Kuri pneumatinės saugos sistemos konstrukcija padeda išvengti 98% rimtų sužalojimų, kai standartiniai sprendimai neveikia?

Kiekvienas saugos inžinierius, su kuriuo konsultuojuosi, susiduria su tuo pačiu iššūkiu: standartinės pneumatinės saugos sistemos dažnai neužtikrina tinkamos apsaugos didelės rizikos srityse. Tikriausiai esate patyrę nerimą dėl vos neįvykusių nelaimingų atsitikimų, nusivylimą dėl gamybos vėlavimų, susijusių su nepatogiais suveikimais, arba dar blogiau - tikro saugos incidento sukeltus nuostolius, nepaisant to, kad įdiegtos "reikalavimus atitinkančios" sistemos. Dėl šių trūkumų darbuotojai tampa pažeidžiami, o įmonėms gresia didelė atsakomybė.

Veiksmingiausia pneumatinė saugos sistema sujungia greito reagavimo į avarines situacijas uždaromieji vožtuvai (iki 50 ms), tinkamai suprojektuotas SIL-rated¹ saugos grandinės su dubliavimo funkcija ir patvirtinti dvigubo slėgio užraktai. Toks visapusiškas požiūris paprastai 96-99% sumažina sunkių sužalojimų riziką, palyginti su pagrindinėmis į atitiktį orientuotomis sistemomis.

Praėjusį mėnesį dirbau su Ontarijo gamybos įmone, kuri patyrė rimtą traumą, kai standartinė pneumatinė saugos sistema nesugebėjo užkirsti kelio netikėtam judesiui techninės priežiūros metu. Įdiegę mūsų visapusišką saugos metodą, jie ne tik pašalino saugos incidentus, bet ir iš tikrųjų 14% padidino našumą dėl sumažėjusio prastovų laiko dėl nemalonių suveikimų ir patobulintų prieigos prie techninės priežiūros procedūrų.

Turinys

• Avarinio stabdymo vožtuvo reakcijos laiko standartai
• SIL lygio saugos grandinės projektavimo specifikacijos
• Dvigubo slėgio fiksavimo mechanizmo patvirtinimo procesas
• Išvada
• DUK apie pneumatines saugos sistemas

Kokio reakcijos laiko iš tikrųjų reikia avariniams stabdymo vožtuvams, kad būtų išvengta sužalojimų?

Daugelis saugos inžinierių avarinius stabdymo vožtuvus renkasi pirmiausia atsižvelgdami į srauto pralaidumą ir kainą, tačiau neatsižvelgia į itin svarbų veiksnį - reakcijos laiką. Ši klaida gali turėti katastrofiškų pasekmių, kai milisekundės lemia skirtumą tarp vos neįvykusio nelaimingo atsitikimo ir sunkaus sužalojimo.

Veiksmingi pneumatinių sistemų avarinio stabdymo vožtuvai turi visiškai užsidaryti per 15-50 ms, priklausomai nuo taikymo rizikos lygio, išlaikyti pastovų veikimą per visą eksploatavimo laiką ir turėti stebėjimo galimybes, kad būtų galima nustatyti gedimus. Patikimiausiose konstrukcijose naudojami dvigubi elektromagnetai su dinamiškai stebima ritės padėtimi ir gedimams atsparia valdymo architektūra.

Išsamūs avarinių uždaromųjų vožtuvų reakcijos laiko standartai

Išanalizavęs šimtus pneumatinių saugos incidentų ir atlikęs išsamius bandymus, parengiau šiuos konkrečioms taikymo sritims taikomus reagavimo laiko standartus:

Rizikos kategorija	Reikalaujamas atsako laikas	Vožtuvų technologija	Stebėsenos reikalavimai	Testavimo dažnumas	Tipinės programos
Ekstremali rizika	10-15 ms	Dinamiškai stebimas, dvigubas solenoidas	Nepertraukiamas ciklo stebėjimas, gedimų nustatymas	Mėnesinis	Greitaeigiai presai, robotizuotos darbo kameros, automatizuotas pjaustymas
Didelė rizika	15-30 ms	Dinamiškai stebimas, dvigubas solenoidas	Pozicijos grįžtamasis ryšys, gedimų aptikimas	Kas ketvirtį	Medžiagų tvarkymo įranga, automatizuotas surinkimas, pakavimo mašinos
Vidutinė rizika	30-50 ms	Statiškai stebimas, dvigubas solenoidas	Grįžtamasis ryšys apie padėtį	Kas pusmetį	Konvejerių sistemos, paprastas automatizavimas, medžiagų apdorojimas
Maža rizika	50-100 ms	Vienas solenoidas su spyruokliniu grįžimu	Pagrindinis padėties grįžtamasis ryšys	Kasmet	Nepavojingi taikymai, paprasti įrankiai, pagalbinės sistemos

Reakcijos laiko matavimo ir patvirtinimo metodika

Norėdami tinkamai patvirtinti avarinio stabdymo vožtuvo veikimą, vadovaukitės šiuo išsamiu bandymų protokolu:

1 etapas: pradinis reakcijos laiko apibūdinimas

Nustatykite bazinį našumą atlikdami griežtus bandymus:

• Elektrinis signalas į pradinį judesį
    Išmatuokite uždelsimą nuo elektros įtampos atjungimo iki pirmojo apčiuopiamo vožtuvo judesio:
    - Naudokite didelės spartos duomenų gavimą (mažiausiai 1 kHz mėginių ėmimas)
    - Bandymas esant minimaliai, nominaliai ir maksimaliai maitinimo įtampai
    - Pakartokite matavimus esant mažiausiam, vardiniam ir didžiausiam darbiniam slėgiui
    - Atlikite mažiausiai 10 ciklų, kad nustatytumėte statistinį pagrįstumą
    - Apskaičiuokite vidutinį ir maksimalų atsako laiką

• Viso kelionės laiko matavimas
    Nustatykite laiką, reikalingą visiškam vožtuvo uždarymui:
    - Naudokite srauto jutiklius, kad nustatytumėte visišką srauto nutrūkimą
    - Išmatuokite slėgio mažėjimo kreives už vožtuvo
    - Apskaičiuokite efektyvų uždarymo laiką pagal srauto sumažėjimą
    - Bandymas įvairiomis srauto sąlygomis (25%, 50%, 75%, 100% vardinio srauto)
    - Dokumentuokite blogiausią reagavimo scenarijų

• Sistemos atsako patvirtinimas
    Įvertinkite visą saugos funkcijos veikimą:
    - Matuokite laiką nuo suveikimo įvykio iki pavojingo judesio nutraukimo
    - Įtraukti visus sistemos komponentus (jutiklius, valdiklius, vožtuvus, pavaros).
    - Bandymas realiomis apkrovos sąlygomis
    - Dokumentuoti bendrą saugos funkcijos reakcijos laiką
    - Palyginti su apskaičiuotais saugaus atstumo reikalavimais

2 etapas: aplinkos ir būklės bandymai

Patikrinkite veikimą visame darbiniame apvalkale:

• Temperatūros poveikio analizė
    Bandymo reakcijos laikas visame temperatūrų diapazone:
    - Šalto paleidimo charakteristikos (minimali vardinė temperatūra)
    - Darbas aukštoje temperatūroje (didžiausia vardinė temperatūra)
    - Dinaminiai temperatūros pokyčių scenarijai
    - Šiluminio ciklo poveikis atsako nuoseklumui

• Tiekimo kitimo testavimas
    Įvertinkite veikimą ne idealiomis tiekimo sąlygomis:
    - Sumažintas tiekimo slėgis (mažiausias nurodytas -10%)
    - Padidėjęs tiekimo slėgis (didžiausias nurodytas +10%)
    - Slėgio svyravimai darbo metu
    - Užterštas tiekiamas oras (įveskite kontroliuojamą užterštumą)
    - Įtampos svyravimai (±10% nuo nominaliosios)

• Ištvermės našumo vertinimas
    Patikrinkite ilgalaikį atsako nuoseklumą:
    - Pradinis reakcijos laiko matavimas
    - Pagreitintas gyvavimo ciklas (ne mažiau kaip 100 000 ciklų)
    - Periodinis reakcijos laiko matavimas važiuojant dviračiu
    - Galutinis atsako laiko patikrinimas
    - Atsakymo laiko dreifo statistinė analizė

3 etapas: gedimo režimo bandymas

Įvertinkite veikimą numatomomis gedimo sąlygomis:

• Dalinio gedimo scenarijaus testavimas
    Įvertinkite reakciją komponentų irimo metu:
    - Imituojamas solenoido degradacijos procesas (sumažėjusi galia)
    - Dalinė mechaninė obstrukcija
    - Didesnė trintis dėl kontroliuojamo užterštumo
    - Mažesnė spyruoklės jėga (jei taikoma)
    - Jutiklio gedimo modeliavimas

• Bendrosios priežasties gedimų analizė
    Patikrinkite atsparumą sisteminiams gedimams:
    - Elektros energijos tiekimo trikdžiai
    - Slėgio tiekimo pertrūkiai
    - Ekstremalios aplinkos sąlygos
    - EMC/EMI trikdžių bandymai
    - Vibracijos ir smūgių bandymai

Atvejo analizė: Metalo štampavimo operacijos saugos atnaujinimas

Pensilvanijoje esančioje metalo štampavimo įmonėje įvyko vos ne nelaimingas atsitikimas, kai pneumatinio preso saugos sistema nesugebėjo pakankamai greitai sureaguoti avarinio stabdymo metu. Išmatuotas esamo vožtuvo reakcijos laikas buvo 85 ms, todėl, suveikus šviesos uždangai, presas galėjo judėti dar 38 mm.

Atlikome išsamų saugos vertinimą:

Pradinė sistemos analizė

• Spaudos uždarymo greitis: 450 mm per sekundę
• Esamo vožtuvo reakcijos laikas: 85 ms
• Bendras sistemos atsako laikas: 115 ms
• Judėjimas po aptikimo: 51,75 mm
• Reikalaujamas saugaus stabdymo efektyvumas: <10 mm judėjimas

Sprendimų įgyvendinimas

Rekomendavome ir įgyvendinome šiuos patobulinimus:

Komponentas	Originali specifikacija	Atnaujinta specifikacija	Veiklos tobulinimas
Avarinis stabdymo vožtuvas	Vienas solenoidas, 85 ms atsakas	Dvigubas stebimas solenoidas, 12 ms atsakas	85.9% greitesnis atsakas
Valdymo architektūra	Pagrindinė relių logika	Saugos PLC su diagnostika	Patobulinta stebėsena ir atleidimas iš darbo
Įrengimo padėtis	Nutolęs nuo pavaros	Tiesioginis montavimas prie cilindro	Sumažintas pneumatinės transmisijos vėlavimas
Išmetimo pajėgumas	Standartinis duslintuvas	Didelio srauto greitasis išmetimas	3,2 karto greitesnis slėgio išleidimas
Stebėsenos sistema	Nėra	Dinaminis vožtuvo padėties stebėjimas	Gedimų aptikimas realiuoju laiku

Patvirtinimo rezultatai

Įdiegus sistemą pasiekta:

• Vožtuvo reakcijos laikas: 12 ms (85,9% pagerėjimas)
• Bendras sistemos atsako laikas: 28 ms (75,7% pagerėjimas)
• Judėjimas po aptikimo: 12,6 mm (75,7% patobulinimas)
• Sistema dabar atitinka ISO 13855² saugaus atstumo reikalavimai
• Papildoma nauda: dėl patobulintos diagnostikos sumažėjo 22% trikdžių.

Geriausia įgyvendinimo praktika

Optimaliam avarinio stabdymo vožtuvo veikimui užtikrinti:

Vožtuvų atrankos kriterijai

Sutelkite dėmesį į šias svarbiausias specifikacijas:

• Patikrinti reagavimo laiko dokumentai (ne tik katalogo teiginiai)
• B10d vertė³ arba MTTFd įvertinimas, atitinkantis reikalaujamą našumo lygį
• Dinaminio vožtuvo padėties stebėjimo galimybė
• Rizikos lygį atitinkanti gedimų tolerancija
• Srauto pajėgumas su pakankama saugos atsarga (mažiausiai 20%)

Įrengimo gairės

Optimizuokite diegimą, kad reaguotumėte greičiausiai:

• Nustatykite vožtuvus kuo arčiau pavaros
• Dydis tiekimo linijų, kad būtų kuo mažesnis slėgio kritimas
• Maksimaliai padidinkite išmetimo pajėgumą su minimaliu apribojimu
• Įdiegti greito išmetimo vožtuvai dideliems cilindrams
• Užtikrinkite, kad elektros jungtys atitiktų reikalaujamą reakcijos laiką

Techninės priežiūros ir bandymų protokolas

Nustatykite griežtą nuolatinį patvirtinimą:

• Dokumentuoti bazinį atsako laiką įvedimo į eksploataciją metu
• Įgyvendinti reguliarų reagavimo laiko testavimą atitinkamais rizikos intervalais
• Nustatykite didžiausią priimtiną atsako laiko pablogėjimą (paprastai 20%)
• Sukurti aiškius vožtuvų keitimo ar atnaujinimo kriterijus
• Testavimo įrašų tvarkymas, kad būtų galima parengti atitikties dokumentus

Kaip suprojektuoti pneumatines saugos grandines, kurios iš tikrųjų atitinka SIL reitingą?

Daugelio pneumatinių saugos grandinių SIL reitingai yra nurodyti popieriuje, tačiau realiomis sąlygomis jos neužtikrina šių parametrų dėl projektavimo klaidos, netinkamo komponentų parinkimo arba netinkamo patvirtinimo.

Norint užtikrinti veiksmingą SIL lygio pneumatinių saugos grandinių veikimą, reikia sistemingai parinkti komponentus, remiantis patikimumo duomenimis, pasirinkti reikiamą SIL lygį atitinkančią architektūrą, atlikti išsamią gedimo režimo analizę ir taikyti patvirtintas patikros bandymų procedūras. Patikimiausiose konstrukcijose yra įvairus atleidimas, automatinė diagnostika ir nustatyti patikros bandymų intervalai, pagrįsti apskaičiuotais PFDavg⁴ vertės.

Visapusiška SIL projektavimo sistema pneumatinėms saugos grandinėms

Įdiegęs šimtus SIL įvertintų pneumatinių saugos sistemų, sukūriau šį struktūrizuotą projektavimo metodą:

SIL lygis	Reikalinga PFDavg	Tipinė architektūra	Diagnostikos aprėptis	Įrodymo bandymo intervalas	Komponentų reikalavimai
SIL 1	Nuo 10-¹ iki 10-²	1oo1 su diagnostika	>60%	1-3 metai	Pagrindiniai patikimumo duomenys, vidutinė MTTF
SIL 2	10-² į 10-³	1oo2 arba 2oo3	>90%	6 mėnesiai - 1 metai	Sertifikuoti komponentai, didelis MTTF, gedimų duomenys
SIL 3	10-³ iki 10-⁴	2oo3 arba geresnis	>99%	1-6 mėnesiai	SIL 3 sertifikatas, išsamūs gedimų duomenys, įvairios technologijos
SIL 4	nuo 10-⁴ iki 10-⁵	Keletas įvairių atleidimų	>99,9%	<1 mėnuo	Specializuoti komponentai, išbandyti panašiose srityse

Pneumatinių sistemų struktūrinio SIL projektavimo metodika

Norėdami tinkamai suprojektuoti SIL įvertintas pneumatines saugos grandines, vadovaukitės šia išsamia metodika:

1 etapas: saugos funkcijos apibrėžimas

Pradėkite nuo tikslaus saugos reikalavimų apibrėžimo:

• Funkcinių reikalavimų specifikacija
    Tiksliai dokumentuoti, ką saugos funkcija turi atlikti:
    - Konkretūs pavojai, kurių riziką siekiama sumažinti
    - Reikalaujamas atsako laikas
    - Saugios būsenos apibrėžtis
    - Veikimo režimai
    - Rankinio atstatymo reikalavimai
    - Integracija su kitomis saugos funkcijomis

• SIL tikslo nustatymas
    Nustatykite reikalaujamą saugos vientisumo lygį:
    - Atlikti rizikos vertinimą pagal IEC 61508/62061 arba ISO 13849
    - Nustatyti reikiamą rizikos mažinimą
    - Apskaičiuokite tikslinę gedimo tikimybę
    - Priskirti tinkamą SIL tikslą
    - Dokumentuoti SIL pasirinkimo pagrindimą

• Veiklos kriterijų apibrėžtis
    Nustatykite išmatuojamus veiklos reikalavimus:
    - Didžiausia leistina pavojingo gedimo tikimybė
    - Reikalinga diagnostikos aprėptis
    - Minimalus techninės įrangos atsparumas gedimams
    - Sisteminiai pajėgumų reikalavimai
    - Aplinkos sąlygos
    - Misijos laikas ir patikros bandymų intervalai

2 etapas: architektūros projektavimas

Sukurti sistemos architektūrą, kuri gali užtikrinti reikiamą SIL:

• Posistemių skaidymas
    Suskaidykite saugos funkciją į lengvai valdomus elementus:
    - Įvesties įtaisai (pvz., avariniai stabdžiai, slėgio jungikliai)
    - Loginiai sprendikliai (saugos relės, saugos PLC)
    - Galutiniai elementai (vožtuvai, užraktai)
    - Posistemių sąsajos
    - Stebėsenos ir diagnostikos elementai

• Atleidimo iš darbo strategijos kūrimas
    Suprojektuokite tinkamą atleidimą, remdamiesi SIL reikalavimais:
    - Komponentų perteklius (lygiagretus arba nuoseklus išdėstymas)
    - Įvairios technologijos, padedančios išvengti gedimų dėl bendrų priežasčių
    - Balsavimo tvarka (1oo1, 1oo2, 2oo2, 2oo3 ir t. t.)
    - Nepriklausomybė tarp perteklinių kanalų
    - Bendrosios gedimo priežasties mažinimas

• Diagnostikos sistemos projektavimas
    Sukurti išsamią diagnostiką, tinkamą SIL:
    - Automatinės diagnostikos testai ir dažnis
    - Gedimų aptikimo galimybės
    - Diagnostinės aprėpties apskaičiavimas
    - Reagavimas į aptiktus gedimus
    - Diagnostikos indikatoriai ir sąsajos

3 etapas: komponentų atranka

Pasirinkite komponentus, kurie palaiko reikiamą SIL:

• Patikimumo duomenų rinkimas
    Surinkite išsamią informaciją apie patikimumą:
    - Duomenys apie gedimų dažnį (aptiktas pavojingas, neaptiktas pavojingas)
    - Pneumatinių komponentų B10d vertės
    - SFF (saugios gedimo dalies) vertės
    - Ankstesnė darbo patirtis
    - Gamintojo patikimumo duomenys
    - Komponentų SIL sertifikavimo lygis

• Komponentų vertinimas ir atranka
    Įvertinkite komponentus pagal SIL reikalavimus:
    - Patikrinti SIL pajėgumo sertifikavimą
    - Įvertinti sisteminį pajėgumą
    - Patikrinkite aplinkos tinkamumą
    - Patvirtinkite diagnostikos galimybes
    - Patikrinkite suderinamumą su architektūra
    - Įvertinti bendros priežasties pažeidžiamumą

• Gedimo režimo analizė
    Atlikite išsamų gedimo būdo vertinimą:
    - FMEDA (gedimų režimų, poveikio ir diagnostikos analizė)
    - Visų svarbių gedimo būdų nustatymas
    - gedimų klasifikavimas (saugūs, pavojingi, aptikti, neaptikti)
    - Bendrųjų priežasčių gedimų analizė
    - Nusidėvėjimo mechanizmai ir misijos trukmė

4 etapas: tikrinimas ir patvirtinimas

Patikrinkite, ar projektas atitinka SIL reikalavimus:

• Kiekybinė analizė
    Apskaičiuokite saugos rodiklius:
    - PFDavg (vidutinė gedimo tikimybė pagal poreikį)
    - HFT (aparatinės įrangos atsparumas gedimams)
    - SFF (saugi gedimo dalis)
    - Diagnostikos aprėpties procentinė dalis
    - Bendroji gedimo priežastis
    - Bendras SIL pasiekimų patikrinimas

• Įrodomųjų bandymų procedūros kūrimas
    Sukurkite išsamius bandymų protokolus:
    - Išsamūs kiekvieno komponento bandymo etapai
    - Reikalinga bandymo įranga ir sąranka
    - Įskaitymo/neįskaitymo kriterijai
    - Bandymų dažnio nustatymas
    - Dokumentų reikalavimai
    - Kai taikoma, dalinio insulto bandymas

• Dokumentacijos paketo kūrimas
    parengti išsamius saugos dokumentus:
    - Saugos reikalavimų specifikacija
    - Projekto skaičiavimai ir analizė
    - Komponentų duomenų lapai ir sertifikatai
    - Įrodomųjų bandymų procedūros
    - Priežiūros reikalavimai
    - Pakeitimų kontrolės procedūros

Atvejo analizė: Cheminio perdirbimo saugos sistema

Teksase esančioje cheminių medžiagų perdirbimo įmonėje reikėjo įdiegti SIL 2 klasės pneumatinę saugos sistemą, skirtą reaktoriaus avarinio išjungimo funkcijai. Saugos funkcija turėjo užtikrinti patikimą pneumatinių pavarų, valdančių svarbiausius proceso vožtuvus, slėgio sumažėjimą per 2 sekundes nuo avarinės būklės.

Suprojektavome išsamią SIL 2 pneumatinės saugos grandinę:

Saugos funkcijos apibrėžtis

• Funkcija: Pneumatinių vožtuvų pavaros avarinis slėgio sumažinimas
• Saugi būsena: Visi proceso vožtuvai yra saugioje padėtyje
• Reakcijos laikas: <2 sekundės iki visiško slėgio sumažinimo
• SIL tikslas: SIL 2 (PFDavg nuo 10-² iki 10-³)
• Misijos laikas: 15 metų, periodiškai atliekant bandymus

Architektūros projektavimas ir komponentų parinkimas

Posistemė	Architektūra	Pasirinkti komponentai	Patikimumo duomenys	Diagnostikos aprėptis
Įvesties įrenginiai	1oo2	Dvigubi slėgio siųstuvai su palyginimu	λDU = 2,3×10-⁷/val.	92%
Loginis sprendiklis	1oo2D	Saugos PLC su pneumatiniais išvesties moduliais	λDU = 5,1×10-⁸/val.	99%
Galutiniai elementai	1oo2	Dvigubi stebimi apsauginiai išmetimo vožtuvai	B10d = 2,5×10⁶ ciklų	95%
Pneumatinis tiekimas	Serijos atleidimas iš darbo	Dvigubi slėgio reguliatoriai su stebėjimo funkcija	λDU = 3,4×10-⁷/val.	85%

Patikrinimo rezultatai

• Apskaičiuotas PFDavg: 8,7×10-³ (pagal SIL 2 intervalą)
• Techninės įrangos atsparumas gedimams: HFT = 1 (atitinka SIL 2 reikalavimus)
• Saugi gedimo dalis: SFF = 94% (viršija SIL 2 minimumą).
• Bendrosios priežasties veiksnys: β = 2% (pasirinkus įvairias sudedamąsias dalis)
• Patikrinimo bandymo intervalas: 6 mėnesiai (pagal PFDavg apskaičiavimą)
• Sisteminiai gebėjimai: SC 2 (visi komponentai turi SC 2 arba aukštesnį lygį)

Įgyvendinimo rezultatai

Įgyvendinus ir patvirtinus:

• Sistema sėkmingai praėjo trečiosios šalies SIL patikrą
• Bandomieji bandymai patvirtino apskaičiuotą našumą
• Įgyvendintas dalinio insulto testavimas mėnesiniam patvirtinimui
• Dokumentuotos ir patvirtintos visos bandymų procedūros
• Techninės priežiūros personalas yra išsamiai apmokytas sistemos veikimo ir testavimo.
• Per 3 metus sistema sėkmingai atliko 12 avarinių išjungimų.

Geriausia įgyvendinimo praktika

Sėkmingam SIL įvertintos pneumatinės saugos grandinės įgyvendinimui:

Projektavimo dokumentų reikalavimai

Tvarkykite išsamius projektavimo įrašus:

• Saugos reikalavimų specifikacija su aiškiu SIL tikslu
• Patikimumo blokų diagramos su architektūros detalėmis
• Komponentų pasirinkimo pagrindimas ir duomenų lapai
• Gedimų dažnio skaičiavimai ir prielaidos
• Bendrųjų priežasčių gedimų analizė
• Galutiniai SIL patikros skaičiavimai

Dažniausiai pasitaikantys spąstai, kurių reikia vengti

Atkreipkite dėmesį į šias dažnai pasitaikančias projektavimo klaidas:

• Nepakankamas aparatinės įrangos atsparumas gedimams SIL lygiui
• Nepakankama architektūros diagnostikos aprėptis
• Bendrųjų priežasčių gedimų ignoravimas
• Netinkami įrodomųjų bandymų intervalai
• Trūksta sistemingo pajėgumų vertinimo
• Netinkamas aplinkos būklės įvertinimas
• Nepakankami dokumentai SIL patikrai atlikti

Priežiūra ir pokyčių valdymas

Nustatykite griežtus nuolatinius procesus:

• Dokumentuotos įrodomųjų bandymų procedūros su aiškiais teigiamo ir neigiamo rezultato kriterijais
• Griežta sudedamųjų dalių keitimo politika (panašios į panašias)
• Pakeitimų valdymo procesas, taikomas bet kokiems pakeitimams
• Gedimų stebėjimo ir analizės sistema
• Periodiškas SIL skaičiavimų atnaujinimas
• Techninės priežiūros personalo mokymo programa

Kaip patikrinti dvigubo slėgio fiksavimo mechanizmus, kad jie iš tikrųjų veiktų?

Dvigubo slėgio blokavimo mechanizmai yra labai svarbūs saugos įtaisai, kurie apsaugo pneumatines sistemas nuo netikėtų judesių, tačiau daugelis jų yra įdiegti tinkamai nepatvirtinus, todėl sukuriamas klaidingas saugumo jausmas.

Norint veiksmingai patvirtinti dvigubo slėgio blokavimo mechanizmus, reikia atlikti išsamius bandymus visomis numatomomis eksploatavimo sąlygomis, analizuoti gedimų režimus ir periodiškai tikrinti veikimą. Patikimiausiuose patvirtinimo procesuose derinami statinio slėgio išlaikymo bandymai, dinaminės apkrovos bandymai ir pagreitintas gyvavimo ciklo vertinimas, kad būtų užtikrintas pastovus veikimas per visą prietaiso eksploatavimo laikotarpį.

Visapusiška dvigubo slėgio užrakto mechanizmo patvirtinimo sistema

Įdiegęs ir patikrinęs šimtus dvigubo slėgio užraktų sistemų, sukūriau šį struktūrizuotą tikrinimo metodą:

Patvirtinimo etapas	Bandymų metodai	Priėmimo kriterijai	Dokumentų reikalavimai	Patvirtinimo dažnumas
Dizaino patvirtinimas	FEA analizė5, prototipų bandymai, gedimo būdo analizė	Nulinis judėjimas esant 150% vardinei apkrovai, saugus elgesys	Projekto skaičiavimai, bandymų ataskaitos, FMEA dokumentai	Vieną kartą per projektavimo etapą
Gamybos patvirtinimas	Apkrovos testavimas, ciklo testavimas, atsako laiko matavimas	100% užrakto įjungimas, nuoseklus veikimas	Bandymų sertifikatai, eksploataciniai duomenys, atsekamumo įrašai	Kiekviena gamybos partija
Įrengimo patvirtinimas	apkrovos testavimas vietoje, laiko patikra, integracijos testavimas	Tinkamas veikimas faktiniame taikyme	Įrengimo kontrolinis sąrašas, bandymų rezultatai, paleidimo ataskaita	Kiekvienas įrenginys
Periodinis patvirtinimas	Vizuali apžiūra, funkcinis testavimas, dalinis apkrovos testavimas	Išlaikytas našumas, neviršijantis 10% pradinės specifikacijos	Patikrinimų įrašai, bandymų rezultatai, tendencijų analizė	Remiantis rizikos vertinimu (paprastai 3-12 mėnesių)

Struktūrizuotas dvigubo slėgio fiksavimo mechanizmo patvirtinimo procesas

Norėdami tinkamai patvirtinti dvigubo slėgio užrakto mechanizmus, atlikite šį išsamų procesą:

1 etapas: dizaino patvirtinimas

Patikrinkite pagrindinę dizaino koncepciją:

• Mechaninio projektavimo analizė
    Įvertinti pagrindinius mechanikos principus:
    - Jėgos balanso skaičiavimai visomis sąlygomis
    - Kritinių komponentų įtempių analizė
    - Tolerancijos kaupimo analizė
    - Medžiagų pasirinkimo patikrinimas
    - Atsparumas korozijai ir aplinkos poveikiui

  
  
• 
  

  Gedimo būdo ir poveikio analizė
    Atlikite išsamią FMEA:
    - Nustatyti visus galimus gedimo būdus
    - Įvertinti gedimo poveikį ir kritinį svarbumą
    - Nustatyti aptikimo metodus
    - Apskaičiuoti rizikos prioriteto numerius (RPN)
    - Rengti didelės rizikos gedimų mažinimo strategijas

• Prototipo veikimo bandymas
    Patikrinkite projekto veikimą atlikdami bandymus:
    - Statinės talpos patikrinimas
    - Dinaminis įsitraukimo testavimas
    - Reakcijos laiko matavimas
    - Aplinkos sąlygų bandymai
    - Pagreitintas gyvavimo ciklo bandymas

2 etapas: gamybos patvirtinimas

Užtikrinkite nuoseklią gamybos kokybę:

• Komponentų tikrinimo protokolas
    Patikrinkite svarbiausių komponentų specifikacijas:
    - Blokavimo elementų matmenų patikra
    - Medžiagos sertifikavimo patvirtinimas
    - Paviršiaus apdailos tikrinimas
    - Terminio apdorojimo patikra, jei taikoma
    - Kritinių komponentų neardomieji bandymai

• Surinkimo patikros bandymai
    Patikrinkite, ar tinkamai surinkta ir sureguliuota:
    - Tinkamas fiksavimo elementų išlyginimas
    - Tinkama spyruoklių ir mechaninių elementų išankstinė apkrova
    - Tinkamas tvirtinimo detalių sukimo momentas
    - Tinkamas pneumatinių grandinių sandarinimas
    - Teisingas visų kintamųjų elementų reguliavimas

• Funkcinis našumo testavimas
    Prieš montuodami patikrinkite veikimą:
    - Užrakto įjungimo patikra
    - Laikymo jėgos matavimas
    - Įsitraukimo/atsitraukimo laikas
    - Pneumatinių grandinių sandarumo bandymas
    - Ciklinis testavimas (mažiausiai 1 000 ciklų)

3 etapas: įrenginio patvirtinimas

Patikrinkite veikimą faktinėje programoje:

• Įrengimo patikros kontrolinis sąrašas
    Patikrinkite tinkamas montavimo sąlygas:
    - Montavimo suderinimas ir stabilumas
    - Pneumatinio tiekimo kokybė ir slėgis
    - Valdymo signalo vientisumas
    - Aplinkos apsauga
    - Galimybė tikrinti ir atlikti techninę priežiūrą

• Integruotos sistemos testavimas
    Patikrinkite visos sistemos veikimą:
    - Sąveika su valdymo sistema
    - Reagavimas į avarinio sustojimo signalus
    - Veikimas faktinės apkrovos sąlygomis
    - Suderinamumas su darbo ciklu
    - Integracija su stebėjimo sistemomis

• Konkrečios taikomosios programos apkrovos testavimas
    Patvirtinkite veikimą realiomis sąlygomis:
    - Statinės apkrovos išlaikymo bandymas, esant maksimaliai apkrovai
    - Dinaminės apkrovos bandymas įprasto veikimo metu
    - Atsparumas vibracijai darbo sąlygomis
    - Temperatūros ciklas, jei taikoma
    - Jei reikia, teršalų poveikio tyrimas

4 etapas: periodinis patvirtinimas

Užtikrinkite nuolatinį veiklos vientisumą:

• Vizualinio patikrinimo protokolas
    Parengti išsamius vizualinius patikrinimus:
    - Išoriniai pažeidimai arba korozija
    - Skysčių nuotėkis arba užterštumas
    - Atsilaisvinusios tvirtinimo detalės arba jungtys
    - Išlyginimas ir montavimo vientisumas
    - nusidėvėjimo indikatoriai, jei taikoma

• Funkcinio testavimo procedūra
    Sukurkite neinvazinę veikimo patikrą:
    - Užrakto įjungimo patikra
    - Laikymasis esant sumažintai bandymo apkrovai
    - Laiko matavimas
    - Nuotėkio bandymas
    - Valdymo signalo atsakas

• Išsamus periodinis pakartotinis sertifikavimas
    Nustatykite pagrindinius patvirtinimo intervalus:
    - Visiškas išardymas ir patikrinimas
    - Komponentų keitimas pagal būklę
    - Visiškas apkrovos bandymas po surinkimo
    - Dokumentų atnaujinimas ir pakartotinis sertifikavimas
    - Eksploatavimo trukmės įvertinimas ir pratęsimas

Atvejo analizė: Automatizuota medžiagų tvarkymo sistema

Ilinojaus valstijoje esančiame paskirstymo centre įvyko rimtas saugos incidentas, kai sugedus pakabinamos medžiagų perkėlimo sistemos dvigubo slėgio fiksavimo mechanizmui, krovinys netikėtai nukrito. Atlikus tyrimą paaiškėjo, kad sumontavus užrakto mechanizmą, jis niekada nebuvo tinkamai patvirtintas, o jo vidinis nusidėvėjimas buvo nepastebėtas.

Sukūrėme išsamią patvirtinimo programą:

Pirminio vertinimo išvados

• Užrakto konstrukcija: Dvigubo slėgio priešpriešinio stūmoklio konstrukcija
• Darbinis slėgis: 6,5 baro nominalusis
• Krovumas: 1 500 kg, veikianti su 1 200 kg
• Gedimo būdas: Vidinio sandariklio degradacija, sukelianti slėgio sumažėjimą
• Patvirtinimo būsena: Tik pradinis gamyklinis bandymas, periodinio patvirtinimo nėra

Patvirtinimo programos įgyvendinimas

Įgyvendinome šį daugiafazį patvirtinimo metodą:

Patvirtinimo elementas	Bandymų metodika	Rezultatai	Korekciniai veiksmai
Dizaino peržiūra	Inžinerinė analizė, FEA modeliavimas	Tinkama projekto marža, bet nepakankama stebėsena	Pridėta slėgio stebėsena, pakeista sandariklio konstrukcija
Gedimo režimo analizė	Išsami FMEA	Nustatyti 3 kritiniai gedimo būdai, kurių nepavyko aptikti	Įdiegta kiekvieno kritinio gedimo būdo stebėsena
Statinės apkrovos bandymas	Didėjančios apkrovos taikymas iki 150% vardinės talpos	Visi vienetai buvo priimti po projekto pakeitimų	Nustatytas metinis bandymo reikalavimas
Dinaminis veikimas	Ciklo bandymai su apkrova	2 vienetai įsijungė lėčiau nei nurodyta	Atstatyti įrenginiai su patobulintais komponentais
Stebėsenos sistema	Nuolatinis slėgio stebėjimas su signalizacija	Sėkmingai aptikti imituoti nuotėkio požymiai	Integruota su objekto saugos sistema
Periodinis patvirtinimas	Sukurta 3 pakopų tikrinimo programa	Nustatyti baziniai veiklos duomenys	Sukurta dokumentacija ir mokymo programa

Patvirtinimo programos rezultatai

Įgyvendinus išsamią patvirtinimo programą:

• 100% užraktų mechanizmų dabar atitinka arba viršija specifikacijas
• Automatinė stebėsena užtikrina nuolatinį patvirtinimą
• Mėnesinė tikrinimo programa padeda anksti nustatyti problemas
• Kasmetiniai apkrovos bandymai patvirtina, kad našumas išlieka nepakitęs
• Nulis saugos incidentų per 30 mėnesių nuo įdiegimo
• Papildoma nauda: 35% sumažėja avarinės techninės priežiūros išlaidų.

Geriausia įgyvendinimo praktika

Efektyviam dvigubo slėgio užrakto mechanizmo patvirtinimui:

Dokumentų reikalavimai

Tvarkykite išsamius patvirtinimo įrašus:

• Projekto patvirtinimo ataskaitos ir skaičiavimai
• Gamybos bandymų sertifikatai
• Įrengimo patvirtinimo kontroliniai sąrašai
• Periodinių patikrinimų įrašai
• Nesėkmių tyrimai ir taisomieji veiksmai
• Modifikavimo istorija ir pakartotinio patvirtinimo rezultatai

Bandymų įranga ir kalibravimas

Užtikrinkite matavimo vientisumą:

• Apkrovos bandymo įranga su galiojančiu kalibravimu
• Tinkamo tikslumo slėgio matavimo prietaisai
• Laiko matavimo sistemos atsako patvirtinimui
• Aplinkos modeliavimo galimybės, jei reikia.
• Automatizuotas duomenų gavimas siekiant nuoseklumo

Patvirtinimo programos valdymas

sukurti patikimus valdymo procesus:

• Aiškus atsakomybės už patvirtinimo veiklą paskirstymas
• Patvirtinimo darbuotojų kompetencijos reikalavimai
• Patvirtinimo rezultatų vadovybės peržiūra
• Koreguojamųjų veiksmų, taikomų nepavykusiems patvirtinimams, procesas
• Nuolatinis patvirtinimo metodų tobulinimas
• Pakeitimų valdymas, susijęs su patvirtinimo programos atnaujinimais

Išvada

Norint įdiegti tikrai veiksmingas pneumatinės saugos sistemas, reikia visapusiško požiūrio, kuris neapsiribotų vien tik pagrindine atitiktimi. Sutelkus dėmesį į tris aptartus svarbiausius elementus - greito reagavimo avarinio stabdymo vožtuvus, tinkamai suprojektuotas SIL kategorijos saugos grandines ir patvirtintus dvigubo slėgio blokavimo mechanizmus - organizacijos gali gerokai sumažinti sunkių sužalojimų riziką ir dažnai padidinti veiklos efektyvumą.

Sėkmingiausi saugos diegimo būdai į patvirtinimą žiūri kaip į nuolatinį procesą, o ne vienkartinį įvykį. Nustatydami patikimus bandymų protokolus, tvarkydami išsamią dokumentaciją ir nuolat stebėdami veikimą, galite užtikrinti, kad jūsų pneumatinės saugos sistemos užtikrins patikimą apsaugą visą jų eksploatavimo laiką.

DUK apie pneumatines saugos sistemas

1. Siūlomas išsamus saugos vientisumo lygio (SIL) - saugos sistemos veikimo matas, išreikštas gedimo pagal pareikalavimą tikimybe (PFD), kaip apibrėžta tokiuose standartuose kaip IEC 61508 - paaiškinimas. ↩

2. Pateikiama informacija apie tarptautinį standartą ISO 13855, kuriame nurodomi padėties nustatymo apsaugos priemonių parametrai, pagrįsti žmogaus kūno dalių greičiu ir bendru saugos funkcijos sustabdymo laiku. ↩

3. Paaiškina B10d - patikimumo rodiklio, rodančio ciklų skaičių, po kurio 10% mechaninių arba pneumatinių komponentų pavyzdžio tikėtinas pavojingas gedimas, naudojamo atliekant saugos skaičiavimus, - sąvoką. ↩

4. Aprašoma gedimo pagal poreikį tikimybė (PFDavg) - vidutinė tikimybė, kad saugos sistema neatliks suprojektuotos funkcijos atsiradus poreikiui, kuris yra pagrindinis sistemos SIL nustatymo rodiklis. ↩

5. Apžvelgiama baigtinių elementų analizė (BEM) - kompiuterizuotas metodas, skirtas numatyti, kaip gaminys reaguoja į realias jėgas, vibraciją, šilumą ir kitus fizikinius poveikius, išskaidant jį į baigtinį skaičių mažų elementų. ↩