Pytanie: Jak zaprojektować obwód ‚dwuręcznej kontroli bezpieczeństwa’ przy użyciu podwójnych zaworów pneumatycznych do ochrony operatora?

Odpowiedź: Aby zaprojektować skuteczny obwód dwuręcznej kontroli bezpieczeństwa obwód pneumatyczny , inżynierowie muszą używać dwóch oddzielnych, 3/2-drogowych zaworów normally closed (zwykle zamkniętych) z ręcznym przyciskiem, połączonych ze specjalnym blokiem bezpieczeństwa pneumatycznego do sterowania obiema rękami, który działa jako samokontrolowany układ logiczny typu AND. Zgodnie z międzynarodowymi normami bezpieczeństwa, takimi jak EN 574 i ISO 13851, obwód musi wymagać jednoczesnego naciśnięcia obu przycisków przez operatora w ściśle określonym czasie nie przekraczającym 0,5 sekundy. Jeśli naciśnięty zostanie tylko jeden przycisk lub jeśli przyciski są naciskane sekwencyjnie z zbyt dużym opóźnieniem, blok bezpieczeństwa musi zablokować sygnał powietrza pilotowego i bezpiecznie odprowadzić wszelkie uwięzione ciśnienie. Dzięki temu zapobiegano obejściu systemu bezpieczeństwa przez przywiązanie lub zaklejenie jednego z przycisków taśmą klejącą, co gwarantuje, że obie ręce operatora są zajęte i znajdują się w bezpiecznej odległości od niebezpiecznych stref zgniatania, np. w prasach pneumatycznych, urządzeniach do tłoczenia o dużej sile lub mocnych uchwytach zaciskowych podczas cyklu roboczego przy wysokim ciśnieniu.

Wprowadzenie: Filozofia ochrony operatora w systemach pneumatycznych

W nowoczesnej produkcji przemysłowej bezpieczeństwo operatora jest głównym celem inżynierskim. Siłowniki pneumatyczne są w stanie generować ogromne siły i szybkie ruchy, co stanowi poważne zagrożenie zgniecenia lub amputacji, jeśli ręce operatora znajdą się w strefie roboczej maszyny. Systemy sterowania bezpieczeństwa z użyciem obu rąk są standardowym rozwiązaniem inżynierskim stosowanym w celu wyeliminowania tego ryzyka.

Wymuszając na operatorze jednoczesne używanie obu rąk do uruchamiania i utrzymywania cyklu maszyny, system fizycznie zapewnia, że ręce operatora nie mogą znajdować się w strefie zagrożenia w momencie, gdy maszyna wykonuje ruch w dół, zaciska lub tną. Jako czołowy producent ciężkich przemysłowych komponentów pneumatycznych AIRWORK dostarcza projektantom systemów automatyzacji oraz integratorom systemów niezawodnych zaworów, bloków bezpieczeństwa oraz układów obwodów niezbędnych do wdrożenia odpornych, zgodnych z przepisami oraz opłacalnych systemów sterowania bezpieczeństwa z użyciem obu rąk.

Międzynarodowe normy bezpieczeństwa i zgodność

Przy projektowaniu systemu sterowania dwuręcznego inżynierowie muszą przestrzegać uznanych międzynarodowych standardów, w szczególności ISO 13851 (który zastąpił normę EN 574). Standardy te klasyfikują systemy sterowania dwuręcznego na różne typy w zależności od ich poziomu integralności bezpieczeństwa:

• Typ I: Wymaga dwóch ręcznych elementów sterujących, ale nie wymusza jednoczesnego naciskania ani monitorowania zapobiegającego obejściu zabezpieczenia. Nie nadaje się do maszyn o wysokim ryzyku.
• Typ II: Wymaga zwolnienia obu ręcznych elementów sterujących przed rozpoczęciem kolejnego cyklu, ale nie wymusza jednoczesnego naciskania.
• Typ III: Najwyższy poziom bezpieczeństwa. Ten typ wymaga jednoczesnego naciskania. Oba przyciski muszą zostać naciśnięte w czasie nie przekraczającym 500 milisekund (0,5 sekundy). Jeśli ten warunek nie zostanie spełniony, system nie zostanie aktywowany. Systemy typu III są dodatkowo podzielone na typy III A, III B i III C w zależności od redundancji oraz możliwości monitorowania elementów pneumatycznego systemu sterowania.

W przypadku najbardziej niebezpiecznych zastosowań pneumatycznych, takich jak prasy lub stacje dociskowe, obwód bezpieczeństwa typu III jest przepisem branżowym obowiązującym w przemyśle. Projektowanie takiego systemu ręcznie przy użyciu standardowych zaworów logicznych jest skrajnie złożone i narażone na błędy, dlatego preferowanym rozwiązaniem są zintegrowane bloki bezpieczeństwa.

Podstawowe elementy obwodu bezpieczeństwa z dwoma zaworami

Aby zbudować zgodny i niezawodny obwód sterowania bezpieczeństwa z dwoma rękami, potrzebne będą następujące podstawowe komponenty AIRWORK:

• Dwa zawory 3/2-drogowe z przyciskiem: Muszą to być zawory działające ręcznie, z powrotem sprężynowym i w stanie spoczynkowym zamknięte (NC). Powinny być fizycznie oddzielone i osłonięte, aby zapobiec przypadkowemu uruchomieniu przez jedną rękę, łokieć lub ciężki przedmiot.
• Jedna blokada bezpieczeństwa z dwoma przyciskami AIRWORK: To jest „mózg” obwodu bezpieczeństwa. Posiada dwa wejściowe porty sterujące i jeden wyjściowy port sygnału. Wewnętrznie zawiera specjalny układ tłoczka ślizgowego i membrany zaprojektowany do monitorowania wzrostu ciśnienia na obu wejściach. Sygnał pneumatyczny sterujący jest generowany wyłącznie wtedy, gdy oba wejścia są pod ciśnieniem w odstępie czasowym nie przekraczającym 0,5 sekundy.
• Jedna zawór kierunkowy 5/2-drogowy z podwójnym sterowaniem pilotowym Zawór sterujący : Ten zawór kontroluje główny cylinder dwustronnego działania. Aby przełączyć się w pozycję roboczą (ruch roboczy), wymaga sygnału pilotowego od bloku bezpieczeństwa.
• Jeden cylinder pneumatyczny dwustronnego działania: Siłownik wykonujący pracę wymagającą wysokiej siły, wyposażony w odpowiednie regulatory prędkości oraz czujniki monitorujące długość skoku.
• Zawory awaryjnego zatrzymania i odpowietrzania: Niezbędne do odciśnienia systemu w przypadku awarii zasilania lub innych sytuacji nagłych.

Projekt obwodu krok po kroku oraz logika działania

Zrozumienie dokładnej logiki mechanicznej obwodu sterowania dwoma rękami jest kluczowe dla integracji systemu. System działa w czterech odrębnych fazach:

• Faza 1: Stan bezczynności. W pozycji spoczynkowej oba przyciski są zwolnione. Zasilanie powietrzem dopływowym jest zablokowane na zaworach przyciskowych. Blok bezpieczeństwa sterowania dwoma rękami nie otrzymuje ciśnienia na swoich portach wejściowych, a jego port wyjściowy jest odprowadzany do odpowietrznika. Główny zawór sterujący typu 5/2 pozostaje w pozycji wyjściowej, utrzymując tłoczysko cylindra w pełni skurczonym.
• Faza 2: Wspólne uruchomienie. Operator naciska oba przyciski w ciągu 0,5 sekundy. Sprężone powietrze dopływa z przycisków do dwóch portów wejściowych bloku sterowania bezpieczeństwa AIRWORK. Ponieważ ciśnienia docierają niemal jednocześnie, wewnętrzny tłoczek przesuwa się, zamykając port odpowietrzania i łącząc ścieżkę dopływu powietrza ze ścieżką wyjściową. Ten sygnał wyjściowy pilotujący przekazywany jest do portu pilotowego głównego zaworu sterującego 5/2-drożnego, powodując przesunięcie tłoczka i wysunięcie cylindra pneumatycznego w celu wykonania operacji zaciskania lub dociskania.
• Faza 3: Opóźnione lub nieudane naciśnięcie przycisków. Jeśli operator spróbuje obejść system bezpieczeństwa, przyklejając taśmą lub blokując jeden z przycisków, a następnie naciśnie drugi przycisk w późniejszym czasie, blok bezpieczeństwa wykryje rozbieżność czasową. Gdy pierwszy przycisk jest przytrzymywany, ciśnienie dopływa do jednego z portów wejściowych, powodując przesunięcie wewnętrznego zaworu bezpieczeństwa do pozycji zablokowanego odpływu. Gdy naciśnięty zostanie drugi przycisk, powietrze dopływające do drugiego portu wejściowego jest natychmiast odprowadzane przez odpływ bloku bezpieczeństwa. Sygnał sterujący nie jest generowany, a cylinder pozostaje bezpiecznie w pozycji zwiniętej (wciągniętej). Aby zresetować blok bezpieczeństwa, oba przyciski muszą zostać całkowicie zwolnione.
• Faza 4: Zwolnienie i powrót. Po zakończeniu cyklu roboczego operator zwalnia oba przyciski. Dopływ powietrza do bloku bezpieczeństwa jest przerwany i odprowadzany z powrotem przez odpływ normally closed (NC) przycisków. Sygnał wyjściowy bloku bezpieczeństwa natychmiast znika, co umożliwia zaworowi głównemu o 5/2 drogach powrót do pozycji domyślnej, zapewniając bezpieczne zwinięcie (wciągnięcie) cylindra.

Najlepsze praktyki projektowania mechanicznego dla integratorów systemów

Aby zapewnić, że obwód bezpieczeństwa nie może zostać fizycznie obejście, integratorzy systemów powinni przestrzegać następujących zasad projektowania mechanicznego:

• Odległość fizyczna: Zgodnie z przepisami dotyczącymi bezpieczeństwa dwa ręczne przyciski muszą być zamontowane w odległości co najmniej 260 mm od siebie (od środka do środka). Zapobiega to sytuacji, w której operator mógłby nacisnąć oba przyciski jedną ręką lub jedną ręką i łokciem tej samej ręki.
• Osłony ochronne: Każdy przycisk musi być zamknięty w osłonie ochronnej lub obudowie. Zapobiega to przypadkowemu włączeniu przez spadający narzędzie, przypadkowego pracownika przechodzącego obok lub operatora opierającego się ciałem na panelu sterowania.
• Obliczanie bezpiecznej odległości: Stacja sterowania musi być umieszczona w obliczonej bezpiecznej odległości od strefy zagrożenia. Odległość ta jest określana na podstawie czasu zatrzymania cylindra pneumatycznego. Operator nie może zwolnić przycisków i sięgnąć do wnętrza maszyny zanim cylinder zakończy niebezpieczny ruch.
• Mocne przewody pneumatyczne: należy stosować sztywne lub silnie ochronione przewody między przyciskami i blokiem sterowania bezpieczeństwa, aby zapobiec ich zgnieceniu lub zwichrzeniu, które mogłoby naśladować ciągły sygnał pilotujący.

Standardyzacja rozwiązań pneumatycznych AIRWORK do zastosowań związanych z bezpieczeństwem

Dzięki zakupowi dwukrotnych zaworów pneumatycznych oraz zintegrowanych bloków bezpieczeństwa do obsługi obu rąk od AIRWORK producenci maszyn OEM oraz dystrybutorzy przemysłowi mogą zagwarantować niezawodną pracę urządzeń. Zawory bezpieczeństwa AIRWORK są projektowane z tłoczyskami o niskim współczynniku tarcia oraz wytrzymałymi sprężynami powrotnymi, co zapewnia miliony cykli bezawaryjnej pracy w zakresie bezpieczeństwa, nawet w trudnych warunkach produkcyjnych.

Pełne pliki CAD, karty danych technicznych oraz niestandardowe układy kolektorów są dostępne na stronie jzpnu.com lub można skontaktować się z naszym zespołem inżynierów aplikacyjnych w celu omówienia konkretnych wymagań dotyczących bezpieczeństwa maszyn.