ไม่มีมาตรฐานที่เผยแพร่หรือข้อมูลจากผู้ผลิตใดรองรับคำกล่าวแบบครอบจักรวาลว่า กลยุทธ์เลือกอุปกรณ์ห้าข้อจะขจัดความขัดข้องของระบบควบคุมนิวเมติกได้ 90% ตัวเลขเปอร์เซ็นต์นี้คงไว้ตามชื่อบทความเดิม แต่ไม่ใช่การรับประกันสมรรถนะ เป้าหมายที่มีเหตุผลรองรับคือการกำจัดข้อผิดพลาดในการเลือกที่พบบ่อยห้าประการก่อนสั่งฮาร์ดแวร์ ได้แก่ สถานะที่ไม่ได้กำหนด ช่วงการทำงานที่ไม่เข้ากัน จังหวะเวลาที่ไม่เหมาะสม พฤติกรรมการรีเซ็ตที่คลุมเครือ และการนำลอจิกทั่วไปไปใช้ผิดวัตถุประสงค์ในฟังก์ชันความปลอดภัย
ลอจิกนิวเมติกมักถูกมองว่าเป็นเพียงชุดสัญลักษณ์ AND, OR, NOT หน่วยความจำ และการหน่วงเวลา แต่วงจรจริงกลับขัดข้องตรงรอยต่อระหว่างสัญลักษณ์เหล่านั้น ชัตเทิลวาล์วอาจส่งสัญญาณลอจิกได้ถูกต้อง แต่ตอบสนองต่างกันเมื่อปริมาตรและข้อจำกัดการไหลของวงจรเปลี่ยนไป ไทเมอร์อาจทำช่วงเวลาหน่วงได้ตามแคตตาล็อก แต่กลับสร้างลำดับการทำงานของเครื่องจักรที่ยอมรับไม่ได้ วงจรหนึ่งอาจทำงานในการผลิตได้อย่างสมบูรณ์ แต่ยังไม่เหมาะสำหรับใช้ปกป้องบุคลากร
คู่มือนี้เปลี่ยนปัญหาเหล่านั้นให้เป็นวิธีเลือกอุปกรณ์ที่นำไปใช้ได้จริง ครอบคลุมการควบคุมลำดับแบบนิวเมติก อินเตอร์ล็อก การปรับสภาพสัญญาณ และระบบอัตโนมัติของเครื่องจักรอย่างง่าย ส่วนระบบควบคุมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยต้องผ่านกระบวนการประเมินความเสี่ยงและตรวจสอบความถูกต้องแยกต่างหาก
ประเด็นสำคัญ
- เริ่มจากตารางสถานะหรือลำดับ GRAFCET ไม่ใช่หมายเลขชิ้นส่วนวาล์วที่ต้องการใช้
- ตรวจแรงดันไพลอตต่ำสุด แรงดันที่อนุญาต อัตราการไหล การรั่ว อุณหภูมิ ท่อ และปริมาตรปลายทางร่วมกันเป็นช่วงการทำงานเดียว
- ใช้การยืนยันเหตุการณ์สำหรับการเคลื่อนที่ที่ขึ้นอยู่กับกระบวนการ ใช้ไทเมอร์เฉพาะเมื่อเวลาที่ผ่านไปเป็นเงื่อนไขที่ตั้งใจใช้จริง
- กำหนดสถานะของวงจรหลังรีเซ็ต หลังสูญเสียแรงดัน หลังแรงดันกลับคืน และหลังใช้ตัวสั่งงานด้วยมือ
- แยกลอจิกนิวเมติกทั่วไปกับระบบควบคุมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยออกเป็นคนละขอบเขตงานวิศวกรรม
1. วงจรต้องเป็นไปตามตารางสถานะแบบใด?
ISO 1219-2 กำหนดหลักเกณฑ์การเขียนแผนภาพวงจรไฮดรอลิกและนิวเมติก ส่วน IEC 60848 กำหนดภาษา GRAFCET สำหรับข้อกำหนดฟังก์ชันแบบลำดับ มาตรฐานทั้งสองฉบับสนับสนุนขั้นแรกที่เป็นระบบ นั่นคืออธิบายสถานะที่อนุญาต การเปลี่ยนสถานะ และสัญญาณออกก่อนเลือกอุปกรณ์จริง (ISO 1219-2; IEC 60848)
เขียนหนึ่งแถวสำหรับทุกสถานะของเครื่องจักรที่มีความหมาย โดยบันทึกรายการต่อไปนี้ในแต่ละแถว:
- เงื่อนไขสัญญาณเข้าที่ต้องเป็นจริง
- สัญญาณออกที่อนุญาตให้ทำงาน
- การเปลี่ยนสถานะที่ทำให้สถานะนั้นสิ้นสุดลง
- การตอบสนองเมื่อสัญญาณเข้าขัดแย้งกันหรือขาดหาย
- เงื่อนไขการรีเซ็ตที่ต้องการ และ
- สถานะที่ต้องเกิดขึ้นหลังสูญเสียและคืนแรงดันลม
ขั้นตอนนี้ทำให้เห็นว่าวงจรต้องการเพียงการรวมสัญญาณอย่างง่ายหรือต้องเก็บสถานะไว้ วาล์วสองแรงดันสามารถทำเงื่อนไข AND ส่วนชัตเทิลวาล์วสามารถทำเงื่อนไข OR แต่ไม่มีอุปกรณ์ใดจดจำขั้นตอนที่เสร็จแล้วโดยตัวมันเอง หากสัญญาณออกต้องทำงานต่อหลังสัญญาณเริ่มต้นหายไป ข้อกำหนดนั้นคือหน่วยความจำ ไม่ใช่เพียงลอจิกเกตอีกตัวหนึ่ง
ลองพิจารณากระบอกสูบลำเลียงที่ยืดออกได้ต่อเมื่อมีชิ้นงานและเงื่อนไขการ์ดอนุญาตเท่านั้น นิพจน์ที่ต้องการคือ:
นิพจน์นี้ยังไม่ได้กำหนดลำดับทั้งหมด ผู้ออกแบบต้องระบุว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากสัญญาณชิ้นงานหายไประหว่างการยืด การเคลื่อนที่เสร็จสมบูรณ์จะยืนยันด้วยสัญญาณตำแหน่งปลายช่วงหรือไม่ และสัญญาณใดจะรีเซ็ตคำสั่ง การตัดสินใจเหล่านี้เป็นตัวกำหนดว่าควรใช้วาล์วสองแรงดัน วาล์วควบคุมทิศทางแบบไบสเตเบิล หรือวงจรคาสเคดที่มีโครงสร้างชัดเจนกว่า
สัญญาณที่ขัดแย้งกันควรมีแถวเฉพาะในตารางสถานะ หากไพลอตยืดและหดทำงานพร้อมกันได้ อย่าคาดเดาว่าวาล์วจะเลือกคำสั่งที่ต้องการ ผลลัพธ์อาจขึ้นอยู่กับการออกแบบสปูล พื้นที่ไพลอต แรงดัน และจังหวะเวลาของสัญญาณ จงขจัดความขัดแย้งในลอจิกหรือกำหนดสถาปัตยกรรมจัดลำดับความสำคัญ อ่านรายละเอียดรูปแบบความขัดข้องได้ที่ วิธีป้องกันสัญญาณตรงข้ามกันในวงจรลอจิกนิวเมติก
ผลลัพธ์สำหรับการเลือกอุปกรณ์
เปลี่ยนตารางสถานะให้เป็นข้อกำหนดด้านฟังก์ชันฉบับย่อ ระบุฟังก์ชันลอจิกที่ต้องการ ชุดสัญญาณเข้าปกติและผิดปกติ สถานะสัญญาณออกที่คาดหวัง กฎการรีเซ็ต และพฤติกรรมการเปลี่ยนสถานะที่ยอมรับได้ จากนั้นซัพพลายเออร์จะสามารถประเมินอุปกรณ์ทดแทนตามหน้าที่เดียวกันได้ แทนที่จะตีความจากแผนผังที่ใส่คำอธิบายไว้อย่างคลุมเครือ
2. อุปกรณ์ลอจิกทำงานได้จริงภายใต้แรงดันและอัตราการไหลของระบบหรือไม่?
คู่มือชัตเทิลวาล์ว SMC VR12 ระบุแรงดันใช้งานต่ำสุด 0.05 MPa แรงดันสูงสุด 1.0 MPa และช่วงอุณหภูมิ -5 ถึง 60°C อีกทั้งระบุว่าเวลาตอบสนองขึ้นอยู่กับการออกแบบวงจรโดยรวม ค่าขีดจำกัดเหล่านี้เป็นข้อมูลเฉพาะรุ่น แต่แสดงให้เห็นว่าเพียงสัญลักษณ์ลอจิกยังไม่ถือเป็นข้อกำหนด (คู่มือ SMC VR12)
ตรวจอุปกรณ์ที่จุดซึ่งเสียเปรียบที่สุดในรอบการทำงานของเครื่องจักร ไม่ใช่เฉพาะที่คอมเพรสเซอร์หรือเกจเรกูเลเตอร์ สัญญาณไพลอตที่เพียงพอขณะเครื่องหยุดนิ่งอาจตกต่ำกว่าค่าสับเปลี่ยนเมื่อแอคชูเอเตอร์หลายตัวใช้ลมพร้อมกัน ท่อขนาดรูเล็กและยาว ไซเลนเซอร์ วาล์วควบคุมความเร็ว แมนิโฟลด์ และข้อจำกัดทางไอเสีย อาจทำให้แรงดันเพิ่มช้าหรือสัญญาณลดลงช้า
ช่วงการเลือกควรรวมข้อมูลต่อไปนี้:
| ข้อกำหนด | สิ่งที่ต้องบันทึก | เหตุผลที่สำคัญ |
|---|---|---|
| แรงดันจ่ายและแรงดันสัญญาณ | แรงดันไดนามิกต่ำสุดและแรงดันสูงสุดที่อาจเกิดขึ้นได้จริง | ใช้ตัดสินว่าอุปกรณ์จะสับเปลี่ยนได้และยังอยู่ภายในพิกัดหรือไม่ |
| เส้นทางการไหล | อัตราการไหลของสัญญาณหรือแอคชูเอเตอร์ที่ต้องการ ณ อัตราส่วนแรงดันที่เกี่ยวข้อง | ป้องกันไม่ให้สถานะลอจิกที่ถูกต้องกลายเป็นการเปลี่ยนสถานะที่ช้า |
| การรั่วภายใน | การรั่วคงที่ที่ยอมรับได้และปริมาตรปลายทาง | การรั่วอาจเพิ่มแรงดันในปริมาตรไพลอตหรือทำให้ระบายสัญญาณออกไม่ได้ |
| ท่อและข้อต่อ | เส้นผ่านศูนย์กลางภายในจริง ความยาว ข้อจำกัดของข้อต่อ และเส้นทางไอเสีย | ปัจจัยเหล่านี้เปลี่ยนเวลาเติมและระบายลม |
| อุณหภูมิและตัวกลาง | ช่วงอุณหภูมิแวดล้อม คุณภาพลมอัด และความเข้ากันได้ของวัสดุ | มีผลต่อซีล การหล่อลื่น การรั่ว และอายุใช้งาน |
| พอร์ตและรูปแบบการติดตั้ง | เกลียว ขนาดท่อ ทิศทาง และพื้นที่เข้าถึงเพื่อบำรุงรักษา | หลีกเลี่ยงอะแดปเตอร์และตัวสั่งงานด้วยมือที่เข้าถึงไม่ได้ |
อย่านำค่าจากแคตตาล็อกของผลิตภัณฑ์คนละตระกูลมาใช้แทนกัน ตัวอย่างเช่น VR12 วางจำหน่ายเป็นชัตเทิลวาล์วขนาดกะทัดรัด แต่คู่มือเตือนว่าอาจเกิดการไหลย้อนกลับและไม่ได้กำหนดสถานะสัญญาณออกเมื่อสูญเสียพลังงาน เอกสารฉบับเดียวกันยังระบุว่า หากใช้อุปกรณ์นี้กับอินเตอร์ล็อก ผู้ใช้ควรจัดให้มีอินเตอร์ล็อกหลายชั้นและตรวจสอบเป็นระยะ ข้อควรระวังเหล่านี้ต้องอยู่ในการทบทวนการออกแบบ ไม่ใช่ซ่อนไว้ในเชิงอรรถการบำรุงรักษา
ความสามารถในการไหลสำคัญเป็นพิเศษเมื่ออุปกรณ์ลอจิกขับไพลอตของวาล์วควบคุมทิศทางขนาดใหญ่โดยตรงหรือจ่ายลมให้ปริมาตรนิวเมติก อุปกรณ์อาจสร้างสถานะไบนารีตามต้องการ แต่ใช้เวลานานเกินไปในการเพิ่มแรงดันในท่อรับสัญญาณ หากเส้นทางลอจิกขับแอคชูเอเตอร์ด้วย ต้องคำนวณการสูญเสียแรงดันและเวลาเติมสำหรับเส้นทางทั้งหมด ค่าอัตราการไหลระบุในแคตตาล็อกไม่ใช่เวลาตอบสนองสากลของเครื่องจักร
ตรวจสอบสภาวะไดนามิกที่เลวร้ายที่สุด
ติดตั้งเครื่องมือวัดสัญญาณที่พอร์ตไพลอตฝั่งรับ บันทึกแรงดันเทียบกับเวลาในช่วงเริ่มเดินเครื่องจากสภาวะเย็น การผลิตปกติ การใช้ลมพร้อมกัน และการระบายลม ผลลัพธ์ที่มีประโยชน์ไม่ใช่เพียง “วาล์วเปลี่ยนสถานะแล้ว” แต่ต้องเป็นค่าระยะเผื่อแรงดันต่ำสุด เวลาหน่วงในการสับเปลี่ยน และพฤติกรรมการระบายลมภายใต้กรณีโหลดจริงของเครื่องจักร
สำหรับสถาปัตยกรรมแบบโมดูลาร์ ควรแยกการไหลของลอจิกออกจากการไหลสูงของแอคชูเอเตอร์เมื่อทำได้ ภาคลอจิกสามารถสั่งวาล์วควบคุมทิศทางที่เลือกขนาดเหมาะสม แทนที่จะกลายเป็นข้อจำกัดหลักของแอคชูเอเตอร์ แนวทางการออกแบบโดยรวมอธิบายไว้ใน การสร้างวงจรนิวเมติกที่เชื่อถือได้ด้วยวาล์วโมดูลาร์
3. ลำดับการทำงานควรใช้เหตุการณ์หรือไทเมอร์?
วาล์วหน่วงเวลา Festo VZ-3-PK-3 ปรับได้ตั้งแต่ 0.25 ถึง 5 วินาที และระบุความแม่นยำในการทำซ้ำที่ ±0.5 วินาที ขณะที่วาล์วหน่วงเวลาตระกูลเสริมอีกรุ่นของ Festo ปรับได้สูงสุด 30 วินาที ความแตกต่างนี้แสดงให้เห็นว่าคำว่า “ไทเมอร์นิวเมติก” ยังไม่ใช่ข้อกำหนดที่ครบถ้วน (Festo VZ-3-PK-3; วาล์วหน่วงเวลา Festo)
ใช้การเปลี่ยนสถานะที่ขับด้วยเหตุการณ์เมื่อขั้นตอนถัดไปขึ้นอยู่กับกระบวนการที่ต้องไปถึงสภาวะทางกายภาพ เหตุการณ์ที่พบได้ทั่วไป ได้แก่:
- กระบอกสูบถึงตำแหน่งปลายช่วงที่ยืนยันแล้ว
- แคลมป์มีแรงดันถึงค่าที่ตรวจยืนยัน
- สวิตช์สุญญากาศยืนยันว่าจับชิ้นงานแล้ว
- เซนเซอร์ชิ้นงานยืนยันการลำเลียง หรือ
- สวิตช์แรงดันยืนยันว่าพลังงานสะสมถูกระบายออกแล้ว
ใช้ไทเมอร์เมื่อเวลาที่ผ่านไปเป็นเงื่อนไขที่ต้องการโดยตรง หรือเมื่อการหน่วงภายในขอบเขตเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการที่ยอมรับไว้อย่างชัดเจน ตัวอย่างได้แก่ พัลส์เป่าลม ช่วงคงสภาพหลังยืนยันเหตุการณ์แคลมป์ หรือการหน่วงที่ป้องกันไม่ให้คำสั่งสองคำสั่งทับซ้อนกัน ไทเมอร์ไม่ควรทำหน้าที่แทนเซนเซอร์ยืนยันการเสร็จสิ้นที่ขาดหายไป หากการเคลื่อนที่ไม่ครบอาจทำให้เครื่องจักรเสียหายหรือเกิดอันตราย
ช่วงเวลาตามแคตตาล็อกเป็นเพียงเกณฑ์คัดกรองข้อแรก ต้องบันทึกช่วงแรงดันจ่าย การปรับปริมาตรควบคุม เวลารีเซ็ต ความแม่นยำในการทำซ้ำ ขีดจำกัดสภาพแวดล้อม ค่าสับเปลี่ยน และอัตราการไหลขาออก จากนั้นรวมปริมาตรไพลอตและข้อจำกัดการไหลปลายทางด้วย ไทเมอร์อาจสับเปลี่ยนภายในแล้ว แต่วาล์วที่รับคำสั่งเปลี่ยนภายหลังเพราะท่อไพลอตเพิ่มแรงดันช้า
สำหรับลำดับที่ระยะเวลาเคลื่อนที่ของแอคชูเอเตอร์แปรผัน การยืนยันเหตุการณ์มักรักษาความสัมพันธ์เชิงเหตุผลไว้ได้:
ส่วนการเปลี่ยนสถานะที่ขับด้วยเวลาตั้งสมมติฐานว่า การทำงานเสร็จสิ้นก่อนถึงเวลาหน่วงที่เลือก:
นิพจน์ที่สองไม่ได้พิสูจน์ว่ากระบอกสูบเคลื่อนที่ ชิ้นงานมาถึง หรือแรงดันถึงค่าแล้ว พิสูจน์ได้เพียงว่าเวลาผ่านไป ความแตกต่างนี้ควรปรากฏทั้งในตารางสถานะและการวิเคราะห์ความขัดข้อง
ตรวจสอบไทเมอร์ในฐานะส่วนหนึ่งของวงจร
ทดสอบเส้นทางสัญญาณทั้งหมดที่แรงดันจ่ายต่ำสุดและสูงสุดตามข้อกำหนด รวมถึงตลอดช่วงสภาพแวดล้อมของเครื่องจักร ครอบคลุมรอบการทำงานของแอคชูเอเตอร์ที่เร็วและช้าที่สุดซึ่งอาจเกิดขึ้น ปริมาตรไพลอตปลายทางสูงสุด และการเริ่มใหม่หลังสูญเสียแรงดัน บันทึกการกระจายของเวลาที่เปลี่ยนสถานะจริง แทนที่จะตรวจเพียงหนึ่งรอบ
หากลำดับมีกระบอกสูบหลายตัว การจัดวงจรแบบคาสเคดช่วยป้องกันสัญญาณทับซ้อนและจัดระเบียบการเปลี่ยนสถานะได้โดยไม่ต้องสมมติว่าเวลาการเคลื่อนที่เหมือนกัน อ่าน คู่มือออกแบบวงจรคาสเคดด้วยวาล์วนิวเมติก และตัวอย่างอธิบาย การทำงานของกระบอกสูบตามลำดับ
4. พฤติกรรมของหน่วยความจำ การรีเซ็ต และการคืนพลังงาน
OSHA 1910.147 ระบุพลังงานนิวเมติกไว้อย่างชัดเจน และกำหนดให้ปลด ตัดแยก ยับยั้ง หรือทำให้พลังงานที่สะสมหรือคงค้างอยู่ปลอดภัยในระหว่างการซ่อมบำรุง ส่วน ISO 4414 กำหนดหลักเกณฑ์ทั่วไปด้านความปลอดภัยของระบบนิวเมติก ดังนั้นการเลือกอุปกรณ์ต้องกำหนดมากกว่าสถานะการผลิตขณะได้รับพลังงาน (OSHA 1910.147; ISO 4414)
วาล์วโมโนสเตเบิลจะกลับสู่ตำแหน่งสปริงที่กำหนดเมื่อสัญญาณไพลอตถูกตัด ส่วนวาล์วไบสเตเบิลสามารถคงสถานะตามคำสั่งล่าสุดไว้จนกว่าไพลอตฝั่งตรงข้ามจะมา ไม่มีพฤติกรรมใดดีกว่าโดยตัวมันเอง การเลือกที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับสิ่งที่เครื่องจักรต้องทำเมื่อสัญญาณหาย แรงดันลมลดลง หรือพลังงานกลับคืนมา
สำหรับอุปกรณ์หน่วยความจำหรือวาล์วควบคุมทิศทางแบบไบสเตเบิลทุกตัว ให้ตอบคำถามต่อไปนี้:
- สัญญาณใดตั้งค่าสถานะที่บันทึกไว้?
- สัญญาณใดรีเซ็ตสถานะนั้น?
- จะเกิดอะไรขึ้นหากสัญญาณตั้งค่าและรีเซ็ตมาพร้อมกัน?
- การสูญเสียแรงดันจะรักษา ลบ หรือเปลี่ยนสถานะที่มีผลอยู่แบบคาดเดาไม่ได้หรือไม่?
- แรงดันปลายทางที่ถูกกักสามารถทำให้สัญญาณออกยังทำงานอยู่หรือไม่?
- สถานะใดจะเกิดขึ้นเมื่อค่อย ๆ จ่ายแรงดันกลับ?
- ตัวสั่งงานด้วยมือสามารถสร้างสถานะที่ลอจิกควบคุมไม่รับรู้หรือไม่?
- ผู้ปฏิบัติงานต้องรีเซ็ตโดยตั้งใจก่อนที่การเคลื่อนที่อัตโนมัติจะกลับมาทำงานหรือไม่?
การคืนแรงดันควรมีการทดสอบเฉพาะ วงจรหน่วยความจำนิวเมติกอาจดูเหมือน “จำ” สถานะได้เพราะยังมีแรงดันกักอยู่ในท่อไพลอตฝั่งหนึ่ง แต่กลับทำงานต่างออกไปหลังหยุดเครื่องเป็นเวลานานหรือเกิดการรั่ว ในทางกลับกัน วาล์วที่มีตัวล็อกเชิงกลอาจคงตำแหน่งสปูลไว้ แม้ว่าระบบควบคุมจะไม่เหลือข้อมูลใดเกี่ยวกับสถานะกระบวนการก่อนหน้าแล้ว
ออกแบบเส้นทางระบายลมอย่างรอบคอบเท่ากับเส้นทางจ่ายลม สัญญาณที่เพิ่มแรงดันเร็วแต่ระบายช้าอาจทับซ้อนกับคำสั่งถัดไป เช็กวาล์วควบคุมด้วยไพลอตสามารถกักแรงดันของแอคชูเอเตอร์เพื่อรับโหลดไว้ได้ แต่ก็สร้างพลังงานสะสมที่ต้องพิจารณาระหว่างการซ่อมบำรุงและเริ่มเดินเครื่องใหม่ด้วย จงแยกข้อกำหนดการผลิตด้านการรักษาตำแหน่งหรือรับโหลด ออกจากขั้นตอนควบคุมพลังงานอันตราย
กำหนดการรีเซ็ตให้เป็นสถานะหนึ่งของเครื่องจักร
“รีเซ็ต” ไม่ควรหมายถึงเพียงจ่ายพลังงานให้วาล์วทุกตัวกลับสู่ตำแหน่งเริ่มต้นตามชื่อ แต่ต้องตรวจยืนยันเงื่อนไขสำหรับการเริ่มใหม่ที่ควบคุมได้ ได้แก่ การ์ดและสิทธิ์อนุญาตของกระบวนการ ตำแหน่งแอคชูเอเตอร์ที่ทราบแน่ชัด แรงดันที่ยอมรับได้ สัญญาณขัดแย้งที่ถูกล้างแล้ว และไม่มีคำสั่งค้างซึ่งอาจเริ่มการเคลื่อนที่โดยไม่คาดคิด
วงจรลอจิกแบบแลตช์มีประโยชน์เมื่อคำสั่งต้องคงอยู่ แต่ต้องกำหนดให้ชัดว่าสัญญาณรีเซ็ตมีอำนาจเหนือกว่าและวงจรจะทำงานอย่างไรเมื่อเริ่มใหม่ อ่านรายละเอียดได้ใน การสร้างวงจรแลตช์นิวเมติกด้วยวาล์วลอจิก
5. นี่คือระบบควบคุมทั่วไปหรือฟังก์ชันความปลอดภัย?
ISO 13849-1:2023 กำหนดระเบียบวิธีสำหรับออกแบบและผสานรวมส่วนที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยของระบบควบคุม ครอบคลุมเทคโนโลยีนิวเมติก ไฮดรอลิก กลไก และไฟฟ้า มาตรฐานนี้ไม่ได้กำหนดว่าฟังก์ชันความปลอดภัยต้องเป็นอะไรหรือจำเป็นต้องมี Performance Level เท่าใด การตัดสินใจดังกล่าวต้องมาจากการประเมินความเสี่ยงของเครื่องจักร เช่น กระบวนการที่ ISO 12100 กำหนด (ISO 13849-1; ISO 12100)
ลอจิกควบคุมทั่วไปมีไว้ให้เครื่องจักรดำเนินกระบวนการผลิต ส่วนระบบควบคุมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยมีไว้ลดความเสี่ยงเมื่อเกิดเหตุการณ์อันตรายที่กำหนดไว้ สัญญาณเข้าทางกายภาพตัวเดียวกันอาจมีส่วนร่วมในทั้งสองระบบ แต่ฟังก์ชันความปลอดภัยต้องมีสถาปัตยกรรม ความครอบคลุมในการวินิจฉัย ข้อมูลความเชื่อถือได้ การวิเคราะห์ความขัดข้อง และการตรวจสอบความถูกต้องเป็นของตนเอง
คู่มือ SMC VR12 ทำให้ขอบเขตนี้เห็นได้ชัด เอกสารระบุว่าอุปกรณ์นี้ใช้เป็นวาล์วปิดฉุกเฉินไม่ได้ และเตือนว่าต้องพิจารณาสถานะเมื่อสูญเสียพลังงานกับการไหลย้อนกลับ ชัตเทิลวาล์วใช้งานทั่วไปอาจเหมาะกับฟังก์ชัน OR ในการผลิต แต่ไม่ได้กลายเป็นอุปกรณ์ความปลอดภัยที่ผ่านการตรวจสอบแล้วโดยอัตโนมัติ
อย่ากำหนด Performance Level จากความเคยชินหรือคัดลอกสถาปัตยกรรมจากเครื่องจักรอื่น ให้กำหนดเหตุการณ์อันตราย สถานะปลอดภัยที่ต้องการ เวลาตอบสนอง ลักษณะการร้องขอ ความขัดข้องที่คาดหมายได้ และพฤติกรรมการรีเซ็ต จากนั้นจึงระบุระดับการลดความเสี่ยงที่ต้องการและเลือกอุปกรณ์ซึ่งมีข้อมูลด้านความปลอดภัยที่จำเป็น
ระบบควบคุมแบบสองมือเป็นตัวอย่างที่ชัดเจน ISO 13851 กำหนดอุปกรณ์ควบคุมแบบสองมือไว้สามประเภท และระบุว่าการเลือกขึ้นอยู่กับการประเมินความเสี่ยง อีกทั้งอุปกรณ์แบบสองมือปกป้องเฉพาะผู้ที่กำลังใช้งานอุปกรณ์นั้น ปุ่มกดนิวเมติกทั่วไปสองปุ่มกับวาล์ว AND จึงไม่ได้เป็นระบบป้องกันที่เป็นไปตามข้อกำหนดโดยอัตโนมัติ (ISO 13851)
คำถามสำหรับทบทวนฟังก์ชันความปลอดภัย
- กำลังลดอันตรายใด และสถานะปลอดภัยที่ต้องการคืออะไร?
- สัญญาณเข้าใดเป็นตัวเริ่มการตอบสนองด้านความปลอดภัย?
- เวลาตอบสนองสูงสุดที่อนุญาตคือเท่าใด?
- จะเกิดอะไรขึ้นหลังสูญเสียและคืนแหล่งพลังงานแต่ละชนิด?
- ความขัดข้องเดี่ยวใดต้องถูกตรวจพบหรือระบบต้องทนได้?
- มีข้อมูลความเชื่อถือได้และข้อมูลวินิจฉัยของอุปกรณ์สำหรับการคำนวณหรือไม่?
- การรีเซ็ตป้องกันการเริ่มใหม่โดยไม่คาดคิดหรือไม่?
- ใครจะตรวจสอบความถูกต้องของฟังก์ชันความปลอดภัยที่เสร็จสมบูรณ์และบันทึกหลักฐาน?
สำหรับกรอบงานวิศวกรรม อ่าน วงจรความปลอดภัยตาม ISO 13849 ปกป้องระบบนิวเมติกอย่างไร ส่วนข้อจำกัดและพฤติกรรมที่ต้องมีของแนวคิดการป้องกันเฉพาะแบบ ดู วิศวกรรมของวงจรควบคุมความปลอดภัยแบบสองมือ
คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับการเลือกอุปกรณ์ลอจิกนิวเมติก
คำถามต่อไปนี้กล่าวถึงข้อผิดพลาดในการเลือกที่มักหลุดรอดจากการทบทวนแผนผังวงจร คำตอบจงใจแยกข้อมูลในแคตตาล็อกเฉพาะรุ่นออกจากพฤติกรรมระดับระบบ เพราะ ISO 1219-2 กำหนดหลักเกณฑ์ของแผนภาพ แต่วงจรที่ประกอบเสร็จแล้วยังต้องผ่านงานวิศวกรรมและการตรวจสอบความถูกต้องตามหน้าที่ใช้งาน (ISO 1219-2)
ควรส่งข้อมูลอะไรให้ซัพพลายเออร์วาล์วลอจิกนิวเมติก?
ส่งตารางสถานะหรือลำดับการทำงาน ฟังก์ชันที่ต้องการ แรงดันไดนามิกต่ำสุดและแรงดันสูงสุด อัตราการไหลที่คาดไว้ ขนาดและความยาวท่อ อุณหภูมิ คุณภาพลม พฤติกรรมการรีเซ็ต ข้อจำกัดในการติดตั้ง และเงื่อนไขการตรวจสอบความถูกต้อง พร้อมระบุชุดสัญญาณเข้าที่ผิดปกติด้วย เพราะเพียงสัญลักษณ์กับขนาดพอร์ตยังไม่สามารถกำหนดข้อกำหนดด้านการสับเปลี่ยนและการเริ่มเดินเครื่องใหม่ของงานได้
เมื่อใดควรใช้ชัตเทิลวาล์วแทนวาล์วสองแรงดัน?
ใช้ชัตเทิลวาล์วเมื่อสัญญาณเข้าที่ถูกต้องตัวใดตัวหนึ่งสามารถสร้างสัญญาณออกได้ ซึ่งเป็นฟังก์ชัน OR ใช้วาล์วสองแรงดันเมื่อสัญญาณเข้าทั้งสองต้องมีพร้อมกัน ซึ่งเป็นฟังก์ชัน AND และต้องยืนยันค่าแรงดันสับเปลี่ยน พฤติกรรมการไหลย้อนกลับ อัตราการไหลขาออก และพฤติกรรมเมื่อสัญญาณเข้าขัดแย้งกันสำหรับรุ่นและวงจรจริง
ไทเมอร์นิวเมติกยืนยันได้หรือไม่ว่ากระบอกสูบเคลื่อนที่ครบช่วงชักแล้ว?
ไม่ได้ ไทเมอร์ยืนยันได้เพียงว่าเวลาที่ตั้งไว้ได้ผ่านไปแล้ว หากการเคลื่อนที่ครบช่วงมีความสำคัญ ควรยืนยันด้วยเซนเซอร์ตำแหน่ง แรงดัน หรือกระบวนการที่เหมาะสม เพราะแรงดันจ่าย ข้อจำกัดการไหล โหลด แรงเสียดทาน และปริมาตรไพลอตปลายทางล้วนทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างเวลาที่ผ่านไปกับตำแหน่งจริงของแอคชูเอเตอร์เปลี่ยนแปลงได้
วาล์วไบสเตเบิลจะรักษาสถานะที่ปลอดภัยไว้เสมอหลังสูญเสียแรงดันหรือไม่?
ไม่เสมอไป วาล์วไบสเตเบิลอาจรักษาตำแหน่งสปูลไว้ แต่สถานะของแอคชูเอเตอร์ยังขึ้นอยู่กับการรั่ว แรงดันที่ถูกกัก โหลดภายนอก และพฤติกรรมขณะจ่ายแรงดันกลับคืนมา “สถานะล่าสุด” ไม่ได้หมายถึง “สถานะปลอดภัย” ต้องกำหนดสภาวะที่ต้องการจากการประเมินความเสี่ยง แล้วทดสอบการสูญเสียและการคืนแรงดันอย่างชัดเจน
วาล์วลอจิกนิวเมติกมาตรฐานใช้ในวงจรหยุดฉุกเฉินได้หรือไม่?
ห้ามสรุปว่าใช้ได้โดยอัตโนมัติ ฟังก์ชันความปลอดภัยต้องมีสถาปัตยกรรม ข้อมูลความเชื่อถือได้ การตอบสนองต่อความขัดข้อง และการตรวจสอบความถูกต้องที่สอดคล้องกับระดับการลดความเสี่ยงที่ต้องการ อุปกรณ์ใช้งานทั่วไปบางรุ่นระบุชัดว่าห้ามใช้เพื่อปิดการทำงานฉุกเฉิน จึงต้องเลือกอุปกรณ์และสถาปัตยกรรมด้านความปลอดภัยหลังจากการประเมินความเสี่ยงของเครื่องจักรกำหนดฟังก์ชันและ Performance Level ที่ต้องการแล้วเท่านั้น
เอกสารอ้างอิง
- ISO 1219-2:2012 ระบบและส่วนประกอบกำลังของไหล สัญลักษณ์กราฟิกและแผนภาพวงจร
- IEC 60848:2013 ภาษาข้อกำหนด GRAFCET สำหรับแผนภูมิฟังก์ชันแบบลำดับ
- ISO 4414:2010 กำลังของไหลนิวเมติก หลักเกณฑ์ทั่วไปและข้อกำหนดด้านความปลอดภัย
- ISO 12100:2010 ความปลอดภัยของเครื่องจักร การประเมินและลดความเสี่ยง
- ISO 13849-1:2023 ส่วนของระบบควบคุมที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย
- ISO 13851:2019 อุปกรณ์ควบคุมแบบสองมือ
- OSHA 29 CFR 1910.147 การควบคุมพลังงานอันตราย
- คู่มือติดตั้งและบำรุงรักษาชัตเทิลวาล์ว SMC VR12
- วาล์วหน่วงเวลา Festo VZ-3-PK-3
- วาล์วหน่วงเวลาเสริม Festo