SE530546C2 - Explosionsskyddssystem för manipulatorer eller industrirobotar samt avlastningsventil för ett explosionsskyddssystem - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 530 545 2 figur 1; se även “Electrical Instruments in Hazardous Locations” ISBN: 87664-376-4, 1978, 2:a upplagan 1980- Fördelen med att tillämpa explosionsskydd baserat på luft- tryck och genomspolningsmetoder i stället för andra skydds- metoder är att man erhåller en lättare, kompaktare och kostnadseffektivare lösning baserat på att det är möjligt att använda icke-explosiva standardkomponenter som t ex motorer etc. Metoden med trycksättning och genomspolning är ett allmänt vedertaget skyddskoncept för explosionsskydd.

Den är accepterad över hela världen och är förhållandevis enkel och rättfram att begripa.

Tekniken att trycksätta och spola kapslingar av elektriska apparater och maskiner, inklusive robotar, går ut på att förhindra inträde av en brännbar atmosfär. Genomspolning är i sig själv ett allmänt vedertaget skyddskoncept för explo- sionsskydd. Den potentiellt tändbara apparaten, SOm t GX en robot, är typiskt monterad inuti en kapsling. Kapslingen trycksätts sedan till ett positivt lufttryck relativt atmos- färstrycket. Ett positivt tryck om ca 0,5 mbar är allt S0m krävs.

I DE 2228598 beskrivs en skyddskapsling för skydd av mani- pulatorer, t ex robotarmar, bestående av seriekopplade underavdelningar och motorer samt elektriska kablar för att motstå gas- eller vätskeformigt material. Detta patent be- skriver emellertid inte nägra styr- eller genomspolnings- system eller någon avlastningsventilenhet.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett problem vid kända system för explosionsskydd av elek- triska apparater är att de är tunga, voluminösa, dyrbara och måste förses med ett antal lokala detektorer och enheter för ventilation och att systemen därför inte kan placeras opti- malt. 10 15 20 25 30 35 530 545 3 Ett annat problem är att de kända systemen kan haverera, att de inte är tillräckligt driftsäkra.

Ett annat problem är att avlastningsventilen ofta är blocke- rad av stoft eller färg.

Ett annat problem är att de kända systemen inte får optimal luftförbrukning och att avlastningsventilen ofta blockeras av stoft eller färg. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla en tryck- och genomspolningsstyrenhet och sensoranordning som löser dessa problem och som är kostnadseffektiv och driftsäker för tillämpning vid avancerade elektriska appara- ter och maskiner sàsom t ex industrirobotar och som inne- häller en trycksatt kapsling innefattande underavdelningar sammanlänkade i en seriekopplad uppsättning.

Dessa och andra ändamål uppnås enligt föreliggande uppfin- ning genom ett styrsystem såsom beskrivs i patentkrav 1 och en avlastningsventil med flödes- och trycksensor såsom beskrivs i patentkrav 10.

En flödes- och tryck/genomspolningsstyrenhet och sensorsys- tem enligt uppfinningen ger följande fördelar gentemot till- gängliga styr- och sensorlösningar: - den integrerade robusta och avancerade flödes- och trycksensorn skall tillämpas vid styrmiljöer, kapsling- ar, med höga dynamiska krafter som föreligger när t ex en robot accelererar och/eller stannar, - ett flödes-, trycksensor- och styrsystem skall appli- ceras i en kapsling innefattande underavdelningar som är sammanlänkade i en seriekopplad uppsättning, - det avancerade och kostnadseffektiva och driftsäkra flödes-, tryck(genomspolnings)sensor- och styrsystemet l0 15 20 25 30 35 530 548 4 har förmåga att övervaka både inloppet och utloppet hos den fullständiga kapslingen bestående av underavdel- ningar och behöver inga lokala sensorer i var och en av underavdelningarna (ref. IEC 79-2, som beskriver System innehållande underavdelningar och lokal luftförsörjning och styrning genom mynningar), en inbyggd avlastningsventil, kan anordnas på den mest optimala platsen i den tryck- satta kapslingen såsom t ex på överarmen hos en robot- manipulator och därmed erhålla en enkel och effektiv utformning av kapslingen bestående av delkamrar som en seriekopplad kammare, genomspolnings- och tryckstyrenheten kan omfatta över- vakning av kabelbrott och kortslutningar för flödessen- sorn, flödesövervakningen förmår att detektera läckor före ett genomspolningsförlopp, flödes-, trycksensor~ och styrsystemet kan optimeras för kanaler (rör, slangar) innehållande elektriska kab- lar och lufttillförsel, för genomspolning och lufttryck för att erhålla explosionsskydd enligt IEC 79-2, kapitel 2.9 och 4.7, det avancerade flödes-, trycksensor- och styrsystemet kan uppnå optimal luft- och energiförbrukning genom att ha en kombinerad styrning av luftströmnings- och tryck- nivåer vid inlopp och utlopp och därmed kan man undvika att anordna flera lokala försörjningar och sensorer för att erhålla en fullständig styrning av en komplex kaps- ling innefattande underavdelningar, den avancerade genomspolnings- och tryckstyrsystemet kommer att kunna styra flera separata kapslingar/' 10 15 20 25 30 35 530 545 5 maskiner samtidigt med övervakning av luftläckagenivån under drifttillstånd och därmed såväl tillförsäkra en optimal luftförbrukning som reducera ett potentiellt stillestånd hos systemet genom att ge återkopplings- information om statusen hos läckagenivån och därmed initiera ett behov av förebyggande underhåll (såsom t ex ersättning av tätning osv.), - genomspolningsstyrenheten har förmåga att styra mer än en kapsling och ger sålunda en möjlighet att tillämpa optimala utrustningar t ex på en robotarm, vilka anord- nas i en separat övertrycksatt kapsling.

FIGURBESKRIVNING Föreliggande uppfinning kommer att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritningar.

Figur 1 illustrerar schematiskt en typisk trycksatt kapsling bestående av seriekopplade underavdelningar.

Figur 2 visar ett styrsystem hos ett integrerat genOmSpOl' nings- och tryckstyrsystem innefattande en genomspolnings- och trycksensor och en avlastningsventilenhet.

Figur 3 visar en avlastningsventil.

Figur 4 visar avlastningsventilen och dess omgivande ut- rustning.

Figur 5 visar ett blockdiagram hos en genomspolnings- och tryckstyrenhet.

Figur 6 visar ett diagram över statusen för genomspolnings- sensorn P3, lysdiod, under ett flödesförlopp. 10 15 20 25 30 35 530 546 BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER Figur 1 illustrerar schematiskt ett känt exempel på en trycksatt kapsling bestående av seriekopplade underavdel- ningar med kommunikationspassager. Ett inflöde av trycksatt luft visas schematiskt till vänster och ett utflöde av luften till höger.

Figur 2 illustrerar en systemöversikt över det integrerade genomspolnings- och tryckstyrsystemet som omfattar en genom- spolnings- och trycksensor samt en avlastningsventilenhet.

Ett styrskàp är anordnat att styra en genomspolningsventil och en underhållstryckventil. I ett riskfyllt område är en manipulator (icke visad) placerad inuti en kapsling. En genomspolningssensor och en genomspolningsventil är anord- nade på kapslingen, som typiskt är uppdelad i underavdel- ningar. Genomspolningssensorn är elektriskt ansluten via en kabel placerad i en slang och via en zenerbarriär till styr- skåpet.

Figur 3 illustrerar den spolande avlastningsventilenheten som är konstruerad för att uppta hög luftströmningsförmàga under genomspolningen och att avge ett bestämt luftläckage under drift. Detta läckage häller utloppet rent från stoft eller föroreningar från pulver och/eller färg och det mini- merar friktionen i ventilen. Företrädesvis är ventilen kon- struerad för tillämpningar med färgpulvermaterial där för- oreningar kan påverka driften och driftsäkerheten hos en- heten. Styrd läckluft strömmar längs med ventilstyrningen och får på så sätt ventilen att “flyta”. Rörliga delar i ventilen är konstruerade med låg tröghet och tillåter drift genom acceleration högre än 10 m/s2. Tryckfallet genom ven- tilen uppmäts under genomspolningsförloppet och korrekt luftströmning övervakas genom en sensor P3 (se figur 4).

Figur 4 illustrerar genomspolnings- och trycksensorerna och avlastningsventilenheten samt deras hopkopplingar. Sensorn lO 15 20 25 30 35 530 545 7 P1 används för att detektera en eventuell tryckuppbyggnad inuti kapslingen som orsakas av t ex ett tilltäppt flam- galler i avgasröret. Sensorn P2a övervakar övertrycket i det inre av kapslingen/roboten i relation till det yttre trycket under normal drift. Sensorn P2b styr lufttrycksfallet eller läckagen innan de uppnår P2a-nivån, vilken aktiverar en av- stängning. P2a-sensorn styr läcknivån under normalt drift- tillstånd och kommer därmed att kunna förhindra ett okon- trollerat stillestånd, dvs en haverisäker konstruktion, genom att applicera återkopplingen som indata för det före- byggande underhàllsprogrammet (inspektion och ersättning av tätningar, kopplingar osv).

En optimal lösning är att integrera en ytterligare luft- underhállsreglerventil för att kompensera för läckage och därmed undvika avstängning; se “Underhållstryckventilen” i figur 2.

En annan optimal lösning är att integrera en ytterligare luftunderhàllsreglerventil för att kompensera för läckage och därmed såväl undvika avstängning som reducera lufttill- förselförbrukningen genom att endast aktivera lufttillför- seln när en miniminivà har uppnåtts, och att inte ha en kon- tinuerlig lufttillförsel; se “Underhàllstryckventilen" i figur 2.

Sensorn P3 övervakar luftströmningen under spolnings-/QGHON* spolningsförloppet genom att mäta delta-P tvärs sensormun- stycket.

Figur 5 illustrerar ett blockdiagram hos genomspolnings- och tryckstyrenheten. Enheten har följande nyckelstyrfunktiOn6I= - driver mer än en kapsling; se S1, System 1, och S2, System 2, - styr genomspolningsflödesnivån; se sekvensdiagrammet i figur 6, l0 15 20 25 30 530 548 8 - styr trycknivåerna under genomspolningen, dvs maximi- trycknivàn för att undvika för högt tryck i kapslingen för att kunna uppfylla säkerhetsföreskrifterna för trycksatta kapslingar, - styr minimitrycknivån under drift för att säkerställa att kapslingen har en högre trycknivà än omgivningen under drift av maskinen/roboten, - styr läcknivàn under drifttillstånd och kan sålunda förebygga okontrollerat stillestånd, haverisäker kon- struktion, genom att tillämpa àterkopplingen som indata för det förebyggande underhállsprogrammet, inspektion och ersättning av tätningar, kopplingar osv.

Figur 6 illustrerar att styrenheten, före start av genom- spolningsförloppet, kontrollerar för minimitryck skapat av underhållstrycket.

Om inte minimitryck: för stort läckage.

Minimitryck OK: starta genomspolningen genom att köra genom- spolningsventilkontrollen för korrekt flöde (deltatryck tvärs genomspolningsavlastningsventilen)_ Om korrekt: Starta nedräkningen av förutbestämt tid. Övervaka flödet tills timern är färdig.

Kontrollera att indikatorn för högt flöde är avstängd innan signal ges för tillslag av den trycksatta kapslingen.

I denna skrift har uppfinningen beskrivits med hänvisning till specifika utföringsformer. Det torde emellertid framgå att variationer och modifikationer kan göras av uppfinningen utan att därför göra avsteg från andemeningen och ramen för patentkraven.

Claims (10)

530 546 Nya krav (95 8 1 SE)

1. Explosionsskyddssystem för manipulatorer eller industrirobotar, placerade i riskfyllda miljöer, dvs miljöer som innehåller explosiva koncentrationer av brännbara gaser, stoft eller àngor, innefattande medel för att påföra inre trycksatt luft i en explosionssäker kapsling och som har ett genomspolningssystem och elektriska komponenter, såsom motorer, reläer, integrerade kretskort, kablar osv, kännetecknat av att nämnda medel för att påföra inre trycksatt luft i en kapsling är anordnad i en renspolningsenhet utanför den riskfyllda miljön och att nämnda systemet är anordnat i en kapsling som har seriekopplade underavdelningar och att en avlastningsventil med en flödes- och trycksensor är anordnad som en integrerad enhet på överarmen hos en robotmanipulator och elektriskt skild från styrsystemet med en zenerbarriär och konstruerad att tåla höga dynamiska krafter genom att ha låg tröghet, balanserat arrangemang av rörliga delar och en rörelsestyrning, t ex en axel med en stödstyrning, med låg friktion.

2. Explosionsskyddssystem enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat av att den integrerade genomspolnings- och tryckenheten är konstruerad med rörliga delar med làg tröghet för att tåla en hög grad av rörelser och acceleration.

3. Explosionsskyddssystem enligt nàgot av föregående patentkrav, kännetecknat av att den integrerade genomspolnings- och tryckenheten är konstruerad att styra flödes- och trycknivån. 530 545 10

4. Explosionsskyddssystem enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att den integrerade genomspolnings- och tryckenheten är konstruerad att detektera läckor före ett genomspolningsförlopp.

5. Explosionsskyddssystem enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att det år utformat med låg tröghet och ett vålbalanserat arrangemang av de rörliga delarna såsom ventilmembranet och en rörelsestyrning med låg friktion genom styrd läckluft strömmar längs med ventil styrningen.

6. Explosionsskyddssystem enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av att det är anordnat i det optimala läget i kapslingen så att sensorn förmår att såväl tåla en hög grad av rörelser och acceleration som att styra f1ödes~ och trycknivån genom rörliga delarna konstruerade med låg tröghet och ventilstyrningen med låg friktion.

7. Explosionsskyddssystem enligt något av föregående patentkrav, kånnetecknat av medel för styrning av läcknivån under normalt drifttillstånd och för att förhindra okontrollerat stillestånd genom att tillämpa återkopplingen som indata för det förebyggande underhållsprogrammet.

8. Explosionsskyddssystem enligt något av föregående patentkrav, kännetecknat av medel som har en hög luftströmningsförmåga och för att tillförsäkra ett snabbt och effektivt spolnings-/genomspolningsförlopp som uppnås genom den specifika utformningen av ventilmembranet genom ventilstyrningen med låg friktion och med rörliga delarna konstruerade med låg tröghet. 530 545 11

9. Explosionsskyddssystem enligt något av föregàende patentkrav, kännetecknat av medel för styrning av lufttrycknivån och -förbrukningen under drifttillstånd genom att aktivera lufttillförseln när en miniminivà uppnåtts.

10. Avlastningsventil med flödes- och trycksensor för ett explosionsskyddssystem för manipulatorer eller industrirobotar, placerade i riskfyllda miljöer, dvs miljöer som innehåller explosiva koncentrationer av brännbara gaser, stoft eller àngor, kånnetecknad av att nämnda avlastningsventil med en flödes- och trycksensor är anordnad som en integrerad enhet och att nämnda integrerade avlastningsventil är avsedd att anordnas på överarmen hos en robotmanipulator och att nämnda integrerade avlastningsventil har hög luftströmningsförmåga, vilket säkrar ett snabbt och effektivt genomspolningsförlopp.