Domanda: Come progettare un circuito di 'Controllo di sicurezza a due mani' utilizzando valvole pneumatiche doppie per la protezione dell'operatore?

Risposta: Per progettare un controllo di sicurezza a due mani efficace circuito pneumatico , gli ingegneri devono utilizzare due valvole a pulsante manuali normalmente chiuse, a 3/2 vie, collegate a un apposito blocco di controllo pneumatico per la sicurezza a due mani, che funge da dispositivo logico AND autovigilato. Secondo le norme internazionali sulla sicurezza, quali EN 574 e ISO 13851, il circuito deve richiedere all’operatore di premere contemporaneamente entrambe le valvole a pulsante entro un rigoroso limite temporale di 0,5 secondi. Se viene premuto un solo pulsante oppure se i pulsanti vengono premuti in sequenza con un ritardo eccessivo, il blocco di controllo per la sicurezza deve bloccare il segnale d’aria pilota ed esaurire in modo sicuro qualsiasi pressione residua intrappolata. Ciò impedisce agli operatori di eludere il sistema di sicurezza fissando o incollando uno dei pulsanti, garantendo così che entrambe le mani dell’operatore siano impegnate in posizione sicura, lontano dai punti di schiacciamento pericolosi, come quelli presenti nelle presse pneumatiche, nei punzoni ad alta forza o nelle apparecchiature di serraggio pesanti durante il ciclo di lavoro ad alta pressione.

Introduzione: La filosofia della protezione dell’operatore nella tecnica pneumatica

Nella moderna produzione industriale, la sicurezza dell’operatore è un obiettivo ingegneristico primario. Gli attuatori pneumatici sono in grado di generare forze enormi e movimenti rapidi, costituendo un grave rischio di schiacciamento o amputazione qualora le mani dell’operatore entrino nella zona di lavoro della macchina. I sistemi di controllo di sicurezza a due mani rappresentano il sistema di protezione ingegneristico standard utilizzato per eliminare tale rischio.

Obbligando l’operatore a utilizzare entrambe le mani per avviare e mantenere il ciclo della macchina, il sistema garantisce fisicamente che le mani dell’operatore non possano trovarsi all’interno della zona pericolosa durante l’abbassamento, la serratura o il taglio della macchina. In quanto produttore leader di componenti pneumatici industriali pesanti, AIRWORK fornisce ai progettisti di automazione e agli integratori di sistemi le valvole affidabili, i blocchi di sicurezza e le configurazioni di circuito necessarie per implementare controlli di sicurezza a due mani robusti, conformi e convenienti.

Norme internazionali sulla sicurezza e conformità

Nella progettazione di un sistema di comando a due mani, gli ingegneri devono conformarsi a norme internazionali riconosciute, in particolare alla ISO 13851 (che ha sostituito la EN 574). Queste norme classificano i sistemi di comando a due mani in diversi tipi in base al loro livello di integrità funzionale per la sicurezza:

• Tipo I: richiede due attuatori manuali, ma non impone l’azionamento simultaneo né il monitoraggio anti-elusione. Non adatto alle macchine ad alto rischio.
• Tipo II: richiede che entrambi gli attuatori manuali vengano rilasciati prima che possa essere avviato un nuovo ciclo, ma non impone l’azionamento simultaneo.
• Tipo III: il livello di sicurezza più elevato. Questo tipo richiede l’azionamento simultaneo: entrambi i pulsanti devono essere premuti entro una finestra temporale di 500 millisecondi (0,5 secondi). Se questa condizione non viene soddisfatta, il sistema non si attiva. I sistemi di Tipo III sono ulteriormente suddivisi in Tipo III A, III B e III C, a seconda della ridondanza e delle capacità di monitoraggio degli elementi di comando pneumatico.

Per le applicazioni pneumatiche più pericolose, come presse o stazioni di serraggio, un circuito di sicurezza di Tipo III è l'obbligo normativo consolidato nel settore. Progettare manualmente un tale sistema utilizzando valvole logiche standard è estremamente complesso e soggetto a guasti; per questo motivo i blocchi di sicurezza integrati rappresentano la soluzione preferita.

Componenti essenziali di un circuito di sicurezza a doppia valvola

Per realizzare un circuito di comando di sicurezza a due mani conforme e affidabile, sono necessari i seguenti componenti fondamentali AIRWORK:

• Due valvole a pulsante 3/2 vie: devono essere azionate manualmente, con ritorno a molla e normalmente chiuse (NC). Devono essere fisicamente separate e protette da coperture per impedire l’azionamento accidentale da parte di un singolo braccio, gomito o oggetto pesante.
• Blocco di controllo della sicurezza a due mani AIRWORK: Questo è il cervello del circuito di sicurezza. Dispone di due porte di ingresso per segnale pilota e di una porta di uscita per il segnale. Internamente contiene un’assemblea specializzata composta da pistone scorrevole e diaframma, progettata per monitorare l’aumento di pressione su entrambi gli ingressi. Emetterà un segnale pneumatico pilota soltanto se entrambi gli ingressi vengono pressurizzati entro 0,5 secondi l’uno dall’altro.
• Valvola direzionale a 5/2 vie con doppio comando pilota Valvola di controllo : Questa valvola controlla il cilindro principale a doppio effetto. Per commutare nella posizione di corsa di lavoro, richiede un segnale pilota proveniente dal blocco di sicurezza.
• Cilindro pneumatico a doppio effetto: L’attuatore che esegue il lavoro ad alta forza, dotato di opportuni regolatori di velocità e sensori di monitoraggio della corsa.
• Valvole di arresto di emergenza e di scarico: Fondamentali per lo sfiato del sistema in caso di guasto dell’alimentazione elettrica o di condizioni di emergenza.

Progettazione passo-passo del circuito e logica operativa

Comprendere con precisione la logica meccanica del circuito di comando a due mani è fondamentale per l’integrazione del sistema. Il sistema opera attraverso quattro fasi distinte:

• Fase 1: Stato di riposo. Nella posizione di riposo, entrambi i pulsanti sono rilasciati. L’alimentazione d’aria in ingresso è bloccata alle valvole dei pulsanti. Il blocco di sicurezza a due mani non riceve pressione sui suoi porti di ingresso e il suo porto di uscita è scaricato all’atmosfera. La valvola di comando principale a 5/2 vie rimane nella posizione di riposo, mantenendo la stelo del cilindro completamente retratto.
• Fase 2: Azionamento simultaneo. L’operatore preme entrambi i pulsanti entro 0,5 secondi. L’aria compressa fluisce dai pulsanti verso le due porte di ingresso del blocco di comando di sicurezza AIRWORK. Poiché le pressioni arrivano quasi contemporaneamente, lo spool interno si sposta per chiudere l’uscita di scarico e collegare il percorso dell’aria in ingresso alla porta di uscita. Questo segnale pilota di uscita viene inviato alla porta pilota della valvola principale di comando a 5/2 vie, spostando lo spool e facendo avanzare il cilindro pneumatico per eseguire l’operazione di serraggio o pressatura.
• Fase 3: Pressione ritardata o annullata. Se l’operatore tenta di aggirare il sistema di sicurezza bloccando con nastro adesivo o fissando meccanicamente un pulsante e preme successivamente il secondo pulsante, il blocco di sicurezza rileva la discrepanza temporale. Quando il primo pulsante viene tenuto premuto, la pressione entra in una delle porte di ingresso, spostando lo spool di sicurezza interno in posizione di scarico bloccata. Quando viene premuto il secondo pulsante, l’aria che entra nella seconda porta di ingresso viene immediatamente scaricata attraverso lo scarico del blocco. Nessun segnale pilota viene emesso e il cilindro rimane in sicurezza in posizione retratta. Per resettare il blocco, entrambi i pulsanti devono essere completamente rilasciati.
• Fase 4: Rilascio e ritorno. Al termine del ciclo di lavoro, l’operatore rilascia entrambi i pulsanti. L’aria in ingresso al blocco di sicurezza viene interrotta e scaricata nuovamente attraverso lo scarico NC dei pulsanti. Il segnale di uscita del blocco di sicurezza cade immediatamente, consentendo alla valvola direzionale principale a 5/2 vie di riportarsi nella sua posizione di default, che provoca il ritorno sicuro del cilindro in posizione retratta.

Best practice per la progettazione meccanica per gli integratori di sistemi

Per garantire che il circuito di sicurezza non possa essere fisicamente aggirato, gli integratori di sistemi devono seguire queste regole di progettazione meccanica:

• Distanza fisica: Secondo le normative sulla sicurezza, i due pulsanti manuali devono essere montati a una distanza minima di 260 millimetri l’uno dall’altro (centro-centro). Ciò impedisce all’operatore di premere entrambi i pulsanti con una sola mano o con una mano e il gomito dello stesso braccio.
• Coperture di protezione: Ciascun pulsante deve essere racchiuso in una copertura di protezione o in un alloggiamento. Ciò evita l’attivazione accidentale causata da un attrezzo caduto, dal passaggio di un operatore o dall’appoggio del corpo dell’operatore sul pannello di comando.
• Calcolo della distanza di sicurezza: La stazione di comando deve essere posizionata a una distanza di sicurezza calcolata rispetto alla zona pericolosa. Tale distanza è determinata dal tempo di arresto del cilindro pneumatico. L’operatore non deve poter rilasciare i pulsanti e introdurre la propria mano nella macchina prima che il cilindro abbia arrestato il suo movimento pericoloso.
• Tubazioni pesanti: utilizzare tubi rigidi o altamente protetti tra i pulsanti e il blocco di controllo della sicurezza per evitare schiacciamenti o piegature, che potrebbero simulare un segnale pilota continuo.

Standardizzazione sui componenti pneumatici di sicurezza AIRWORK

Acquistando valvole pneumatiche doppie e blocchi di sicurezza a due mani integrati da AIRWORK, i costruttori OEM di macchine e i distributori industriali possono garantire operazioni ad alta affidabilità. Le valvole di sicurezza AIRWORK sono progettate con cursori a basso attrito e molle di ritorno robuste per assicurare milioni di cicli di sicurezza privi di guasti, anche in ambienti produttivi severi.

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