Zawór do sterowania napędów płynowych oraz układ sterowania

Pełna nazwa: Zawór do sterowania napędów płynowych zwłaszcza pneumatycznych napędów siłownikowych oraz układ sterowania zaworami napędów płynowych

Istota wynalazku

Obecnie stosowane są Dyrektywy Parlamentu Europejskiego i Rady tzw. dyrektywy maszynowe i normy bezpieczeństwa zharmonizowane z dyrektywą maszynową typu A, B, B2, C dla przedsiębiorstw zajmujących się projektowaniem i/lub produkowaniem i/lub obrotem handlowym maszynami. Dostosowanie się do tych wymagań jest integralną częścią działalności każdego podmiotu prawnego zajmującego się maszynami wewnątrz EOG (państwa UE oraz Norwegia, Islandia, Liechtenstein i Szwajcaria). Są to wymagania, które muszą spełniać maszyny, a ich niespełnienie wiąże się z potencjalną możliwością pociągnięcia do odpowiedzialności (dyrektywa o odpowiedzialności za produkt wadliwy 85/374/EWG i dyrektywa ją zmieniająca 1999/34/WE). Powodem, dla którego partnerzy rynkowi (pracodawcy, firmy ubezpieczeniowe, administracja, UDT) są zainteresowani zastosowaniem przepisów dyrektyw, jest oczekiwanie spełnienia wymagań dotyczących wyrobów, co umożliwia uczciwą konkurencję podczas wprowadzania wyrobów do obrotu na Jednolitym Rynku Europejskim oraz bezpieczeństwo użytkowników.

Układ sterowania maszyny wraz z elementami wchodzącymi w jego skład jest odpowiedzialny za wykonywanie zarówno funkcji technologicznych jak i funkcji bezpieczeństwa. Elementy systemu sterowania związane z bezpieczeństwem powinny być niezawodne, tj. dobierane z uwzględnianiem możliwych uszkodzeń, defektów oraz ograniczeń, jakie można przewidzieć w planowanych warunkach użytkowania maszyny. Układ sterowania powinien wykluczyć niebezpieczne działanie maszyny i zapewnić zachowanie funkcji bezpieczeństwa przy wszystkich rodzajach pracy.

W technice pneumatycznej najczęściej stosowane są suwakowe zawory rozdzielające, stosowane do sterowania napędami pneumatycznymi np. siłownikami czy silnikami. Zadaniem zaworów jest rozdzielenie strugi powietrza pomiędzy zasilaniem, a drogami wyjściowymi zaworu. Rozdzielanie strugi następuje w wyniku ruchu suwaka w korpusie zaworu, który otwiera lub zamyka odpowiednie drogi wejściowe i wyjściowe.

Istniejące rozwiązania zaworów nie dostarczają informacji określających położenie suwaka rozdzielającego w zaworze, a tym samym nie ma możliwości diagnostyki uszkodzenia samego zaworu i napędu pneumatycznego sterowanego tym zaworem. Stosowane układy sterowania napędami pneumatycznymi nie posiadają bezpośrednich obwodów bezpieczeństwa potwierdzających przesterowanie ruchomych elementów zaworów. W układach pneumatycznych powinny być używane następujące funkcje bezpieczeństwa: odcięcie pod ciśnieniem, ograniczenie ciśnienia i siły, odpowietrzenie, zmniejszenie prędkości, przemieszczenie bez zagrożenia i siła zacisku, zatrzymanie, trzymanie i blokowanie ruchu, odwrócenie kierunku ruchu, zabezpieczenie przed nieoczekiwanym uruchomieniem. Wynalazek zapewnia wszystkie wymienione funkcje bezpieczeństwa.

Przedmiot wynalazku – zawór – charakteryzuje się budową modułową, co umożliwia dostosowanie urządzenia do zadanego procesu technologicznego. Konstrukcja taka została przewidziana w celu łączenia od kilku do kilkuset zaworów w tzw. wyspy zaworowe. Wyspy są to urządzenia składające się z zaworów o takich samych i/lub różnych funkcjach i umożliwiają sterowanie procesami przemysłowymi, w których używanych jest wiele napędów. Wyspa zbudowana z zaworów według wynalazku może znaleźć zastosowanie w kontroli, diagnostyce i sterowaniu procesami technologicznymi, w których ze względu na bezpieczeństwo lub wrażliwość wykonywanych zadań wymagane jest wypracowanie określonych stanów urządzeń wykonawczych, a tym samym kontrola układów sterujących.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Istniejące na rynku krajowym i zagranicznym branży pneumatycznej rozwiązania zaworów i wysp pneumatycznych nie mają wszystkich funkcji oferowanych przez przedmiotowy wynalazek. Zastosowanie wynalazku jako pojedynczego modułu lub jako elementu składowego wyspy zaworowej będzie pierwszym polskim produktem tego typu w związku z czym zwiększy potencjał gospodarczy polskiego przemysłu pneumatycznego.
Wyspa zbudowana z zaworów według wynalazku ma funkcje samodiagnostyki, jest zintegrowana z programowalnym sterowaniem i komunikacją sieciową co umożliwia:
1. Kontrolę stanu elementów sterujących:
• potwierdzenie przesterowania zaworów,
• odczyt stanów logicznych modułów wejść/wyjść,
• pomiary parametrów elementów sterowanych.
2. Sterowanie układami wykonawczymi:
• przesterowanie zaworów,
• zmiana stanów logicznych modułów wejść/wyjść.
3. Diagnostyka poprawności procesów i zaworów:
• sprawdzenie zgodności odczytanych parametrów,
• sygnalizacja błędów,
• diagnostyka zaworów,
• diagnostyka stanów procesu.

Potencjał komercjalizacji

Autorzy wynalazku – pracownicy Politechniki Świętokrzyskiej podjęli się współpracy z Ośrodkiem Badawczo Rozwojowym Elementów i Układów Pneumatyki Sp. z o.o. i wykonali prototyp wyspy zaworowej według przedmiotowego wynalazku. Wyspa jest zbudowana z komponentów pneumatycznych produkcji OBREiUP Sp. z o.o.

Elementy elektroniczne i oprogramowanie zostały zaprojektowane i wykonane przez autorów zgłoszenia patentowego w PŚk i stanowią integralną część wyspy. Proces technologiczny i implementacja czujników została wykonana przez OBREiUP Sp. z o.o. Wyspa była prezentowana na Międzynarodowych Targach Poznańskich ITM 2013 oraz na Targach Pneumatyki, Hydrauliki, Napędów i Sterowań PNEUMATICON 2013 w Kielcach, gdzie zdobyła złoty medal.

Ponieważ wyspa jest wykonana z modyfikowanych zaworów starego typu autorzy zaprojektowali całkowicie nowe zawory i moduły wyspy wraz z procesem technologicznym do produkcji. Wykonanie wyspy według nowego projektu daje możliwości pełnego sukcesu wdrożeniowego.