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激光扫描雷达在汽车生产线上的应用 |
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作者：中国汽车工业工程公司 覃振 |
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激光扫描雷达的应用，可以保证车间内车体、人流、物流和输送设备等的安全，降低事故风险，大大提高了生产效率。
随着汽车工业的飞速发展，汽车生产线的规模不断扩大，越来越多的先进设备应用到汽车生产线上，构成了一个非常复杂的生产线系统。在生产线安全可靠运行的同时，如何保证这个系统中物料的适时供应和调配，如何保障车间人员的人身安全等一系列安全保护问题摆在了我们的面前。激光扫描雷达这一新型安全保护产品在汽车生产线上的应用，一改传统的安全保护方式，帮我们有效地解决了这一难题。不仅保证了车间内车体、人流、物流和输送设备等的安全，也大大提高了车间生产效率。
控制系统设计
在进行汽车生产线电控系统设计的时候，需要考虑的因素很多，比如机械设备特点、工艺操作特点、安全设计理念和安全等级等，而对于安全设计理念和安全等级的考虑越来越成为汽车生产线控制系统设计的重点。
1.安全等级评估
在进行系统设计前，我们必须进行设备的安全等级评估。在此我们先提出一个安全等级的概念，图1描述的就是EN954-1安全标准。
图1 EN954-1安全标准
通过图1我们可以看出，安全标准EN954-1对一个设备的风险评估共分为3大类、5个安全等级，其中对于设备的风险评估具体描述如下：
（1）事故的结果分为S1、S2两种，其中S1表示对人身有轻微伤害，S2表示对人身有严重伤害或死亡；
（2）危险区域现状分为F1、F2两种，其中F1表示该危险区域很少出现，F2表示该危险区域经常出现或发生；
（3）可避免程度分为P1、P2两种，其中P1表示该类危险可能避免；P2表示该类危险是不可能避免。
上面对3大类风险评估进行了描述，对于5个安全等级的描述如表所示。
有了上面的3类风险评估和5类安全等级后，我们就可对一个系统进行安全等级评估，对于一个系统安全集成等级的评估方法（SIL）必须要求如下：
SIL1表示安全功能每小时发生一个安全故障的可能性为10-6～10-5；
SIL2表示安全功能每小时发生一个安全故障的可能性为10-7～10-6；
SIL3表示安全功能每小时发生一个安全故障的可能性为10-8～10-7；
SIL4表示安全功能每小时发生一个安全故障的可能性为10-9～10-8。
2.案例
国外某汽车装配生产线的物流通道如图2所示，该装配生产线是一个输送系统和物流通道交叉的系统，具有一定危险性，为了保证物流人员的安全和输送设备可靠运行，必须采用安全等级极高的保护控制系统，传统的光电或光幕由于是固定位检测，因此根本起不到很好的保护作用。为了达到极高等级的保护，首先需要对该系统进行安全等级的定义。
图2 国外某汽车装配生产线的物流通道
该区域安全等级定义如下：
（1）该区域造成的危险结果是对人有严重伤害（S1）；
（2）该区域危险经常出现或发生（F2）；
（3）该区域危险可以避免（P1）。
根据图1，分析得去该区域的安全等级为SIL3。为了实现该区域SIL3等级的安全保护，我们采用了激光扫描雷达来进行该区域的保护。为了更好地描述该区域激光雷达极高等级保护的效果，现将激光雷达的保护区域分为A、B和C三个区域，如图3所示，其中黄色区域为设备运行区域，红色警示区域为物料通道。
图3 将激光雷达的保护区域分为A、B和C三个区域
3.系统结构
激光扫描雷达作为控制系统的核心，为了满足该控制系统SIL3安全等级，该系统的设计采用如下结构：安全输入设备（激光雷达）、安全控制电气元件（安全PLC和安全总线）和安全输出控制（安全IO），其整个控制系统架构如图4所示。
图4 控制系统架构
控制系统应用
由于激光雷达的保护区域不是采用固定式，而是通过设置不同的保护区域，在不同的条件下来完成极高等级的保护，因此其保护是柔性的。控制系统的应用将针对B、C和A三个不同区域雷达扫描区域的设置来分别进行描述（见图）。
图5 B区域激光雷达扫描区域
1.B区域
激光雷达控制系统在输送设备停止运行时，将对该区域进行保护，而此时物流通道保持畅通，并且是安全的。该装配生产线由于有激光雷达对该区域进行保护，防止了输送设备停止后维修人员等进入设备区域，同时避免维修人员由于设备的运行而造成人身伤害。
2. C区域
激光雷达控制系统在输送设备运行前10～15s，首先对该区域进行扇形扫描，确认该区域没有任何人员或物流小车滞留或通过，这时输送设备才开始运行，只要有任何物体在C区域，输送设备将停止运行，确保人员或物流小车在该区域滞留或通过时的安全。
3. A区域
在完成C区域扫描，并且输送设备运行后，激光雷达将对该区域进行保护。由于输送设备的运行，对于B、C区域的保护已不重要，此时必须防止通道外人员或物流小车进入通道。
激光雷达对于A、B和C三个区域的扫描和保护，完全避免了该汽车生产装配线物流通道死角的存在，实现了真正的人身安全保护和物流的安全。
结语
激光扫描雷达的应用，增强了汽车生产线系统的安全性，降低了事故风险，大大提高了生产效率。相信在不久的将来，激光扫描雷达将会在汽车生产线上获得更大的应用。(end)
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(4/28/2013) |
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