使用安全雷射掃描器來保護危險工業工作區中的操作人員

大部分的工業自動化設施都是危險的工作場所。有些廠區具有處於工作狀態的自動化或半自動化設備，並且在設備使用期間，人們進入這種區域往往非常危險。危險區域包括放置高電壓發電機、工業焊接機、重型拾放機、機器人以及其他裸露機器等設備的區域，未經授權進入這些區域可能會導致嚴重的人身傷害。另外，在機器不運作時，這些區域通常也需要能快速便捷地進出，因此使用柵欄和閘門就太過笨重或不切實際。地板上的彩色反光條可用來標示危險區域，但更有效的方法是使用主動偵測系統檢測廠區，如果有人進入危險區域，就可以採取措施。

本文將介紹安全雷射掃描器如何透過用雷射光束掃描目標區域，來監測危險的工業工作區。文中將探討安全雷射掃描器在繁忙工業設施中的優勢，以及如何在操作人員接近危險設備時確保其安全。然後會說明 Banner Engineering 和 IDEC 的工業雷射掃描器如何輕鬆地監測廠區，以偵測操作人員並採取安全措施，如發出聲音警報、減慢機器速度或關閉設備等。

確保危險工作區域安全

工業設施中可能會有高電壓設備，其會對操作人員造成嚴重傷害。雖然這些設備可進行隔離或封閉在外殼裡，但必須要保護負責操作設備的技術人員。另外，製造設施中還可能有工業機器人設備，很容易會猝不及防地撞倒操作人員。如果機器人是用於自動裝配線上，通常可以用柵欄將其圍起來，但如果是有操作人員值守的材料處理與加工工作站，則可能需要讓繁忙廠區中的任何人都能輕鬆使用該機器人。拾放機器通常也是便於存取，但不會傷及路過的人。不過，仍必須確保機器安全，以防好奇的訪客將手和胳膊伸到不當之處。

在廠區使用這幾類工業設備時，就必須小心規劃工業設施，確保操作人員安全無虞。與其在設計好設備平面圖時再做出這些安全決策，倒不如在最初的設施規劃階段就做好安全準備。使用安全雷射掃描器時尤其如此。這些掃描器使用多束聚焦雷射完整涵蓋選定區域，而雷射光會被反射回掃描器上的接收器。掃描器會使用此反射光在掃描器偵測區域內建立廠區的二維視線圖。如果掃描區域中的雷射光束被破壞，安全雷射掃描器將可偵測到該事件並進行編程，以觸發警告燈和警報，甚至停用自動化設備。這可確保操作人員的安全，同時增加機器的正常運作時間，提高設施的工作效率。

在整個待掃描的區域，安全雷射掃描器的視線不能被遮擋 (圖 1)。如果一開始就未為安全雷射掃描器規劃工作區，掃描區域的光束路徑上可能會有物體，從而給掃描器光束帶來盲點。更糟糕的是，掃描區域中可能會有較大且不可移動的障礙物，例如承重柱。如果開始設計工業設施時就考量到安全雷射掃描器，將可避免出現這些障礙。

圖 1：典型的安全雷射掃描器安裝由兩個警告區域和一個保護區域構成，前者會在入侵期間發出警示，後者則會在入侵期間將設備置於安全或非工作狀態。(圖片來源：IDEC)

在開始規劃工作區時，就應考量到安全雷射掃描器。技術人員可使用掃描器隨附的視覺規劃軟體，將掃描區域編程到掃描器中。如圖 1 所示，該區域通常會編程為一個或多個警告區域，以及一個最終保護區域。每個警告區域可透過配置軟體進行設定，以觸發警告或警報。而非法進入保護區，則可設定為關閉設備。

安全雷射掃描器的運作

安全雷射掃描器具有內建的偵測演算法，能使用可編程的雷射取樣率來驗證入侵行為。大多數掃描器會設置為以「2 倍」的預設取樣率來驗證物體，也就是說，必須連續兩次偵測到物體才能觸發動作。多次取樣可防止金屬碎片或昆蟲等外來顆粒觸發錯誤警報。增加取樣次數雖然能減少誤報，但也會增加偵測時間。如果偵測時間增加，可以透過增加偵測距離來維持安全性，從而有更多時間發出警報。

Banner Engineering 的 SX5-B 安全雷射掃描器，是專為大型工業環境設計的耐用型安全雷射掃描器 (圖 2)。SX5-B 的最大安全和警告區域範圍分別為 5.5 m 和 40 m，並使用 M12 連接器連接到設施的有線乙太網路。其防護等級為 IP65，因此不受灰塵和水霧的影響。而雷射接收器可過濾掉可見光，因此也不受環境光的干擾。SX5-B 最多可配置六個區域組，例如五個警告區域和一個保護區域。

圖 2：Banner Engineering 的 SX5-B 安全雷射掃描器的最大安全和警告區域範圍分別為 5.5 m 和 40 m。此產品可以提供 275 度的覆蓋範圍，並且不受環境光和灰塵的影響。(圖片來源：Banner Engineering)

SX5-B 提供彩色 LCD 顯示器，可顯示安全雷射掃描器的狀態。顯示器可指示多達 27 種狀態、診斷以及警告或保護違規等錯誤狀況，或指示是否需要清潔雷射偵測器。

SX5-B 具有 275 度的保護範圍，可連續掃描保護區域，瞭解監測的區域是否遭到入侵。掃描器可排除掉因灰塵、污垢或小碎屑所引起的誤報。此產品的高度為 152 mm，因此可輕鬆放在繁忙的區域中，而不會干擾工廠的運作。其配置軟體易於使用，並允許設置靈活的偵測區域，包括長方形、圓形或不規則形狀。這種靈活性可讓 SX5-B 安全無虞地單純監測關注的區域，排除不需要入侵警示的安全區域。

連接多個安全雷射掃描器

對於大型偵測區域，IDEC 推出了 SE2L-H05LPC 安全雷射掃描器 (圖 3)。此掃描器具有與 SX5-B 類似的功能，但它還有一個優點，就是能連接四個 SE2L 掃描器一同運作。

圖 3：IDEC 的 SE2L-H05LPC 安全雷射掃描器支援 270 度保護範圍，最長偵測距離可達 5 m。使用 RS-485 可以輕鬆地將四個 SE2L 掃描器連接在一起，實現同時運作。(圖片來源：IDEC)

SE2L-H05LPC 使用防水的 100Base-T 乙太網路連接器連接到本地網路，並使用 USB 2.0 連接從主機 PC 進行配置。另外，也可使用 micro SD 記憶卡將配置資料傳輸到 SE2L。這樣，不需要連接到 PC，即可快速有效地將新的配置傳送到其他 SE2L 單元。

SE2L 的高度為 95 mm，因此很容易安裝在小型區域中。偵測角度為 270 度，最大偵測距離為 5 m。此產品可以過濾環境光，且防護等級為 IP65，因而可以防止灰塵進入，並更能防止誤報事件。

要想監測更大的廠房面積，最多可以將四個 SE2L 掃描器連接在一起。一台主機 SE2L 連接到負責設備和掃描器的主控制板或可編程式邏輯控制器 (PLC)。多達三台 SE2L 掃描器連接到主機掃描器的 RS-485 連接埠。這三台 SE2L 掃描器上的警報或事件指示，都透過 RS-485 連接傳送到主機掃描器。主機隨後會將相應的動作傳達至 PLC 或任何警報指示器。這可讓所有四台掃描器針對各自的偵測區域共享通用的警告和警示指示器。這大大地簡化了配置，並減少了佈線。

結論

在工業自動化設施中，確保操作人員的安全是第一要務。當設備處於工作狀態時，人們進入某些區域會非常危險，但是當設備未工作時，又需要操作人員能輕鬆存取這些設備。安全雷射掃描器提供了一種簡單有效的方法，用來監測危險設備周圍的區域。如此一來，在設備正常運作期間，既能保障操作人員的安全，又能根據需要輕鬆地存取設備，從而提高工作效率。