3B Emniyet Kamerası İle Makine Emniyeti

Otomasyon kavramı, 19. yüzyılda sanayi devrimiyle birlikte hızlı bir yükseliş dönemine girmiş ve bu zaman diliminde en önemli nokta üretilebilen ürün miktarı olmuştur. 2. Dünya Savaşı sonraları bu bakış açısı yerini kalite faktörüne bırakmıştır. Üretici sayısının artmasıyla birlikte ortaya çıkan ürünlerin çabuk arızalanıyor olması ve arızalı üretim yapan üreticilerin belirli bir zaman sonra ürünlerini satamamaya başlaması, üreticileri daha hızlı değil daha kaliteli üretim yapmaya zorlamıştır. Ancak, 90'lı yıllarda, her ne kadar kaliteli üretim yapılıyor olsa da, fabrikalarda yaşanan iş kazalarında çalışanların sakat kaldıkları ve hatta hayatlarını kaybettikleri görülüyordu. Bu durum, üretimin insan hayatını daha az etkileyecek şekilde emniyetli sistemlerle yapılması gerektiği kanaatinin doğmasına neden olmuştur. Bu dönemler insan hayatının makinelerden daha değerli olduğunun düşünülmeye başladığı ilk yıllardır.

Üretimin artık Otomasyon, Kalite ve Emniyet üçlüsüyle yürütülmesi gerektiği olgusu insanlar tarafından benimsenmiş ve emniyet alanında çok sayıda çalışma yapılmıştır. Pilz bu konuya 1987 yılında ilk acil duruş emniyet rölesi tasarımıyla giriş yapmış, 1995 yılında ilk emniyet PLC'si (Programlanabilir Lojik Kontrolör) PSS3000 ile otomasyon teknolojisinde bir devrin başlamasına neden olmuştur. Bunu 1999 yılında ilk emniyetli ağ yapısıyla taçlandırmış ve 2006 yılında ilk üç boyutlu emniyet kamerasını dünya piyasasına tanıtmıştır. İkinci bölümde, üç boyutlu emniyet kamerası olan SafetyEYE®'ın kullanım alanları, donanımı ve tasarımlanması için kullanılacak yazılımsal tabanı hakkında bilgiler verilecektir.

1. 3B Emniyet Kamera Sistemi SafetyEYE® Kullanım Alanları

SafetyEYE® geniş bir uygulama seçeneği yelpazesine sahiptir. SafetyEYE® ile üç boyutlu çözümler üreterek, üretim sahasında kullanılmakta olan emniyet ekipmanlarına duyulan ihtiyacı yalnızca tek bir sistemle gidermek mümkündür. Üç boyutlu çözümlerin üretildiği sektörler; " Otomotiv Endüstrisi " Havacılık Endüstrisi " Ambalajlama Endüstrisi " Makine Araçları " Taşıma Sistemleri

SafetyEYE® ile tehlike bölgesindeki işletme alanının kesintisiz izlenmesi sağlanarak, hem üretim ve zaman kayıplarının hem de yaşanabilecek iş kazalarının önüne geçilmesi artık çok daha hızlı ve rahat sağlanabilmektedir.

2. SafetyEYE® Donanımı

SafetyEYE® genel anlamda 3 temel birimden oluşmaktadır. Bunlar algılama cihazı, kontrol ünitesi ve uygulama arayüzüdür. Pilz tarafından ilk üç boyutlu kamera 2006 yılında üretilmiş ve bu tarihten itibaren SafetyEYE® durmak bilmeyen bir gelişim-değişim sürecine girmiştir. 2009 yılında kontrol ünitesinin, sahadan alınan görüntüler üzerinde yaptığı imge işleme hassasiyeti 5 ms.'ye indirilmiştir. 2012 yılında hızlı hafıza kartı takviyesiyle de alarm durumlarında izlenen ortam görüntülerinin yedeklenmesine olanak sağlanmış, üretim ve zaman kayıplarına neden olabilen bu gibi ihlallerin asıl nedenlerinin tespiti kolaylaştırılmıştır. 2014 yılında sisteme ilave edilen harici testlerle ekstra önlemler alınabilmekte, tasarlanan özel mekanik lensler ile cihazın ortamdan kaynaklanan değişken ışık hassasiyeti azaltılmıştır.

2.1. SafetyEYE® Algılama Cihazı

Hareketlerin gözlemlenmesi amacıyla tasarlanan algılama cihazı üç farklı kameradan oluşmaktadır. Şekil 1 - SafetyEYE Algılama Cihaz Şekil 2 - SafetyEYE® Algılama Cihazı Konumlandırma Parametreleri Uygulama yapılmadan önce kameraların harici olarak ayarlanmasına ihtiyaç yoktur. Algılama cihazının izlenmek istenen bölgenin en fazla 7,5 m. üzerine konumlandırılmasıyla, yaklaşık 72 m ²'lik alanın (9,8 m. x 7,4 m.) konik bir bakış açısıyla emniyetli hale getirilmesi mümkündür. Kontrol ünitesi ile algılama cihazı arasında tasarlanan fiber optik haberleşme (FOC - Fiber Optic Cabling) sayesinde kontrol ünitesine fiber ağ üzerinden her 5 ms.'de 1 görüntü iletimi gerçekleştirilmektedir. Algılama cihazı, alüminyum dış kaplamasıyla çevre koşullarında (su, ışık, vb.) IP65 (toz ve şiddetli su kaynağı) koruma sınıfında kendini muhafaza etmektedir.

2.2. SafetyEYE® Kontrol Ünitesi

Kontrol ünitesi bir analiz ünitesi ve programlanabilir emniyet ve kontrol sisteminden oluşmaktadır. Analiz ünitesi görüntü algılama cihazından alınarak, üzerinde imge işleme çalışmalarını yerine getiren birimdir. İşlenen resimde daha önceden ayrıştırılan tehlikeli alanların ihlali söz konusu olduğunda, programlanabilir emniyet ve kontrol sistemine bilgilendirme sinyalleri üretir. Kontrol sisteminin görevi bu noktada başlar ve ihlal durumunda ilgili makinenin hareketini sonlandırır.

İhlal bölgelerinin tasarımına bir sonraki bölümde değinilecektir. Ancak bilinmelidir ki; ihlal bölgeleri, çalışma sahasında yapılan teknik incelemeler sonrasında SafetyEYE® uygulama arayüzünde tasarlanmaktadır. 50 adet farklı ihlal bölgesi tanımlanabilmekte ve bu bölgeler 2 farklı türde (Alarm ve Tehlike bölgeleri) tanımlanarak gruplandırılabilmektedir. Tanımlanan ve türleri belirlenen bölgeler harmanlanarak 16'şar adet alarm ve tehlike alanı oluşturulabilmektedir. Hareketli bölgelere erişimde TS EN ISO 13855 Makinelerde Güvenlik - Vücut Kısımlarının Yaklaşım Hızına Göre Koruyucu Teçhizatın Yerleştirilmesi ile TS EN ISO 13857 Makinelerde Güvenlik - Kol ve Bacakların Ulaşabileceği Bölgelerde Tehlikenin Önlenmesi için Güvenlik Mesafeleri standartları kıstas alınmakta ve bu standartlar ışığında alarm ve tehlike bölgelerinin tasarımları yapılmaktadır.

Alarm bölgelerinin ihlal edilmesi durumunda, ilgili bölge hareketli aksamları mümkün olan en yavaş çalışma hızına çekilir. Bu bölge, çalışanların gerek duyulduğunda ihlal edebilecekleri kısımlar olarak tanımlanabilir.

Tehlike bölgelerin ihlali durumunda ise makine kesin duruşa geçirilmekte ve ilgili bölgelerdeki ihlal ortadan kalkana dek makinenin hareketine izin verilmemektedir. Bu bölge, çalışanların kesinlikle ihlal etmemesi gereken ve çeşitli iş kazalarına neden olma olasılığı yüksek olan alanlar olarak tanımlanmalıdır.

Alarm ve tehlike bölgelerini, iç içe duran iki adet kutu olarak gözümüzde canlandırmamız mümkündür. Bu kutuların içinde, çevresinde önlem almak istediğimiz makinenin olduğunu varsayabiliriz. En dış kutunun alarm bölgesini temsil ettiğini ve bu kutunun içerisinde de tehlike bölgesini temsil eden ikinci kutunun olduğunu ve makineye henüz ulaşamadığımızı görebiliriz. SafetyEYE® kontrol sistemi ilk kutunun açıldığını algılama cihazından aldığı sinyallerle fark ederek makine çalışma hızını minimum seviyeye indirilmesini sağlar. İkinci kutunun açılması durumunda ise artık makineye ulaşabilmek için önümüzde hiçbir engel kalmamış olacaktır. Algılama cihazı, tehlike bölgesinin ihlali hakkındaki bilgi sinyalini derhal kontrol sistemine göndermekte ve makine derhal durdurulmaktadır. Kutuların kapatılması durumunda makine önce yavaş çalışma hızında hareketine başlayacak, sonrasında da prosese kaldığı yerden normal çalışma hızında devam edecektir. SafetyEYE® 3B emniyet kamera sistemi sonuca bu örnekteki yaklaşımla çözüm arayan ve birçok emniyet ekipmanı kullanılarak tasarlanan bir sistemin emniyetini tek başına sağlayabilen bir üründür.

Analiz ünitesinde imgenin sağlıklı bir şekilde işlenebilmesi için ortam aydınlatma değerinin 300 lüks olması gerekmektedir.

2.3. SafetyEYE® Uygulama Arayüzü

Emniyet kamera sistemleri ilk bakışta ne kadar karmaşık görünürse görünsün, SafetyEYE® ile bir bölgenin emniyetli hale getirilmesi sanıldığı kadar karmaşık değildir. Uygulama arayüzü, emniyet tasarımının hazırlanmasında kullanılacak olan editörünüzdür. Tasarım sırasında daha esnek nasıl çalışılabileceği düşünülerek hazırlanmıştır.

Editörde emniyet tasarımına, SafetyEYE® algılama cihazından alınan görüntü ile direkt olarak başlanabilmektedir. Tasarım hakkındaki bilgileri bir sonraki bölümde bulabilirsiniz.

3. SafetyEYE® ile Emniyet Tasarımının Hazırlanması

Tasarıma başlamadan, tehlikeli olduğu öngörülen bölgeye tamamen rastgele ancak kameranın görüş alanında olacak şekilde markalar yerleştirilir. Ayar ve Referans olarak isimlendirilen bu markalar iç içe siyah beyaz dairelerden oluşmakta ve SafetyEYE® sisteminin açılıştaki konum-mesafe bilgilerini hesaplarken kıstas aldığı önemli parametrelerdendir. Ayar markalarından 1 adet, referans markalarından ise minimum 3 adet bulunmalıdır.  

Editörde "Take Snapshot" olarak isimlendirilen ve cihazın baktığı açıdan bir fotoğraf alınmasına yarayan buton tıklanır. Alınan fotoğraf üzerinde, önceden sahaya yerleştirilmiş olan markalar editörde "Define Setup Marker" ile ayar markaları, "Define Reference" ile referans markaları seçilerek SafetyEYE® kontrol sistemi, çevre koşulları hakkında bilgilendirilmiş olunur.

Markalarının Sisteme Tanıtılması Markaların editör ortamına alınmasıyla birlikte, çalışma ortamının emniyetle ilgili üç boyutlu tasarımına başlanabilecektir. Editördeki çizim araçlarıyla riskli olduğu öngörülen kısımlara Alarm (Sarı) ve Tehlike (Kırmızı) bölgeler üç boyutlu olarak tasarlanır.

Tanımlanan alanların ihlal edilmesi durumunda sistemin, ihlal edilen alanın türüne göre ya yavaşlatılması ya da durdurulması gerekmektedir. Alanların ihlali sonrasında hangi çıkışların kesilmesi gerektiği "I/O Configuration" sekmesinde lojik olarak hazırlanır.

Yazılım çalışmasının ardından editör, seçimi son kullanıcıya bırakılmış bazı sistemsel ayarların yapılması bekler. Bu ayarlardan ilki, bölgelerin ihlali durumunda sistemin hangi aralıklarla fotoğraf alması gerektiği konusundadır. "Record Violations" sekmesinden yapılacak olan seçimlerle, ihlal anından ne kadar önce ve sonra kaç adet bilgilendirme fotoğrafı istediğiniz sisteme bildirilmiş olur. "Set Passwords" sekmesi kullanılarak tasarlanan emniyet yapısı için şifreler tanımlanır. Bu sayede SafetyEYE® sistem yazılımına izinsiz erişimlerin önüne geçilir. Tasarımla ilgili çalışmaların sonuna gelindiğinden, editör sizden projenizi kaydetmenizi beklemektedir. Kayıt işleminin ardından, SafetyEYE® sistemine Ethernet bağlantınız ile hazırladığınız çalışmanızı yükleyebilirsiniz. Şekil 9 - Hazırlanan Tasarımın SafetyEYE® Kontrol Sistemine Yüklenmesi Yükleme işleminin ardından sisteminiz artık editörde tasarlanan alarm ve tehlike bölgelerini kıstas alarak çalışacaktır. Herhangi bir ihlalde SafetyEYE® kontrol sistemi derhal tepki verecek ve sistem gerekli reaksiyonu gösterecektir.

4. SONUÇ

Günümüzde rekabet ortamı, kaliteli ürüne olan talep, otomasyona bağlı hızlı üretim gibi etmenler insan ile makine arasındaki ilişkinin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Makine emniyeti, gündeme geldiği günden bu yana gelişimini sürdürmektedir. Avrupa Birliği tarafından zorunlu tutulan sıkı uluslararası standartlar, standartlaşmada küresel bir harekete doğru girmektedir. Standartlar daha fazla esnekliği, daha güvenlikli kontrol sistemleri ve üretim hatları arasında tutarlılık sağlamaktadır. 2011 yılı sonunda yürürlükten kalkan EN 954-1 standardı sonrasında, Avrupa'ya girecek veya Avrupa'dan üretilerek serbest alınıp satılacak her makinenin EN ISO 13849-1 standardının esaslarını sağlaması gerekmektedir. Ülkemizde birçok Avrupa standardı gibi EN ISO 13849-1 standardı da kabul gören ve aynen uygulamaya konulan standartlardandır.