 1 introdut rio deste trabalho estabelecido o tema principal definido o problema e premissas bem como os objetivos do estudo justificativa e cronograma de execu o do projeto O cap tulo 2 apresenta os fundamentos te ricos com os conceitos gerais de rob s requisitos de seguran a NR12 O cap tulo 3 apresenta fundamentos acerca de redes industriais principais protocolos utilizados al m de apresentar tamb m conceitos de sistemas de manufatura No cap tulo 4 ser proposta uma aplica o dos rob s na opera o de montagem apresentada no cap tulo 3 conex o deste utilizando redes industriais e equipamentos para opera o segura da c lula rob tica As conclus es do trabalho s o apresentadas no cap tulo 5 e
51. to portanto quando abertas implicam que a m quina dever ter seu funcionamento limitado ou interrompido quando em opera o necess rio garantir tamb m que o fechamento das prote es por si s n o permita iniciar a opera o at que haja condi o segura PILZ 2012 2 2 4 Cortinas de Luz S o equipamentos optoeletr nicos com unidades transmissoras e receptoras formando uma cortina de luz infravermelha capazes de supervisionar a rea 21 compreendida pela dist ncia entre essas unidades Se a rea entre as unidades for invadida as sa das de sinal comutar o informando ao controlador a presenca de uma pessoa Ou objeto WEG 2013 Cortinas s o ideais para aplicac es nas quais necess rio acesso f cil e frequente a um ponto de perigo de operac o ROCKWELL 2013 EEE E a i i 4 es ye q Figura 6 Barreiras f sicas e Cortina de Luz Fonte PILZ 2012 2 2 5 Tapetes de Seguran a Tapetes de seguran a s o dispositivos utilizados para prote o humana em reas onde a opera o de uma m quina possa oferecer riscos seguran a Consistem de duas placas de a o de correntes distintas separadas por tiras isolantes e atuadas por press o Quando o tapete pisado uma press o exercida sobre a superf cie do tapete reduzindo zero a resist ncia entre as placas de a o produzindo assim um sinal que ser enviado ao controlador SCHEMERSAL 2013 Tapetes de seguran a
52. u ainda esf ricas caso o movimento seja uma combina o de tr s juntas rotacionais em um mesmo ponto de rota o O controlador respons vel por gerar as informa es de ativa o de um ou mais atuadores e pode ser conectado com outros dispositivos de controle externos como CLPs Os atuadores s o dispositivos de convers o de energia motores cilindros pneum ticos etc que imp em movimentos s partes mec nicas Os sensores s o os elementos destinados detec o do estado do rob e do ambiente Entre os tipos de sensores amplamente utilizados em rob s podem ser citados codificadores fins de curso sensores de for a sensores de proximidade capacitivos e indutivos SANTOS 2003 Um par metro importante na defini o de um rob s o os graus de liberdade Estes se referem ao n mero total de movimentos independentes que o dispositivo pode realizar Um objeto pode ser deslocado ao longo dos 3 eixos e tamb m pode ser rotacionado em torno de cada um deles totalizando assim 6 graus de liberdade Com base nos tipos de juntas e n mero de graus de liberdade os rob s podem s o classificados entre cartesianos cil ndricos esf ricos articulador horizontal SCARA e articulador vertical A garra end effector o componente conectado ao ltimo elo do rob que tem como principal fun o agarrar a pe a a ser montada Existem v rios tipos de garras por exemplo pin as m os antropom rficas ou ainda com funcionament
53. ura 13 Camadas CIP Safety Layers Fonte ODVA 2003 CIP Safety CIP Safety App Objects App Objects CIP Safety CIP Safety Connection Connection CIP Routing DeviceNet DeviceNet EtherNev IP EtherNev IP Transport amp Transport amp Transport amp Transport amp Data Link Data Link Data Link Data Link Layer Layer Layer Layer EtherNeviP Figura 14 Roteamento de Dados de Seguran a Fonte ODVA 2003 31 3 DESENVOLVIMENTO DO TRABALHO 3 1 Rob para Montagem de Pecas Um trecho da linha de montagem deste caso ilustrado na figura 15 onde realizada a operac o de montagem das portas de refrigeradores que possuem duas portas uma superior e outra inferior Na esteira 1 s o dispostos os gabinetes 10 na posic o horizontal sem portas Na posic o 10a do gabinete h uma dobradica comum s duas portas No final da esteira 1 os gabinetes sao transferidos a esteira 2 e na posic o dos operadores A e B feita a montagem respectivamente da porta superior e da porta inferior A porta inferior montada primeiro possui um orificio 4 que recebe o pino 5a da dobradica 5 na posic o 10a portanto o operador deve dispor a porta logo acima do gabinete encaixar o orif cio no pino da dobradica e em seguida posicionar a porta encaixando a de maneira que as laterais da porta fiquem alinhadas com as laterais do gabinete 3a A 3b Esteira 2 56
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