信頼性の高い制御システムにおける圧力スイッチのフィードバック

信頼性の高い制御システムにおける圧力スイッチのフィードバック By Eric Cummings & Steve Boyette ROSS Controls® Troy, MI DM2®シリーズCバルブの最も典型的な用途は、空気入口から供給される圧縮空気エネルギーを遮断すると共 に、バルブ二次側エネルギーを放散することです。ガードドアの開放や非常停止装置の操作といった安全イベン トが発生すると、このバルブはシステムの下流圧力を放散し、空気圧エネルギーを除去します。このバルブを安 全システムに統合することに関してよく聞かれる２つの質問があります。 1. 安全システムによるバルブ監視の為に、バルブに２つのフィードバックスイッチが無いのはなぜですか? 2. 安全システにより下流圧力をどのように監視するべきですか? これら２つの質問に答えるには、バルブの機能に関するいくつかの情報が必要です。 DM2®シリーズは、冗長化された内部モニタ（自己監視）モデルであり、２つの独立した弁体は両方とも、特定 の時間枠内で同期している必要があります。この時間枠は、バルブの定格圧力での弊社設計基準により150ms未 満に設定しています。この時間は、バルブのサイズと供給圧力により異なりますが、150ms未満でなければなり ません。もしこの時間枠内に弁体が、もう片方の弁体と同期して機能していない為にバルブが異常動作した場 合、バルブは必ず２次側のエアーを放散する状態になります。この状態は、メインのソレノイドがオフになり、 独立したリセットソレノイドにパルス信号が送られるまで継続されます。このバルブは、ドイツのBG-Prüfzertに より、安全装置としてISO 13849-1カテゴリー4 PLeの第三者認証を受けています。　 DM2®シリーズにはバルブのステータスインジケータとし機能する単一の圧力スイッチが付いています。ステー タスインジケータは、バルブが「動作準備状態（ノーマル）」または「ロックアウト状態（アブノーマル）」の どちらの状態にあるかに関して制御システムに信号を送ります。動作準備状態とは、バルブに圧力が供給されて おり、現在バルブをリットする必要がないことを意味します。ステータスインジケータは、バルブに備わってい る安全機能とは関係がなく、ISO 13849-1のカテゴリー4 、PLe認証には必要とされていません。 これは、厳密にはEDM（外部デバイス監視）システムで使用する診断機器になります。バルブには、冗長性、監 視機能、および内部流路クロスチェック機能が備わっており、ステータスインジケータ圧力スイッチはバルブの 安全機能の一部ではないため、２つの弁体位置検出スイッチは必要ありません。ステータスインジケーター圧力 スイッチは、バルブが作動可能であることを示す為にNO（常時開）およびNC（常時閉）接点を備えています。 スイッチは、バルブがオンまたはオフになるたびに状態を変更するわけではありません。したがって、このス イッチの機能とバルブへの信号を追跡する必要はありません。 また、「ステータスインジケーター圧力スイッチが状態を変更できない場合はどうなりますか？」という質問に 答えるために、スイッチの予見可能な故障モードについて考えなければなりません。 これには、2つの潜在的な ケースがあります。 １つ目は、バルブが実際に「動作可能」状態にあるが、スイッチはバルブが故障状態であると示しているケース です。EDMシステムは、スイッチがバルブが「動作不可」状態であることを示しているのを確認し、誤った「故 障」に対処できるように、バルブへの運転信号をすべて消去するはずです。システムがステータスインジケー ターをチェックする前にバルブがすでにオンになってしまった場合でも、適切に設計された安全制御システム は、バルブをオフにして下流の圧力を排出するように信号を送ります。バルブがまだONになっていない場合は、 実行信号を無効にすれば、通電が行われるのを防ぐことが可能です。 したがって、バルブは排気モードの状態で 固定されます。 ２つ目は、バルブに障害が発生したが、スイッチはバルブが正常に動作準備ができていることを示しているケー スです。この場合、バルブはデフォルトの排気状態にあり、その状態で保持されているため、下流側に圧力はな く、その後の操作にはリセット信号が必要になります。この場合、空気圧の安全機能は損なわれていません。 www.rosscontrols.com

バルブとステータスインジケータースイッチの機能を理解することで、下流圧力の監視に関する2番目の質問によ り適切に答えることができます。ゼロ・エネルギー状態の下流圧力を監視するには、下流圧力の条件が、バルブ に送られる実行信号と一致する必要があります。また、バルブは常に、バルブの下流の機械プロセスに十分な空 気を供給できるサイズである必要があり、さらに重要なことに、下流の空気を迅速に排気できる必要がありま す。排気のためのサイジングで重要な点は、機械またはエリアを排気するのにかかる時間は、下流の圧力、体 積、およびバルブの流量の関数であるということです。空気圧回路が下流の圧力を迅速かつ安全に排出できない 場合、上流の圧力が遮断されて下流の圧力の排出が開始された後でも、回路は一時的に「通電」状態を維持でき ます。 DM2®シリーズなどの高信頼性の制御バルブを使用すると、回路に障害があるか、バルブが動作出来ない状態の 時は、確実に上流側圧力が遮断され、下流側への圧力が確実に遮断されることで、空気圧回路の完全な安全性が 維持されます。その呼び名の通り「高制御信頼性バルブ」は、そのように信号が出された時にバルブが遮断して 下流の圧力を排気するという高レベルの信頼性、つまり「保証」を提供します。バルブが異常な状態となった場 合、高制御信頼性バルブは最も安全な初期状態になり、下流の空気圧を排気します。ライトカーテン、スキャ ナー、セーフティマット、非常停止、セーフティゲートスイッチなどの検知タイプのデバイスと組み合わせて使 用すると、高制御信頼性バルブは、空気供給を遮断し、下流圧力を排気するための最高レベルの信頼を提供しま す。 電気的および機械的インターロックと組み込んだ典型的なOSHAや国際規格に準拠するアプリケーションで、高 制御信頼性バルブは、機械の動作を停止するように設計された安全装置の不可欠な部分になりま　す　。センサータ イプのデバイスは、作業者の機械へのアクセスを物理的に妨げるものではありませんが、むしろ電源を遮断し、 封じ込め（危険）エリアに違反して入った場合に警告を発します。したがって、危険な空気圧動力装置の停止を 確実にしたい場合に重要な点は、最終制御要素であるバルブの制御信頼性です。機械の運動を停止する他の不測 の事態がない場合、下流側の圧力を監視しても意味がありません。作業者が検知エリアに入った場合、圧力の追 加監視の有無に関係なく、制御ロジックと排気バルブは既に作動しています。 下流側の圧力監視は、ソレノイドロックを備えた保護ガードを利用する場合のみ、本当の意味で安全に役立ちま す。ライトカーテンまたは安全マットを使用している場合、危険領域へのアクセスを妨げる物理的な障壁がない ため、下流の圧力信号がバルブの実行信号と一致しない場合でも、頼りになることはありません。また、停止距 離の計算を実行するときは、排気速度が非常に重要になる場合があります。 システムがソレノイドロック付きのバリアガードを利用している場合は、ソレノイドロックがバリアガードを解 除の可否を決定するために、下流圧力を監視する必要があります。このようなシステム内に高制御信頼性バルブ があると、システム内の圧力が確実に解放されますが、それに対して下流側圧力スイッチは、２次側の圧力が解 放されたことを立証します。これは、圧力開放に時間がかかる可能性のある圧縮空気の量が多い場合には、特に 重要です。このようなケースで圧力スイッチが誤動作した場合、安全システムに混乱を招き、安全状態に達する 前に、作業者にアクセスを許可する可能性があります。このシナリオでは、制御エンジニアはその圧力の監視に 冗長性を使用する必要があります。これは、ドアのロックを解除する前に、エネルギーを確実に解放する唯一の 冗長な方法です。 この記事の製品に関連する詳細情報は、以下にお問い合わせ下さい。 ロス・アジア株式会　マーケティング部 Email: mktg.ra@rosscontrols.com TEL :042-778-7251 © 2010, ROSS CONTROLS®. All Rights Reserved. www.rosscontrols.com Form RPA006