Otázka: Jak navrhnout bezpečnostní obvod ‚ovládání dvěma rukama‘ pomocí dvojitých pneumatických ventilů pro ochranu obsluhy?

Odpověď: Pro návrh účinného bezpečnostního obvodu ovládání dvěma rukama pneumatický obvod , musí inženýři použít dva samostatné 3/2cestné ventily s normálně uzavřeným ovládáním pomocí ručního tlačítka, které jsou připojeny ke specializovanému bezpečnostnímu pneumatickému bloku pro ovládání dvou rukou; tento blok funguje jako samo-monitorující logické zařízení typu AND. Podle mezinárodních bezpečnostních norem, jako je EN 574 a ISO 13851, musí obvod vyžadovat, aby operátor stiskl obě tlačítka současně v přísném časovém limitu 0,5 sekundy. Pokud je stisknuto pouze jedno tlačítko nebo pokud jsou tlačítka stisknuta postupně s příliš velkým zpožděním, musí bezpečnostní řídící blok zablokovat pilotní vzduchový signál a bezpečně vypustit veškerý zachycený tlak. Tím se zabrání obejití bezpečnostního systému například upevněním nebo přilepením jednoho z tlačítek páskou, čímž se zajišťuje, že obě ruce operátora jsou bezpečně zaměstnané mimo nebezpečné místa stlačení, jako jsou například pneumatické lisy, vysokosilové razítkovací stroje nebo těžké upínací přípravky během pracovního cyklu za vysokého tlaku.

Úvod: Filozofie ochrany operátora v pneumatice

V moderním průmyslovém výrobě je bezpečnost obsluhy primárním inženýrským cílem. Pneumatické pohony jsou schopny vyvinout obrovské síly a rychlé pohyby, což představuje vážné riziko rozdrcení nebo amputace, pokud ruce obsluhy vniknou do pracovního prostoru stroje. Ovládací systémy pro bezpečnost s použitím obou rukou jsou standardním inženýrským opatřením, které se používá k eliminaci tohoto rizika.

Tím, že nutí obsluhu k použití obou rukou pro spuštění a udržení cyklu stroje, systém fyzicky zajišťuje, že ruce obsluhy nemohou být v nebezpečné zóně v okamžiku, kdy stroj provádí zdviž, upínání nebo řezání. Jako přední výrobce průmyslových pneumatických komponent pro náročné aplikace poskytuje společnost AIRWORK návrhářům automatizací a systémovým integrátorům spolehlivé ventily, bezpečnostní bloky a zapojení obvodů potřebná k implementaci robustních, předpisům vyhovujících a cenově efektivních bezpečnostních ovládacích systémů pro ovládání oběma rukama.

Mezinárodní bezpečnostní normy a soulad s nimi

Při návrhu systému ovládání dvěma rukama musí inženýři dodržovat uznávané mezinárodní normy, zejména ISO 13851 (která nahradila EN 574). Tyto normy klasifikují systémy ovládání dvěma rukama do různých typů podle jejich úrovně bezpečnostní integrity:

• Typ I: Vyžaduje dva ruční akční členy, ale nepožaduje současné sepnutí ani monitorování proti obejití. Nepodporuje se u strojů s vysokým rizikem.
• Typ II: Vyžaduje uvolnění obou ručních akčních členů před tím, než lze spustit další cyklus, ale nepožaduje současné sepnutí.
• Typ III: Nejvyšší úroveň bezpečnosti. Tento typ vyžaduje současné sepnutí. Obě tlačítka musí být stisknuta v časovém okně 500 milisekund (0,5 sekundy). Pokud tato podmínka není splněna, systém se nesepne. Systémy typu III jsou dále rozděleny na typ III A, III B a III C v závislosti na redundanci a schopnostech monitorování pneumatických řídicích prvků.

U nejnebezpečnějších pneumatických aplikací, jako jsou lisy nebo upínací stanice, je bezpečnostní obvod typu III průmyslovým standardem. Návrh takového systému ručně pomocí běžných logických ventilů je extrémně složitý a náchylný k poruchám, proto jsou integrované bezpečnostní bloky preferovaným řešením.

Základní komponenty bezpečnostního obvodu s dvěma ventily

K sestavení souladného a spolehlivého bezpečnostního ovládacího obvodu pro ovládání dvěma rukama budete potřebovat následující základní komponenty AIRWORK:

• Dva tlačítkové ventily 3/2cestného provedení: Musí být ručně ovládané, se zpětnou pružinou a v normálním stavu uzavřené (NC). Musí být fyzicky oddělené a chráněné krytem, aby se zabránilo náhodnému sepnutí jednou rukou, loktem nebo těžkým předmětem.
• Jedna bezpečnostní řídicí jednotka AIRWORK pro dvě ruce: Toto je „mozek“ bezpečnostního obvodu. Má dva vstupní pilotní připojovací místa a jedno výstupní signálové připojovací místo. Vnitřně obsahuje speciální posuvný píst a membránovou sestavu, které sledují nárůst tlaku na obou vstupech. Pneumatický pilotní signál vydá pouze tehdy, jsou-li oba vstupy zatíženy tlakem v časovém rozmezí 0,5 sekundy od sebe.
• Jeden 5/2cestný dvoupilotní směrový ventil Kontrolní ventil : Tento ventil řídí hlavní dvojčinný válec. Pro přepnutí do polohy pracovního zdvihu vyžaduje pilotní signál od bezpečnostní jednotky.
• Jeden dvojčinný pneumatický válec: Aktuátor provádějící práci vyžadující vysokou sílu, vybaven vhodnými regulátory rychlosti a senzory pro monitorování zdvihu.
• Tlačítko pro nouzové zastavení a vypouštěcí ventily: Nezbytné pro odvytlačení systému v případě výpadku napájení nebo nouzových podmínek.

Návrh obvodu krok za krokem a provozní logika

Porozumění přesné mechanické logice obvodů řízení dvěma rukama je zásadní pro integraci systému. Systém funguje ve čtyřech odlišných fázích:

• Fáze 1: Klidový stav. V klidové poloze jsou oba tlačítka uvolněna. Přívod stlačeného vzduchu je uzavřen na ventilech tlačítek. Blok bezpečnostního řízení dvěma rukama nemá na svých vstupních připojeních žádný tlak a jeho výstupní připojení je vyfukováno do výfuku. Hlavní řídící ventil 5/2 zůstává v klidové poloze, čímž je pístnice válce zcela zasunuta.
• Fáze 2: Současná aktivace. Obsluha stiskne obě tlačítka do 0,5 sekundy. Stlačený vzduch proudí z tlačítek do dvou vstupních přípojek bezpečnostního řídicího bloku AIRWORK. Protože tlaky dorazí téměř současně, vnitřní šoupátko se posune tak, že uzavře výfuk a spojí vstupní vzduchovou cestu s výstupní přípojkou. Tento výstupní pilotní signál se přenáší na pilotní přípojku hlavního řídicího ventilu 5/2cestného typu, čímž se šoupátko posune a pneumatický válec se vysune, aby provedl upínací nebo lisovací operaci.
• Fáze 3: Zpožděný nebo neúspěšný stisk tlačítek. Pokud operátor pokusí obejít bezpečnostní systém přilepením páskou nebo udržením jednoho tlačítka stisknutého a následným stisknutím druhého tlačítka, bezpečnostní blok zaznamená časovou nesrovnalost. Když je první tlačítko stisknuto, tlak vstupuje do jednoho vstupního portu a posune vnitřní bezpečnostní šoupátko do uzamčené polohy výfuku. Když je stisknuto druhé tlačítko, vzduch vstupující do druhého vstupního portu je okamžitě vypouštěn přes výfuk bezpečnostního bloku. Žádný řídicí signál není vygenerován a válec zůstává bezpečně zasunut. Pro resetování bloku musí být obě tlačítka úplně uvolněna.
• Fáze 4: Uvolnění a návrat. Jakmile je pracovní cyklus dokončen, operátor uvolní obě tlačítka. Přívod vzduchu do bezpečnostního bloku je přerušen a vzduch je vypouštěn zpět přes výfuk normálně uzavřených (NC) tlačítek. Výstupní signál bezpečnostního bloku okamžitě klesne, což umožní hlavnímu směrovému ventilu typu 5/2 vrátit se do výchozí polohy, čímž je válec bezpečně zasunut.

Doporučené postupy mechanického návrhu pro systémové integrátory

Aby bylo zajištěno, že bezpečnostní obvod nelze fyzicky obejít, měli by systémoví integrátoři dodržovat následující pravidla mechanického návrhu:

• Fyzická vzdálenost: Podle bezpečnostních předpisů musí být oba ruční tlačítka umístěna nejméně 260 milimetrů od sebe (střed ke středu). Tím se zabrání tomu, aby obsluha stiskla obě tlačítka jednou rukou nebo jednou rukou a loktem téže paže.
• Ochranné kryty: Každé tlačítko musí být uzavřeno v ochranném krytu nebo pouzdře. Tím se zabrání náhodnému aktivování například padajícím nástrojem, pracovníkem, který kolem prochází, nebo obsluhou, která se opře o ovládací panel tělem.
• Výpočet bezpečné vzdálenosti: Ovládací stanice musí být umístěna ve vypočtené bezpečné vzdálenosti od nebezpečné zóny. Tato vzdálenost je určena dobou zastavení pneumatického válce. Obsluha nesmí být schopna uvolnit tlačítka a zasáhnout do stroje dříve, než válec ukončí svůj nebezpečný pohyb.
• Těžké potrubí: Mezi tlačítky a bezpečnostním řídicím modulem používejte tuhé nebo vysoce chráněné potrubí, aby nedošlo k připnutí nebo zahnutí, což by mohlo napodobovat nepřetržitý pilotní signál.

Standardizace na bezpečnostní pneumatiku AIRWORK

Tím, že výrobky – dvojité pneumatické ventily a integrované dvouruční bezpečnostní bloky – zakoupí od společnosti AIRWORK výrobci strojů OEM i průmysloví distributoři, zaručují vysoce spolehlivý provoz. Bezpečnostní ventily AIRWORK jsou navrženy s nízkotřecími zdvihovými šoupátky a robustními návratními pružinami, aby zajistily miliony bezporuchových bezpečnostních cyklů i v náročných výrobních prostředích.

Kompletní technické výkresy ve formátu CAD, technické listy a návrhy speciálních rozvaděčových bloků najdete na webu jzpnu.com nebo kontaktujte naši skupinu pro technické aplikace, abyste již dnes prodiskutovali vaše konkrétní požadavky na bezpečnost strojů.