سوال: چگونه مدار «کنترل ایمنی دو دست» را با استفاده از شیرهای پنوماتیک دوگانه برای حفاظت اپراتور طراحی کنیم؟

پاسخ: برای طراحی یک کنترل ایمنی دو دست مؤثر پنوماتیک , مهندسان باید از دو شیر دستی فشاری سه‌راهه/دو راهه با حالت عادی بسته که به‌صورت جداگانه نصب شده‌اند و به یک بلوک کنترل ایمنی پنوماتیک دو دسته تخصصی متصل هستند، استفاده کنند؛ این بلوک کنترل ایمنی به‌عنوان یک دستگاه منطقی «و» (AND) با قابلیت خودپایش عمل می‌کند. بر اساس استانداردهای بین‌المللی ایمنی مانند EN 574 و ISO 13851، مدار باید این شرط را اعمال کند که اپراتور هر دو شیر فشاری را به‌طور هم‌زمان و در محدوده زمانی دقیق ۰٫۵ ثانیه فشار دهد. در صورتی که تنها یکی از دکمه‌ها فشار داده شود یا این دکمه‌ها با تأخیر زیادی پشت سر هم فشار داده شوند، بلوک کنترل ایمنی باید سیگنال هواي پیلوت را مسدود کرده و فشار محبوس‌شده را به‌صورت ایمن تخلیه کند. این امر از دور زدن سیستم ایمنی توسط اپراتور — مثلاً با بستن یا چسباندن یکی از دکمه‌ها — جلوگیری می‌کند و اطمینان حاصل می‌شود که هر دو دست اپراتور در طول چرخه کاری با فشار بالا، به‌صورت ایمن از نقاط خطرناک نظیر نقاط قفل‌شونده در پرس‌های پنوماتیک، دستگاه‌های ضربه‌زننده با نیروی بالا یا ابزارهای قلاب‌زنی سنگین دور نگه داشته می‌شوند.

مقدمه: فلسفه حفاظت از اپراتور در سیستم‌های پنوماتیک

در تولید صنعتی مدرن، ایمنی اپراتور یکی از اهداف اصلی مهندسی است. اجرای‌کننده‌های پنوماتیک قادر به تولید نیروهای عظیم و حرکت سریع هستند که در صورت ورود دست اپراتور به ناحیه کاری ماشین، خطر شدید فشرده‌شدن یا برش‌خوردن را ایجاد می‌کنند. سیستم‌های کنترل ایمنی دو دست استاندارد مهندسی مورد استفاده برای حذف این خطر هستند.

با اینکه اپراتور را مجبور می‌کند تا برای فعال‌سازی و حفظ چرخه کار ماشین از هر دو دست خود استفاده کند، این سیستم به‌صورت فیزیکی تضمین می‌کند که دست‌های اپراتور در زمان حرکت پایین‌آمدن، قفل‌شدن یا برش‌خوردن ماشین درون ناحیه خطرناک قرار نخواهند داشت. به‌عنوان یکی از برترین تولیدکنندگان قطعات پنوماتیک صنعتی سنگین، AIRWORK طراحان اتوماسیون و ادغام‌کنندگان سیستم‌ها را با شیرهای قابل اعتماد، بلوک‌های ایمنی و چیدمان‌های مداری لازم برای پیاده‌سازی کنترل‌های ایمنی دو دست قوی، مطابق با استانداردها و مقرون‌به‌صرفه تأمین می‌کند.

استانداردهای بین‌المللی ایمنی و انطباق

هنگام طراحی سیستم کنترل دو دسته، مهندسان باید با استانداردهای بین‌المللی شناخته‌شده، به‌ویژه استاندارد ISO 13851 (که جایگزین استاندارد EN 574 شده است) رعایت نمایند. این استانداردها سیستم‌های کنترل دو دسته را بر اساس سطح یکپارچگی ایمنی آن‌ها در انواع مختلفی طبقه‌بندی می‌کنند:

• نوع I: نیازمند دو فعال‌ساز دستی است، اما الزامی بر فعال‌سازی همزمان یا نظارت علیه دور زدن وجود ندارد. این نوع برای ماشین‌آلات با خطر بالا مناسب نیست.
• نوع II: نیازمند آزاد شدن هر دو فعال‌ساز دستی پیش از آغاز چرخهٔ بعدی است، اما فعال‌سازی همزمان را اجباری نمی‌کند.
• نوع III: بالاترین سطح ایمنی را فراهم می‌کند. این نوع نیازمند فعال‌سازی همزمان است؛ یعنی هر دو دکمه باید در بازهٔ زمانی ۵۰۰ میلی‌ثانیه (۰٫۵ ثانیه) فشار داده شوند. در صورت عدم رعایت این شرط، سیستم فعال نخواهد شد. سیستم‌های نوع III بسته به توانایی‌های افزونگی و نظارت عناصر کنترل پنوماتیک، به زیرگروه‌های III A، III B و III C تقسیم می‌شوند.

برای بیشتر کاربردهای پنوماتیک خطرناک، مانند پرس‌ها یا ایستگاه‌های قفل‌کننده، مدار ایمنی نوع III استاندارد صنعتی الزامی است. طراحی دستی چنین سیستمی با استفاده از شیرهای منطقی استاندارد بسیار پیچیده و مستعد خطا است؛ به همین دلیل، بلوک‌های ایمنی یکپارچه راه‌حل ترجیح‌داده‌شده هستند.

اجزای ضروری یک مدار ایمنی دو شیری

برای ساخت یک مدار کنترل ایمنی دو دست مطابق با استانداردها و قابل اعتماد، نیاز به اجزای اصلی AIRWORK زیر دارید:

• دو شیر فشاری سه/دو راهه: این شیرها باید به‌صورت دستی کار کنند، فنری بازگشتی و در حالت عادی بسته (NC) باشند. همچنین باید از نظر فیزیکی از هم جدا شده و در پوششی قرار گرفته باشند تا از فعال‌شدن تصادفی آن‌ها توسط یک بازو، آرنج یا جسم سنگین جلوگیری شود.
• یک بلوک کنترل ایمنی دو دست AIRWORK: این قطعه مغز مدار ایمنی است. این بلوک دارای دو پورت ورودی پایلوت و یک پورت خروجی سیگنال است. در داخل آن، مونتاژی از پیستون لغزنده و دیافراگم تخصصی وجود دارد که برای نظارت بر افزایش فشار هر دو ورودی طراحی شده است. این بلوک تنها در صورتی سیگنال پایلوت هوایی ارسال می‌کند که هر دو ورودی در بازه زمانی ۰٫۵ ثانیه‌ای به‌طور همزمان تحت فشار قرار گیرند.
• یک شیر جهت‌دهنده دوپایلوت ۵/۲ راهه شیر کنترل : این شیر کنترل‌کننده سیلندر دوطرفه اصلی است و برای جابجایی به موقعیت حرکت کار، نیازمند سیگنال پایلوت از بلوک ایمنی است.
• یک سیلندر هوایی دوطرفه: این اکچوئیتور عملیات با نیروی بالا را انجام می‌دهد و مجهز به کنترل‌کننده‌های مناسب سرعت و سنسورهای نظارتی بر طول حرکت است.
• شیرهای توقف اضطراری و تخلیه: برای تخلیه فشار سیستم در صورت قطع برق یا شرایط اضطراری ضروری هستند.

طراحی مدار و منطق عملیاتی مرحله‌به‌مرحله

درک دقیق منطق مکانیکی مدار کنترل دو دست برای ادغام سیستم حیاتی است. این سیستم از طریق چهار فاز مجزا عمل می‌کند:

• فاز ۱: وضعیت بی‌حرکت. در وضعیت استراحت، هر دو دکمه فشاری رها شده‌اند. تأمین هوای ورودی در شیرهای دکمه‌فشاری مسدود است. بلوک کنترل ایمنی دو دست فشاری در پورت‌های ورودی خود ندارد و پورت خروجی آن به خروجی تخلیه می‌شود. شیر اصلی کنترلی ۵/۲ راه در موقعیت اولیه باقی می‌ماند و میله سیلندر را به‌طور کامل در حالت کشیده نگه می‌دارد.
• مرحله ۲: فعال‌سازی همزمان. اپراتور در مدت زمان ۰٫۵ ثانیه هر دو دکمه فشاری را فشار می‌دهد. هوای فشرده از دکمه‌ها وارد دو پورت ورودی بلوک کنترل ایمنی AIRWORK می‌شود. از آنجا که فشارها تقریباً به‌صورت همزمان وارد می‌شوند، شیر داخلی (اسپول) جابه‌جا شده و مسیر خروجی را مسدود کرده و در عین حال مسیر هوای ورودی را به پورت خروجی متصل می‌کند. این سیگنال پایلوت خروجی به پورت پایلوت شیر اصلی کنترل ۵/۲ راه می‌رسد و باعث جابه‌جایی اسپول و پیشروی سیلندر پنوماتیک برای انجام عملیات قلاب‌زنی یا فشردن می‌شود.
• مرحلهٔ ۳: فشار تأخیری یا ناموفق. اگر اپراتور سعی کند با چسباندن یا ثابت‌کردن یک دکمه با نوار چسب یا روش‌های مشابه، سیستم ایمنی را دور بزند و سپس دکمهٔ دوم را فشار دهد، بلوک ایمنی ناهماهنگی زمانی را تشخیص می‌دهد. هنگامی که دکمهٔ اول نگه‌داشته می‌شود، فشار به یکی از پورت‌های ورودی وارد می‌شود و سوپاپ ایمنی داخلی را به موقعیت قفل‌شدهٔ تخلیه منتقل می‌کند. هنگامی که دکمهٔ دوم فشار داده می‌شود، هوای ورودی به پورت ورودی دوم بلافاصله از طریق تخلیهٔ بلوک ایمنی خارج می‌شود. هیچ سیگنال پایلوتی صادر نمی‌شود و سیلندر به‌طور ایمن در حالت عقب‌نشینی باقی می‌ماند. برای بازنشانی بلوک ایمنی، باید هر دو دکمهٔ فشاری به‌طور کامل رها شوند.
• مرحلهٔ ۴: رها‌سازی و بازگشت. پس از اتمام چرخهٔ کاری، اپراتور هر دو دکمهٔ فشاری را رها می‌کند. هوای ورودی به بلوک ایمنی قطع شده و از طریق تخلیهٔ دکمهٔ فشاری غیرفعال (NC) به‌صورت معکوس تخلیه می‌شود. سیگنال خروجی بلوک ایمنی بلافاصله کاهش می‌یابد و اجازه می‌دهد که شیر جهت‌دهندهٔ اصلی پنج/دو راهه به موقعیت پیش‌فرض خود بازگردد که سیلندر را به‌طور ایمن عقب‌نشینی می‌کند.

بهترین روش‌های طراحی مکانیکی برای ادغام‌کنندگان سیستم‌ها

برای اطمینان از اینکه مدار ایمنی نتواند از نظر فیزیکی دور زده شود، ادغام‌کنندگان سیستم‌ها باید این قواعد طراحی مکانیکی را رعایت کنند:

• فاصله فیزیکی: بر اساس مقررات ایمنی، دو دکمه دستی باید حداقل با فاصله‌ای ۲۶۰ میلی‌متری (از مرکز تا مرکز) از یکدیگر نصب شوند. این امر مانع از فشار همزمان دو دکمه توسط یک دست یا استفاده از یک دست و آرنج همان بازو توسط اپراتور می‌شود.
• پوشش‌های محافظ: هر دکمه باید درون پوشش یا جعبه‌ای محافظ قرار گیرد. این امر از فعال‌شدن تصادفی دکمه توسط ابزاری که می‌افتد، کارگری که از کنار آن عبور می‌کند یا اپراتوری که بدن خود را به صفحه کنترل تکیه می‌دهد، جلوگیری می‌کند.
• محاسبه فاصله ایمن: ایستگاه کنترل باید در فاصله‌ای محاسبه‌شده و ایمن از منطقه خطر قرار گیرد. این فاصله بر اساس زمان توقف سیلندر پنوماتیک تعیین می‌شود. اپراتور نباید قادر باشد پس از رها کردن دکمه‌ها، قبل از توقف حرکت خطرناک سیلندر، دست خود را به داخل ماشین وارد کند.
• لوله‌کشی سنگین: از لوله‌های سفت یا بسیار محافظت‌شده بین دکمه‌های فشاری و بلوک کنترل ایمنی استفاده کنید تا از قطع شدن یا خم‌شدن لوله جلوگیری شود؛ زیرا این پدیده ممکن است سیگنال پایلوت پیوسته‌ای را شبیه‌سازی کند.

استانداردسازی بر روی سیستم‌های پنوماتیک ایمنی AIRWORK

با تأمین شیرهای پنوماتیک دوگانه و بلوک‌های ایمنی دو دست یکپارچه از AIRWORK، سازندگان ماشین‌آلات سازنده تجهیزات اصلی (OEM) و توزیع‌کنندگان صنعتی می‌توانند عملکردی با قابلیت اطمینان بالا را تضمین کنند. شیرهای ایمنی AIRWORK با سوپاپ‌های کم‌اصطکاک و فنرهای بازگشتی مقاوم طراحی شده‌اند تا حتی در محیط‌های سخت تولیدی، میلیون‌ها چرخه ایمنی بدون مشکل را فراهم آورند.

برای دسترسی به فایل‌های کامل CAD، برگه‌های اطلاعات فنی و چیدمان‌های سفارشی منیفولد، به وب‌سایت jzpnu.com مراجعه کنید یا امروزه با گروه کاربردی مهندسی ما تماس بگیرید تا نیازهای خاص ایمنی ماشین‌آلات خود را مورد بحث قرار دهید.