Вопрос: Как спроектировать «двухручную систему управления безопасностью» с использованием двух пневматических клапанов для защиты оператора?

Ответ: Для проектирования эффективной двухручной системы управления безопасностью пневматическая цепь инженеры должны использовать два отдельных 3/2-ходовых нормально закрытых ручных кнопочных клапана, подключенных к специализированному пневматическому блоку управления двухручной безопасностью, который выполняет функцию самоконтролируемого логического элемента И. Согласно международным стандартам безопасности, таким как EN 574 и ISO 13851, цепь должна требовать одновременного нажатия оператором обоих кнопочных клапанов в строго ограниченное время — 0,5 секунды. Если нажата только одна кнопка или если кнопки нажимаются последовательно с превышением допустимой задержки, блок управления безопасностью должен заблокировать управляющий пневматический сигнал и безопасно стравить любое оставшееся давление. Это предотвращает обход системы безопасности путем фиксации одной из кнопок (например, при помощи верёвки или клейкой ленты), обеспечивая тем самым, что обе руки оператора заняты и находятся в безопасной зоне вне опасных зон защемления, например, в пневматических прессах, штампах высокой силы или тяжёлых зажимных приспособлениях во время рабочего цикла высокого давления.

Введение: Философия защиты оператора в пневматических системах

В современном промышленном производстве безопасность оператора является главной инженерной задачей. Пневматические исполнительные устройства способны создавать огромные усилия и обеспечивать быстрое перемещение, что представляет серьёзную угрозу травмирования — раздавливания или ампутации — в случае попадания рук оператора в рабочую зону машины. Системы управления безопасностью с использованием обеих рук являются стандартным инженерным решением, применяемым для устранения этой угрозы.

Заставляя оператора использовать обе руки для запуска и поддержания цикла работы машины, такая система физически гарантирует, что руки оператора не могут находиться в зоне опасности во время движения вниз, зажима или резки. Будучи ведущим производителем тяжёлых промышленных пневматических компонентов, AIRWORK предоставляет проектировщикам автоматизированных систем и системным интеграторам надёжные клапаны, блоки безопасности и схемы подключения, необходимые для реализации прочных, соответствующих нормативным требованиям и экономически эффективных систем управления безопасностью с использованием обеих рук.

Международные стандарты безопасности и соответствие требованиям

При проектировании системы управления двумя руками инженеры должны соблюдать признанные международные стандарты, в первую очередь ISO 13851 (который заменил EN 574). Эти стандарты классифицируют системы управления двумя руками по типам в зависимости от их уровня целостности безопасности:

• Тип I: Требует наличия двух ручных приводов, но не предусматривает одновременное нажатие или контроль против обхода. Не подходит для оборудования с высоким уровнем риска.
• Тип II: Требует, чтобы оба ручных привода были отпущены перед началом следующего цикла, но не требует одновременного нажатия.
• Тип III: Наивысший уровень безопасности. Этот тип требует одновременного нажатия. Обе кнопки должны быть нажаты в течение интервала времени 500 миллисекунд (0,5 секунды). Если это условие не выполняется, система не активируется. Системы типа III дополнительно подразделяются на типы III A, III B и III C в зависимости от степени резервирования и возможностей контроля пневматических управляющих элементов.

Для наиболее опасных пневматических применений, таких как прессы или зажимные станции, безопасностная схема типа III является отраслевым стандартом. Ручное проектирование такой системы с использованием стандартных логических клапанов чрезвычайно сложно и подвержено сбоям, поэтому предпочтительным решением являются интегрированные блоки безопасности.

Основные компоненты двухклапанной безопасностной схемы

Для построения соответствующей требованиям и надежной схемы управления безопасностью с двумя руками потребуются следующие основные компоненты AIRWORK:

• Два 3/2-ходовых клапана с кнопочным управлением: они должны управляться вручную, возвращаться в исходное положение под действием пружины и быть нормально закрытыми (NC). Кнопки должны быть физически разделены и защищены кожухами, чтобы предотвратить случайное срабатывание одной рукой, локтем или тяжелым предметом.
• Блок управления безопасностью AIRWORK с двухручным управлением: это «мозг» контура безопасности. Он оснащён двумя входными пилотными портами и одним выходным сигнальным портом. Внутри находится специализированная сборка из скользящего поршня и диафрагмы, предназначенная для контроля нарастания давления на обоих входах. Пневматический пилотный сигнал выдаётся только в том случае, если оба входа подаются под давлением в течение 0,5 секунды друг за другом.
• Пятиходовой двухпилотный распределитель 5/2 Управляющий клапан : Этот клапан управляет основным двухсторонним цилиндром. Для переключения в положение рабочего хода он требует пилотного сигнала от блока безопасности.
• Двухсторонний пневматический цилиндр: исполнительный механизм, выполняющий работу с высоким усилием; оснащён соответствующими регуляторами скорости и датчиками контроля хода.
• Аварийная кнопка останова и клапаны сброса давления: необходимы для депрессуризации системы при отключении питания или в аварийных ситуациях.

Пошаговое проектирование контура и логика работы

Понимание точной механической логики двухкнопочной схемы управления имеет решающее значение для интеграции системы. Система функционирует в четырёх различных фазах:

• Фаза 1: Состояние ожидания. В исходном положении обе кнопки отпущены. Подача входного воздуха перекрыта на клапанах кнопок. Блок двухкнопочного безопасного управления не получает давление на своих входных портах, а его выходной порт соединён с атмосферой через выпуск. Основной управляющий клапан типа 5/2 остаётся в исходном положении, обеспечивая полное втягивание штока цилиндра.
• Этап 2: Одновременное срабатывание. Оператор нажимает обе кнопки в течение 0,5 секунды. Сжатый воздух поступает от кнопок в два входных порта блока управления безопасности AIRWORK. Поскольку давление поступает практически одновременно, внутренний золотник смещается, перекрывая выпуск и соединяя входной воздушный канал с выходным портом. Этот выходной управляющий сигнал поступает на управляющий порт основного 5/2-ходового клапана управления, вызывая смещение его золотника и выдвижение пневмоцилиндра для выполнения операции зажима или прессования.
• Этап 3: Задержанный или недействительный нажим. Если оператор попытается обойти систему безопасности, закрепив лентой или зафиксировав в нажатом положении одну кнопку, а затем нажмет вторую кнопку с задержкой, блок безопасности обнаружит нарушение временной последовательности. При удержании первой кнопки давление поступает в один входной порт, смещая внутренний безопасностной золотник в заблокированное положение с отводом воздуха. При нажатии второй кнопки воздух, поступающий во второй входной порт, немедленно сбрасывается через выпускной канал блока безопасности. Управляющий сигнал не формируется, и цилиндр остается в безопасном убранном положении. Для сброса блока безопасности обе кнопки должны быть полностью отпущены.
• Этап 4: Отпускание и возврат. После завершения рабочего цикла оператор отпускает обе кнопки. Подача сжатого воздуха на блок безопасности прекращается и сбрасывается через выпускной канал нормально закрытых (NC) кнопок. Выходной сигнал блока безопасности сразу же исчезает, что позволяет основному направляющему клапану 5/2 прохода вернуться в исходное положение, обеспечивая безопасное убирание цилиндра.

Рекомендации по механическому проектированию для системных интеграторов

Чтобы гарантировать, что цепь безопасности физически невозможно обойти, системные интеграторы должны соблюдать следующие правила механического проектирования:

• Физическое расстояние: Согласно требованиям по безопасности, две ручные кнопки должны быть установлены на расстоянии не менее 260 мм друг от друга (расстояние между центрами). Это предотвращает одновременное нажатие обеих кнопок одной рукой или одной рукой и локтем той же руки оператора.
• Защитные кожухи: Каждая кнопка должна быть заключена в защитный кожух или корпус. Это предотвращает случайное срабатывание при падении инструмента, при прохождении рабочего мимо или при опирании оператора телом на панель управления.
• Расчёт безопасного расстояния: Пульт управления должен быть установлен на рассчитанном безопасном расстоянии от зоны опасности. Это расстояние определяется временем остановки пневмоцилиндра. Оператор не должен иметь возможности отпустить кнопки и просунуть руку в машину до полной остановки опасного движения цилиндра.
• Тяжелые трубопроводы: используйте жесткие или высоко защищенные трубки между кнопками и блоком управления системой безопасности, чтобы предотвратить их зажимание или перегиб, которые могут имитировать непрерывный пилотный сигнал.

Стандартизация на пневматических компонентах безопасности AIRWORK

Поставляя двойные пневматические клапаны и интегрированные двухкнопочные блоки безопасности от AIRWORK, производители станков-изготовителей оборудования (OEM) и промышленные дистрибьюторы могут гарантировать высоконадежную работу. Клапаны безопасности AIRWORK разработаны с использованием штоков с низким коэффициентом трения и прочных возвратных пружин, что обеспечивает миллионы безотказных циклов работы системы безопасности даже в суровых производственных условиях.

Полные CAD-файлы, технические паспорты и индивидуальные схемы коллекторов доступны на сайте jzpnu.com или свяжитесь с нашей группой инженерных приложений, чтобы обсудить ваши конкретные требования к безопасности оборудования.