من الأسلاك ثنائية القناة إلى اختبار القبول: التشغيل والتحقق من صحة أنظمة AGV Servo STO

المقدمة: لماذا أصبح تشغيل STO أمرًا بالغ الأهمية لأنظمة AGV الحديثة

مع انتشار المركبات الموجهة الآلية (AGVs) والروبوتات المتنقلة المستقلة (AMRs) بشكل متزايد في المصانع والمستودعات والمراكز اللوجستية، أصبحت السلامة الوظيفية أحد أهم العوامل أثناء تكامل النظام. على عكس أنظمة النقل التقليدية، تعمل مركبات AGV في بيئات ديناميكية حيث يتشارك البشر والآلات والروبوتات المتنقلة في نفس مساحة العمل.

توفر وظيفة إيقاف عزم الدوران الآمن (STO) في محركات سيرفو AGV طريقة موثوقة لإيقاف توليد عزم دوران المحرك فورًا عند حدوث حدث يتعلق بالسلامة، مثل تنشيط التوقف في حالات الطوارئ، أو اكتشاف الماسح الضوئي للسلامة، أو فتح الباب الوقائي، أو تدخل PLC للسلامة.

ومع ذلك، فإن مجرد تركيب محركات مؤازرة بقدرة STO لا يضمن نظام AGV آمنًا. يجب على الشركات المصنعة للمعدات الأصلية ومتكاملي الأنظمة تصميم بنية السلامة بشكل صحيح، وإكمال الأسلاك ثنائية القناة، وتكوين المعلمات، والتحقق من وظائف التشخيص، وإجراء اختبار القبول وفقًا لمتطلبات السلامة.

تشرح هذه المقالة عملية التشغيل الكاملة لـ AGV servo STO، والتي تغطي:

• كيفية توصيل دوائر STO ثنائية القناة بين PLCs الآمنة ومحركات المؤازرة

• كيفية اختبار وظائف STO والتحقق من صحتها أثناء تشغيل AGV

• التغطية التشخيصية المطلوبة (DC) وقيم MTTFd لدوائر السلامة AGV

• كيف تؤثر بنية STO على سيارات AGV ذات الدفع التفاضلي ثنائي العجلات

• كيف يؤثر STO على مسافة التوقف في تطبيقات AGV ذات الأحمال الثقيلة

1. كيفية توصيل دوائر STO ثنائية القناة على محركات AGV المؤازرة

فهم بنية STO ثنائية القناة في أنظمة AGV

تستخدم أنظمة مؤازرة AGV الحديثة عادةً مدخلات STO ثنائية القناة لتحقيق مستويات أمان وظيفية أعلى. يعني التصميم ثنائي القناة أنه يجب مراقبة إشارتي أمان مستقلتين بشكل منفصل.

بدلاً من الاعتماد على إشارة توقف واحدة للطوارئ، تقوم وحدة التحكم بالسلامة بالتحقق بشكل مستمر من قناتين مستقلتين:

• قناة STO 1 (STO1)

• قناة STO 2 (STO2)

عندما تتم مقاطعة كلتا القناتين، يقوم محرك المؤازرة على الفور بتعطيل خرج عزم دوران المحرك.

تتضمن بنية السلامة النموذجية لـ AGV ما يلي:

أجهزة السلامة ← جهاز PLC للسلامة ← مدخلات STO ← محركات مؤازرة ← محركات AGV

تشمل أجهزة إدخال السلامة الشائعة ما يلي:

• أزرار التوقف في حالات الطوارئ

• الماسحات الضوئية الليزرية الآمنة

• مصدات السلامة

• مفاتيح باب السلامة

• ستائر خفيفة للسلامة

يقوم PLC للسلامة بتقييم هذه الإشارات ويرسل أمر إيقاف التشغيل الآمن إلى محركات المؤازرة AGV.

طريقة الأسلاك STO النموذجية ثنائية القناة

بالنسبة لتطبيقات AGV، عادةً ما تتبع أسلاك STO هذا الهيكل:

أثناء التشغيل العادي:

• STO1 = تشغيل

• STO2 = تشغيل

• محرك سيرفو يتيح إخراج عزم الدوران

خلال حدث السلامة:

• STO1 = إيقاف

• STO2 = إيقاف

• يقوم محرك المؤازرة بإزالة توليد عزم الدوران على الفور

المحرك نفسه لا يتلقى أمر الكبح. وبدلاً من ذلك، تقوم إلكترونيات القيادة بإيقاف مرحلة الطاقة، مما يمنع إنتاج عزم الدوران الكهربائي.

لماذا يفضل مصنعو AGV القناة المزدوجة STO

تعمل AGVs غالبًا حول:

• عمال المصنع

• الرافعات الشوكية

• خطوط الإنتاج الآلي

• الخلايا الروبوتية

• مواد ذات قيمة عالية

تحتوي دائرة الأمان أحادية القناة على عدة قيود:

• قد لا يتم اكتشاف سلك مكسور

• قد تظل جهة اتصال السلامة الفاشلة دون أن يلاحظها أحد

• القدرة التشخيصية محدودة

تعمل STO ثنائية القناة على تحسين:

1. القدرة على اكتشاف الأخطاء

يمكن للنظام التعرف على:

• أعطال الدائرة المفتوحة

• دوائر قصيرة

• أخطاء عدم تطابق القناة

2. سلامة السلامة

تساعد البنية المتكررة مصنعي مركبات AGV على تحقيق مستويات أعلى من أداء السلامة، مثل:

• ب ل د

• بل ه

اعتمادا على تصميم السلامة الكاملة.

3. شهادة أسهل

بالنسبة لمصنعي OEM AGV، تعمل بنية STO القياسية ثنائية القناة على تبسيط الامتثال لما يلي:

• ايزو 13849-1

• إيك 61800-5-2

• إيك 62061

Jkongmotor حركات محرك سيرفو مخصصة

مزود حلول محرك مؤازر DC متكامل وقفة واحدة

2. كيفية اختبار وظيفة STO والتحقق من صحتها أثناء تشغيل AGV

لماذا يعد اختبار STO أمرًا بالغ الأهمية أثناء تشغيل AGV

بالنسبة لمصنعي AGV وAMR، يعد التحقق من إيقاف عزم الدوران الآمن (STO) أحد أهم الخطوات قبل تسليم المعدات والإنتاج الضخم. على الرغم من أن محركات الأقراص المؤازرة المزودة بوظائف STO المدمجة يمكنها إزالة عزم دوران المحرك بسرعة أثناء حدث السلامة، إلا أنه يجب التحقق من سلسلة الأمان بأكملها لضمان التشغيل الموثوق.

تؤكد عملية التكليف الكاملة لـ STO ما يلي:

• تؤدي أجهزة السلامة إلى إيقاف تشغيل STO بشكل صحيح

• يعمل منطق PLC للسلامة كما هو مصمم

• تستجيب محركات الأقراص المؤازرة بشكل صحيح لأوامر STO

• تعمل كلتا القناتين STO بشكل مستقل

• لا يمكن إعادة تشغيل AGV بشكل غير متوقع بعد التوقف الآمن

• وقف الأداء يلبي متطلبات تقييم المخاطر

على عكس اختبار وظائف المحرك القياسي، فإن اختبار STO هو عملية التحقق من السلامة الوظيفية . إنه يضمن أن AGV يمكنها الدخول إلى حالة آمنة عندما يكون المشغلون أو المعدات أو البيئة معرضة للخطر.

عملية اختبار التكليف بـ AGV STO

يتضمن إجراء التحقق الاحترافي من AGV STO عادةً خمس مراحل رئيسية:

1. فحص الأسلاك الكهربائية

2. التحقق من تكوين محرك سيرفو STO

3. اختبار تفعيل وظيفة السلامة

4. اختبار محاكاة الخطأ

5. وثائق القبول النهائي

تتحقق كل مرحلة من جزء مختلف من بنية السلامة.

1. تحقق من توصيلات STO قبل تشغيلها

قبل اختبار وظيفة STO، يجب على المهندسين أولاً التأكد من تركيب أسلاك الأمان ثنائية القناة بشكل صحيح.

تتضمن دائرة AGV STO النموذجية ما يلي:

توقف الطوارئ / الماسح الضوئي للسلامة / PLC للسلامة ← قناة STO 1 وقناة STO 2 ← محرك مؤازر ← محرك AGV

أثناء فحص الأسلاك، يجب على المهندسين التحقق من:

استقلال قناة STO

يجب أن تظل قناتا STO مستقلتين كهربائيًا.

أمثلة على الأسلاك غير الصحيحة:

• ربط STO1 وSTO2 معًا

• مشاركة مخرج أمان واحد لكلا القناتين

• استخدام مخرج PLC قياسي بدلاً من مخرج مصنف للسلامة

قد تمنع هذه الأخطاء النظام من تحقيق مستوى أداء السلامة المطلوب.

فحص استمرارية الأسلاك

قبل تطبيق الطاقة، تحقق مما يلي:

• استمرارية الإشارة STO1

• استمرارية الإشارة STO2

• جهد إمداد الأمان 24 فولت

• اتصال مرجعي أرضي

• حالة قفل الموصل

بالنسبة لمركبات AGV العاملة في البيئات الصناعية، يجب على المهندسين أيضًا التحقق من:

• حماية الكابلات

• مقاومة الاهتزاز

• حماية التداخل الكهرومغناطيسي

تعد الموصلات السائبة أو الكابلات التالفة من الأسباب الشائعة لفشل STO أثناء التشغيل الميداني.

2. قم بتأكيد تكوين محرك سيرفو STO

بعد التحقق من الأسلاك، يجب التحقق من معلمات محرك المؤازرة.

عادةً ما توفر محركات الأقراص المؤازرة AGV الحديثة وظائف المراقبة المتعلقة بـ STO، بما في ذلك:

• حالة إدخال STO

• كشف خطأ السلامة

• اكتشاف عدم تطابق القناة

• إعادة تشغيل الوقاية

يجب على المهندسين التأكد من:

حالة إدخال STO

عندما يكون AGV في وضع التشغيل العادي:

• قناة STO 1 = نشطة

• قناة STO 2 = نشطة

يجب أن يسمح محرك المؤازرة بإخراج عزم دوران المحرك.

عندما يتم تشغيل STO:

• قناة STO 1 = معطلة

• قناة STO 2 = معطلة

يجب أن يقوم محرك الأقراص بإزالة توليد عزم الدوران على الفور.

التحقق من معلمة السلامة

اعتمادًا على الشركة المصنعة لمحرك الأقراص المؤازرة، تحقق مما يلي:

• STO تمكين الإعداد

• قطبية مدخلات السلامة

• وضع الاستجابة للخطأ

• منع إعادة التشغيل التلقائي

• إخراج ردود الفعل التشخيصية

يمكن أن تتسبب إعدادات المعلمة غير الصحيحة في حدوث حالات يتغير فيها مدخل الأمان ولكن السلوك الحركي لا يتوافق مع التوقعات.

3. قم بإجراء التحقق من التشغيل العادي قبل اختبار STO

يجب أن يبدأ اختبار STO فقط بعد التأكد من أن AGV يعمل بشكل طبيعي.

قبل التحقق من السلامة، اختبر:

التحكم في الحركة

يؤكد:

• حركة إلى الأمام

• حركة عكسية

• عملية تحول

• تنظيم السرعة

• دقة الموقف

بالنسبة لمركبات AGV ذات المحرك التفاضلي:

• تشغيل المحرك الأيسر

• تشغيل المحرك الصحيح

• مزامنة العجلات

يجب التحقق بشكل منفصل.

التشفير وإشارات ردود الفعل

يتأكد:

• الاتصالات التشفير

• سرعة ردود الفعل الاستقرار

• دقة ردود الفعل الموقف

على الرغم من أن STO يزيل خرج عزم الدوران، إلا أن ردود فعل التشفير غير الصحيحة يمكن أن تؤثر على وظائف المنطق والتشخيص لإعادة التشغيل.

4. تنفيذ اختبارات الزناد STO

بعد تأكيد التشغيل الأساسي، يجب على المهندسين إجراء اختبارات تفعيل STO الفعلية.

الاختبار 1: اختبار زر التوقف في حالات الطوارئ

إجراء:

1. قم بتشغيل AGV بسرعة التشغيل العادية

2. اضغط على زر التوقف في حالات الطوارئ

3. مراقبة استجابة محرك سيرفو

النتيجة المتوقعة:

• يقوم جهاز التحكم PLC الآمن بإزالة إشارات STO

• يعمل محرك المؤازرة على تعطيل إخراج عزم الدوران

• يتوقف المحرك عن إنتاج القوة الدافعة

• يتم عرض حالة STO

• لا يمكن إعادة تشغيل AGV تلقائيًا

هذا يتحقق من سلسلة الأمان الكاملة للتوقف في حالات الطوارئ.

الاختبار 2: اختبار تشغيل الماسح الضوئي للسلامة

تستخدم مركبات AGV عادةً ماسحات ضوئية ليزرية آمنة للكشف عن العوائق والأشخاص.

إجراء:

1. تشغيل AGV في الوضع التلقائي

2. أدخل منطقة الكشف عن الماسح الضوئي

3. تفعيل منطقة الأمان

النتيجة المتوقعة:

• يستقبل جهاز PLC للسلامة إشارة الماسح الضوئي

• تغييرات إخراج STO

• تدخل محركات الأقراص المؤازرة إلى الحالة الآمنة

• توقف حركة المركبة حسب اشتراطات السلامة

يعد هذا الاختبار مهمًا بشكل خاص للمستودعات والمصانع التي تعمل حول العمال.

الاختبار 3: اختبار جهاز الحماية

بالنسبة لمركبات AGV المجهزة بـ:

• مصدات السلامة

• أبواب الأمان

• مفاتيح الوصول

إجراء التحقق الإضافي من STO.

مثال:

عند الضغط على مصد الأمان:

السلوك المتوقع:

• تتوقف حركة AGV

• تتم إزالة عزم الدوران المؤازر

• يظهر إنذار السلامة

• تتطلب إعادة التشغيل إعادة التعيين اليدوي

5. إجراء اختبارات محاكاة خطأ قناة STO

لا ينبغي لاختبار قبول STO الاحترافي أن يختبر التنشيط العادي فحسب، بل يجب أيضًا التحقق من اكتشاف الأخطاء.

اختبار فشل القناة STO 1

إجراء:

افصل أو قاطع قناة STO 1.

النتيجة المتوقعة:

ينبغي للنظام:

• كشف عدم تطابق القناة

• توليد خطأ السلامة

• منع حركة AGV

اختبار فشل القناة STO 2

كرر نفس الإجراء للقناة 2.

النتيجة المتوقعة:

• تم اكتشاف الخطأ

• يظل محرك المؤازرة معطلاً

• لا تحدث أي حركة غير آمنة

اختبار كشف الدائرة القصيرة

حيثما ينطبق ذلك، اختبار:

• ماس كهربائى من قناة إلى قناة

• ماس كهربائى من القناة إلى الطاقة

• ظروف خطأ الأرض

يجب أن يحدد نظام السلامة الظروف غير الطبيعية ويدخل في حالة آمنة.

6. تحقق من سلوك إعادة تشغيل STO

تعتبر إعادة التشغيل غير المتوقعة بعد إصدار STO خطرًا كبيرًا على السلامة.

لذلك، يجب اختبار سلوك إعادة التشغيل بعناية.

بعد تفعيل STO:

1. قم بإزالة مشغل الأمان

2. إعادة ضبط PLC للسلامة

3. تمكين نظام التحكم AGV

4. إرسال أمر حركة جديد

يجب أن يظل AGV ثابتًا حتى يكتمل تسلسل إعادة التشغيل الكامل.

لماذا تعتبر إعادة التشغيل التلقائي أمرًا خطيرًا؟

إذا تمت إعادة تشغيل AGV تلقائيًا بعد استرداد STO:

تشمل المخاطر المحتملة ما يلي:

• حركة غير متوقعة للمركبة

• إصابة المشغل

• الاصطدام بالمعدات

• أضرار مادية

بالنسبة لمعظم تطبيقات AGV الصناعية، يلزم إعادة التعيين اليدوي أو إعادة التشغيل المتحكم فيها.

7. قياس زمن استجابة STO ومسافة التوقف

لا يكتمل التحقق من صحة STO دون تقييم أداء التوقف.

عند تنشيط STO:

تتضمن عملية الإيقاف الكلي ما يلي:

1. وقت الكشف عن جهاز السلامة

2. وقت معالجة PLC الآمن

3. وقت نقل الإشارة STO

4. وقت إزالة عزم دوران محرك سيرفو

5. وقت التوقف الميكانيكي

العوامل المؤثرة على مسافة توقف AGV

تعتمد مسافة التوقف على:

• الوزن الإجمالي AGV

• وزن الحمولة

• سرعة السفر

• قطر العجلة

• احتكاك بالأرضية

• حالة جهد البطارية

• زمن استجابة الفرامل

بالنسبة لمركبات AGV للخدمة الشاقة، غالبًا ما يتم دمج STO مع:

• الفرامل الكهرومغناطيسية

• مكابح ميكانيكية

• وظائف التباطؤ التي تسيطر عليها

8. إجراء اختبار القبول النهائي STO والتوثيق

قبل تسليم AGV، يجب على الشركات المصنعة إنشاء تقرير كامل للتحقق من صحة STO.

يجب أن تتضمن الوثيقة:

التوثيق الكهربائي

• مخطط الأسلاك STO

• تكوين السلامة PLC

• معلمات سلامة محرك سيرفو

سجلات الاختبار

• نتائج اختبار التوقف في حالات الطوارئ

• نتائج اختبار الزناد الماسح الضوئي

• نتائج اختبار خطأ قناة STO

• إعادة تشغيل نتائج التحقق

معلومات السلامة

• مواصفات محرك سيرفو STO

• بيانات PFHd

• قيمة MTTFd

• معلومات التغطية التشخيصية

أفضل الممارسات لمصنعي AGV OEM

لتحسين موثوقية STO أثناء الإنتاج والتشغيل الميداني:

يستخدم محركات مؤازرة مع وظائف STO متكاملة

تعمل حلول المؤازرة المتكاملة على تقليل:

• الأسلاك الخارجية

• تعقيد خزانة التحكم

• وقت التكليف

وهي مناسبة بشكل خاص لـ:

• AMRs المدمجة

• روبوتات المستودعات

• روبوتات التفتيش المتنقلة

• AGVs الصناعية

تضمين اختبار STO في كل دورة إنتاج

بالنسبة لمركبات AGV ذات الإنتاج الضخم، يجب أن يصبح التحقق من صحة STO جزءًا من اختبار قبول المصنع القياسي (FAT).

الشيكات الموصى بها:

• التحقق من إدخال STO

• اختبار سلامة الاتصالات

• اختبار التوقف في حالات الطوارئ

• اختبار تشخيص الخطأ

خاتمة

يعد اختبار وظائف STO والتحقق من صحتها أثناء تشغيل AGV أمرًا ضروريًا لضمان التشغيل الآمن والموثوق. يجب أن تشمل عملية التحقق الكاملة من STO الفحص الكهربائي، وتكوين محرك المؤازرة، واختبار مشغلات السلامة، ومحاكاة الأخطاء، ومنع إعادة التشغيل، وقياس مسافة التوقف.

بالنسبة لمصنعي AGV وAMR، توفر أنظمة STO التي تم تشغيلها بشكل صحيح ما يلي:

• سلامة المشغل أعلى

• تشغيل الآلة أكثر موثوقية

• سهولة الامتثال لمعايير السلامة

• قبول العملاء بشكل أسرع

من خلال دمج اختبار STO في سير عمل تشغيل AGV، يمكن لمصنعي المعدات الأصلية تقديم مركبات ذاتية القيادة أكثر أمانًا مع أداء أمان يمكن التنبؤ به وقابل للتكرار.

3. التغطية التشخيصية المطلوبة (DC) وقيم MTTFd لدوائر السلامة AGV STO

فهم معلمات السلامة في تطبيقات AGV

عند تصميم أنظمة السلامة الخاصة بشركة AGV، يقوم المهندسون غالبًا بتقييم ما يلي:

• التغطية التشخيصية (DC)

• متوسط ​​الوقت للفشل الخطير (MTTFd)

• مستوى الأداء (رل)

• مستوى سلامة السلامة (SIL)

تحدد هذه المعلمات ما إذا كانت دائرة الأمان يمكنها اكتشاف الأعطال الخطيرة بشكل موثوق.

متطلبات التغطية التشخيصية (DC).

تصف التغطية التشخيصية مدى فعالية نظام السلامة في اكتشاف الأعطال.

الفئات النموذجية:

بالنسبة لأنظمة AGV servo STO، يفضل بشكل عام التغطية التشخيصية المتوسطة أو العالية.

تتضمن أمثلة وظائف التشخيص ما يلي:

• مراقبة قناة STO

• مقارنة عبر القنوات

• محرك ردود الفعل خطأ

• تشخيص سلامة PLC

متطلبات MTTFd ل أنظمة سيرفو AGV

يمثل MTTFd الوقت المتوقع قبل حدوث فشل خطير.

لتطبيقات AGV:

تتحسن قيم MTTFd الأعلى:

• موثوقية النظام

• تصنيف السلامة

• فترات الصيانة

عادةً ما توفر محركات الأقراص المؤازرة المزودة بوظائف STO المتكاملة بيانات السلامة بما في ذلك:

• قيمة MTTFd

• تصنيف العاصمة

• قيمة PFHd

يجب على الشركات المصنعة لـ OEM AGV طلب هذه القيم من موردي المحركات المؤازرة أثناء اختيار المكونات.

كيف تساعد المحركات المؤازرة المتكاملة في تصميم سلامة AGV

تعمل محركات مؤازرة DC المدمجة ومحركات مؤازرة BLDC مع وظائف STO على تبسيط بنية السلامة من خلال الجمع بين:

• محرك

• التشفير

• وحدة تحكم مؤازرة

• واجهة إدخال السلامة

المزايا تشمل:

• تقليل تعقيد الأسلاك

• التكليف بشكل أسرع

• خزانة تحكم أصغر

• أسهل شهادة

بالنسبة للمركبات AGV وAMRs المدمجة، أصبحت حلول المؤازرة المتكاملة ذات شعبية متزايدة لأنها تقلل من وقت تكامل النظام.

4. كيف تؤثر بنية STO على تزامن العجلة اليمنى واليسرى في مركبات AGV

لماذا تعتبر هندسة STO مهمة بالنسبة لمركبات AGV ذات المحرك التفاضلي

تستخدم معظم مركبات AGV وAMRs الصناعية بنية الدفع التفاضلي ، حيث يتحكم محركان مؤازران مستقلان في عجلات القيادة اليمنى واليسرى. ومن خلال ضبط فرق السرعة بين هذين المحركين، يمكن للمركبة التحرك للأمام والخلف والدوران والدوران في مكانها.

يتضمن المحرك التفاضلي النموذجي AGV ما يلي:

• محرك سيرفو على الجانب الأيسر

• محرك سيرفو على الجانب الأيمن

• محركات سيرفو مستقلة

• أنظمة ردود الفعل التشفير

• سلامة PLC

• مدخلات السلامة STO

في التشغيل العادي، يعمل كلا المحركين معًا من خلال خوارزميات التحكم في الحركة. ومع ذلك، عند حدوث حدث يتعلق بالسلامة، تحدد بنية STO مدى سرعة وأمان دخول كلا المحركين إلى حالة توقف عزم الدوران.

يمكن لنظام STO المصمم بشكل غير صحيح أن يخلق سلوكًا غير متساوٍ للعجلة، مما يؤدي إلى:

• دوران AGV غير متوقع

• مسافة توقف أطول

• عدم استقرار الحمولة

• انخفاض أداء السلامة

لذلك، يجب أن يأخذ تصميم STO في الاعتبار مزامنة كل من الدفع بالعجلات اليسرى واليمنى.

فهم التحكم في حركة المحرك التفاضلي AGV

كيف تتحكم المحركات اليسرى واليمنى في حركة AGV

يقوم المحرك التفاضلي AGV بتغيير الاتجاه من خلال التحكم في علاقة السرعة بين العجلتين.

أمثلة:

حركة مستقيمة

كلا المحركين يدوران بنفس السرعة:

• المحرك الأيسر = 100 دورة في الدقيقة

• المحرك الأيمن = 100 دورة في الدقيقة

نتيجة:

• يتحرك AGV للأمام بشكل مستقيم

انعطف يمينًا

العجلة اليسرى تدور بشكل أسرع:

• المحرك الأيسر = 120 دورة في الدقيقة

• المحرك الأيمن = 80 دورة في الدقيقة

نتيجة:

• AGV يستدير لليمين بسلاسة

الدورية في المكان

تدور المحركات في اتجاهين متعاكسين:

• المحرك الأيسر = للأمام

• المحرك الأيمن = عكسي

نتيجة:

• يدور AGV حول محوره المركزي

ونظرًا لأن كلا المحركين يؤثران بشكل مباشر على ثبات السيارة، فإن وظائف السلامة مثل STO يجب أن تقوم بإيقاف تشغيل كلا نظامي القيادة بطريقة منسقة.

كيف يعمل STO في أنظمة AGV ثنائية المحرك

بنية STO ثنائية القناة النموذجية

تستخدم بنية أمان AGV القياسية جهاز PLC للسلامة للتحكم في كلا محركي المؤازرة.

مثال:

أجهزة السلامة (E-Stop / الماسح الضوئي / المصد) ↓ جهاز التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) للسلامة ↓ قناة STO 1 ───── محرك المؤازرة الأيسر └───── محرك المؤازرة الأيمن قناة STO 2 ───── محرك المؤازرة الأيسر └───── محرك سيرفو الأيمن ↓ المحرك الأيسر + المحرك الأيمن 

عند وقوع حدث يتعلق بالسلامة:

1. سلامة PLC تكتشف الخطر

2. تمت مقاطعة كلتا القناتين STO

3. محرك سيرفو الأيسر يزيل عزم الدوران

4. محرك المؤازرة الأيمن يزيل عزم الدوران

5. يدخل AGV إلى حالة آمنة

الهدف هو التأكد من توقف العجلتين عن توليد القوة الدافعة في نفس الوقت تقريبًا.

لماذا يجب أن تدخل كلتا العجلتين إلى STO في وقت واحد

1. منع دوران AGV غير المتوقع

إذا دخل محرك واحد فقط إلى STO بينما يستمر الآخر في إنتاج عزم الدوران، فقد يدور AGV بشكل غير متوقع.

مثال:

قبل ستو:

• المحرك الأيسر: 200 دورة في الدقيقة

• المحرك الأيمن: 200 دورة في الدقيقة

وقوع حدث السلامة:

• المحرك الأيسر: تم تفعيل STO

• المحرك الأيمن: لا يزال يعمل بسرعة 200 دورة في الدقيقة

نتيجة:

• تستمر العجلة اليمنى في الدفع

• يدور AGV حول العجلة المتوقفة

وهذا يمكن أن يخلق مخاطر الاصطدام، خاصة في ممرات المصنع الضيقة.

2. الحفاظ على ثبات المركبة تحت الأحمال الثقيلة

غالبًا ما تنقل مركبات AGV الثقيلة ما يلي:

• مكونات السيارات

• المنصات

• مواد خام

• المعدات الصناعية

عندما تفقد إحدى العجلات عزم الدوران قبل الأخرى:

العواقب المحتملة:

• تحويل الأحمال

• قوة الكبح غير متساوية

• انحراف المركبة عن المسار

• زيادة مسافة التوقف

بالنسبة لمركبات AGV ذات الحمولة العالية، تعد الاستجابة المتزامنة لـ STO ذات أهمية خاصة.

3. تجنب الإجهاد الميكانيكي غير المتساوي

يمكن أن تؤدي إزالة عزم الدوران غير المتماثل إلى خلق ضغط إضافي على:

• علب التروس

• وصلات العجلات

• مهاوي القيادة

• الإطارات الميكانيكية

يعمل تصميم STO المتزامن على تقليل الصدمات الميكانيكية أثناء التوقف في حالات الطوارئ.

طرق تنفيذ STO لمحركات المؤازرة اليسرى واليمنى

الطريقة الأولى: التحكم المشترك في STO ثنائي القناة

هذا هو النهج الأكثر شيوعًا لمركبات AGV الصناعية.

يتلقى كلا محركي المؤازرة نفس إشارات STO.

مثال:

المزايا:

• الأسلاك البسيطة

• سهولة التحقق من السلامة

• توقيت الاغلاق المستمر

مناسبة ل:

• مستودع AGVs

• روبوتات نقل المصانع

• AMRs في الأماكن المغلقة

الطريقة الثانية: مراقبة STO الفردية

بالنسبة لمركبات AGV ذات الأداء العالي، قد يكون لكل محرك محرك مراقبة مستقلة للسلامة.

مثال:

جهاز PLC للسلامة ↓ مراقبة STO الأيسر ← محرك المؤازرة الأيسر مراقبة STO الأيمن ← محرك المؤازرة الأيمن 

المزايا:

• تشخيص الأخطاء الفردية

• استكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل أفضل

• قدرة تشخيصية أعلى

مناسبة ل:

• مركبات AGV ذات الحمولة الثقيلة

• الروبوتات المتنقلة في الهواء الطلق

• تطبيقات السلامة الحرجة

كيف يؤثر وقت استجابة محرك سيرفو على تزامن العجلات

حتى عندما يتلقى كلا المحركين أوامر STO في وقت واحد، فقد يختلف الوقت الفعلي لإزالة عزم الدوران.

تشمل العوامل ما يلي:

• تصميم أجهزة محرك سيرفو

• وقت المعالجة الداخلية

• تأخير الاتصالات

• القصور الذاتي الحركي

• حالة التحميل

على سبيل المثال:

استجابة STO المؤازرة اليسرى:

• 5 مللي ثانية

استجابة STO المؤازرة الصحيحة:

• 8 مللي ثانية

قد يبدو الفرق البالغ 3 مللي ثانية صغيرًا، ولكن عند سرعات AGV العالية يمكن أن يؤثر على سلوك التوقف.

أفضل الممارسات لتحسين مزامنة STO

1. استخدم المحركات المؤازرة ومحركات الأقراص المتطابقة

بالنسبة لمركبات AGV ذات المحرك التفاضلي، يساعد اختيار أنظمة مؤازرة متطابقة في الحفاظ على:

• وقت استجابة مماثل

• خصائص عزم الدوران مماثلة

• التشخيص المتسق

أمثلة:

• نفس سلسلة المحركات

• نفس نوع التشفير

• نفس محرك المؤازرة المصنف STO

2. استخدم STO المعتمد على الأجهزة بدلاً من الاتصال القياسي

على الرغم من أن بعض مركبات AGV تستخدم وظائف السلامة القائمة على الاتصالات، إلا أن مدخلات STO للأجهزة غالبًا ما تكون مفضلة لوظائف السلامة في حالات الطوارئ.

المزايا:

• استجابة أسرع

• مستقلة عن الاتصالات البرمجيات

• أسهل التحقق من السلامة

3. مزامنة التحكم في الفرامل مع STO

بالنسبة لمركبات AGV الثقيلة، قد لا يوفر STO وحده قوة إيقاف كافية.

استراتيجية السلامة المشتركة:

توقف عادي:

→ التباطؤ الذي تسيطر عليه المؤازرة

التوقف في حالات الطوارئ:

→ إزالة عزم الدوران المؤازر + تفعيل الفرامل الميكانيكية

يجب أن يتم تنشيط نظام الفرامل باستمرار على كلا العجلتين.

4. التحقق من صحة أداء التوقف الأيسر والأيمن

أثناء التشغيل، يجب على المهندسين قياس:

• وقت الزناد STO

• وقت توقف العجلة اليسرى

• وقت توقف العجلة اليمنى

• مسافة توقف السيارة

• انحراف اتجاه السيارة

يجب أن يتوقف AGV بدون:

• الدوران المفرط

• الانجراف الجانبي

• عدم استقرار التحميل

معايير السلامة STO وAGV

عند تصميم أنظمة STO، يأخذ مصنعو AGV في الاعتبار عادةً ما يلي:

إيك 61800-5-2

يحدد الوظائف المتعلقة بالسلامة لمحركات الأقراص ذات السرعة القابلة للتعديل، بما في ذلك:

• إيقاف عزم الدوران الآمن (STO)

• وظائف التوقف الآمن

ايزو 13849-1

تستخدم للتقييم:

• مستوى الأداء (رل)

• موثوقية دائرة السلامة

• التغطية التشخيصية

إيك 62061

يوفر متطلبات دورة حياة السلامة لأنظمة التحكم في الآلات.

اعتبارات خاصة للمركبات ذات الدفع التفاضلي للخدمة الشاقة

بالنسبة للمركبات الزراعية التي تحمل حمولات كبيرة، يجب تقييم عوامل السلامة الإضافية.

أحمال القصور الذاتي العالية

تستمر الأحمال الثقيلة في التحرك بعد إزالة عزم الدوران.

يعتبر:

• عزم الفرامل

• احتكاك العجلة

• حالة الكلمة

• حدود السرعة

عملية مائلة

تتطلب مركبات AGV العاملة على المنحدرات اهتمامًا إضافيًا.

بدون الكبح المناسب:

• قد تتدحرج السيارة للخلف

• قد ينخفض ​​استقرار التحميل

الحلول الموصى بها:

• محركات مؤازرة ذات مكابح كهرومغناطيسية

• STO مدمج مع فرامل تثبيت ميكانيكية

تطبيقات AGV في الهواء الطلق

قد تواجه مركبات AGV الخارجية ما يلي:

• الأسطح غير المستوية

• التغيرات في درجات الحرارة

• التعرض للماء والغبار

ميزات المحرك الموصى بها:

• حماية IP65/IP67

• مقاومة عالية للاهتزاز

• عملية STO مستقرة في ظل البيئات القاسية

خاتمة

تؤثر بنية STO بشكل مباشر على سلامة واستقرار مزامنة العجلات اليمنى واليسرى في مركبات AGV ذات الدفع التفاضلي. نظرًا لأن كلتا العجلتين تحددان حركة السيارة واتجاهها، يجب أن يدخل كلا محركي المؤازرة إلى حالة STO بشكل موثوق وفي وقت واحد.

يجب أن يوفر نظام AGV STO المصمم جيدًا ما يلي:

• التحكم في السلامة ثنائي القناة

• إزالة عزم الدوران المتزامن

• اكتشاف خطأ موثوق

• سلوك إعادة التشغيل المتحكم فيه

• التحقق من توقف الأداء

بالنسبة لمصنعي AGV وAMR، يؤدي اختيار المحركات المؤازرة ذات وظيفة STO المدمجة إلى تبسيط تصميم السلامة مع تحسين موثوقية النظام، وكفاءة التشغيل، والامتثال لمتطلبات السلامة الوظيفية الدولية.

5. كيف يؤثر STO على مسافة انزلاق مركبات AGV للخدمة الشاقة بعد إزالة عزم الدوران

STO لا يعني التوقف الميكانيكي الفوري

من سوء الفهم الشائع أن STO يوقف AGV على الفور.

في الحقيقة:

يزيل STO توليد عزم دوران المحرك.

قد يستمر AGV في التحرك بسبب:

• القصور الذاتي للمركبة

• وزن الحمولة

• احتكاك بالأرضية

• قطر العجلة

• سرعة

• زاوية المنحدر

تسمى هذه الحركة المتبقية مسافة الانزلاق.

العوامل المؤثرة على مسافة انزلاق AGV بعد STO

1. إجمالي كتلة المركبة

تتطلب AGV الأثقل مسافة توقف أطول.

مثال:

تتمتع مركبة AGV بوزن 500 كجم وتحمل حمولة 1000 كجم بقصور ذاتي أعلى بكثير من السيارة غير المحملة.

2. سرعة السفر

تزداد مسافة التوقف تقريبًا مع مربع السرعة.

السرعة العالية تتطلب:

• مسافة أمان أطول

• الكشف المبكر عن الماسح الضوئي

3. حالة العجلة والأرضية

تشمل العوامل ما يلي:

• مادة الإطارات

• نظافة الارضيات

• معامل الاحتكاك السطحي

الأرضيات الرطبة أو المتربة تزيد من مسافة الانزلاق.

4. وقت استجابة الفرامل الميكانيكية

بالنسبة لمركبات AGV الثقيلة:

غالبًا ما يتم دمج STO مع:

• الفرامل المطبقة الربيع

• الفرامل الكهرومغناطيسية

يؤثر تأخير الفرامل بشكل مباشر على أداء التوقف.

كيف يتحقق مهندسو AGV من مسافة التوقف STO

أثناء اختبار القبول:

يقيس:

1. سرعة تشغيل AGV

2. موقف الزناد STO

3. وقت إزالة عزم دوران المحرك

4. موقف التوقف النهائي

يجب أن تستوفي المسافة المقاسة متطلبات السلامة المحددة بواسطة:

• تقييم المخاطر

• تكوين الماسح الضوئي للسلامة

• بيئة تشغيل AGV

اعتبارات إضافية لقبول نظام AGV STO

التحقق من تكوين البرنامج

قبل التسليم، يجب على المهندسين التحقق مما يلي:

• معلمات STO

• البرامج الثابتة لمحرك سيرفو

• منطق السلامة PLC

• حالة الاتصال

• استراتيجية التعامل مع الأخطاء

اختبار الموثوقية البيئية

غالبًا ما تعمل مركبات AGV بشكل مستمر.

يجب اختبار أنظمة STO تحت:

• الحمولة القصوى

• السرعة القصوى

• اختلاف درجات الحرارة

• دورات تشغيل طويلة

الوثائق المطلوبة لتسليم OEM

يجب أن تتضمن حزمة قبول AGV STO الاحترافية ما يلي:

• التخطيطي الكهربائي

• مخطط الأسلاك STO

• تقرير التحقق من السلامة

• سجلات الاختبار

• بيانات سلامة محرك سيرفو

• وثائق تقييم المخاطر

الخلاصة: بناء موثوق أنظمة AGV Servo STO من الأسلاك إلى التحقق من الصحة

يتطلب نظام أمان AGV الموثوق به أكثر من مجرد اختيار محركات مؤازرة مع وظيفة STO. تتضمن العملية الكاملة توصيلات صحيحة مزدوجة القناة، وتكامل PLC آمنًا، واختبارًا وظيفيًا، والتحقق التشخيصي، والتحقق من مسافة التوقف.

بالنسبة لمصنعي AGV وAMR، توفر المحركات المؤازرة ذات وظائف STO المتكاملة مزايا كبيرة:

• بنية السلامة المبسطة

• انخفاض الأسلاك

• التكليف بشكل أسرع

• موثوقية أعلى

• سهولة الامتثال لمعايير السلامة الدولية

من خلال اتباع عملية تشغيل وقبول STO منظمة، يمكن لمصنعي المعدات الأصلية بناء مركبات AGV أكثر أمانًا مع سلوك توقف يمكن التنبؤ به وموثوقية تشغيلية طويلة المدى.

الأسئلة الشائعة حول اختبار AGV Servo STO والتحقق من صحته

الأسئلة الشائعة 1: ما هو اختبار STO في أنظمة مؤازرة AGV؟

إجابة:

اختبار STO في أنظمة مؤازرة AGV هو عملية التحقق من أن وظيفة إيقاف عزم الدوران الآمن تعمل بشكل صحيح عند حدوث حدث يتعلق بالسلامة. إنه يؤكد أن محرك المؤازرة يمكنه إزالة عزم دوران المحرك بأمان بعد تلقي الإشارات من أجهزة السلامة مثل توقف الطوارئ، والماسحات الضوئية للسلامة، وPLCs للسلامة.

أثناء التشغيل، يقوم المهندسون باختبار أسلاك STO، واستجابة محرك الأقراص، واكتشاف الأخطاء، ومنع إعادة التشغيل، وإيقاف الأداء لضمان عمل AGV بأمان.

الأسئلة الشائعة 2: ما أهمية التحقق من صحة STO أثناء تشغيل AGV؟

إجابة:

يعد التحقق من صحة STO أمرًا ضروريًا لأن تثبيت محرك سيرفو يدعم STO لا يضمن تلقائيًا نظام AGV آمنًا. يجب اختبار سلسلة الأمان الكاملة، بما في ذلك أجهزة استشعار الأمان، ومنطق PLC، ومدخلات STO، ومحركات المؤازرة، واستجابة المحرك.

يساعد التحقق السليم من STO على منع:

• حركة AGV غير متوقعة

• فشل دائرة السلامة

• سلوك التوقف في حالات الطوارئ غير صحيح

• مشاكل التصديق أثناء قبول العملاء

الأسئلة الشائعة 3: كيف يمكنك اختبار مدخلات STO ثنائية القناة على محرك سيرفو AGV؟

إجابة:

يتطلب اختبار STO ثنائي القناة التحقق من مدخلات STO1 وSTO2 بشكل مستقل.

يتضمن إجراء الاختبار النموذجي ما يلي:

1. تحقق من الأسلاك STO1 وSTO2

2. تفعيل توقف الطوارئ أو الماسح الضوئي للسلامة

3. تأكد من تحول كلتا القناتين STO إلى حالة آمنة

4. تحقق من ملاحظات حالة محرك سيرفو STO

5. تأكد من أن المحرك لا يمكنه توليد عزم الدوران

يجب على المهندسين أيضًا فصل كل قناة STO بشكل منفصل لتأكيد القدرة على اكتشاف الأخطاء.

الأسئلة الشائعة 4: ماذا يحدث عند تنشيط STO على محرك سيرفو AGV؟

إجابة:

عند تنشيط STO، يقوم محرك المؤازرة على الفور بتعطيل مرحلة الطاقة، مما يمنع المحرك من إنتاج عزم الدوران.

سوف يقوم محرك AGV بما يلي:

• التوقف عن توليد القوة الدافعة

• أدخل حالة آمنة لعزم الدوران

• الإبلاغ عن حالة STO أو خطأ في السلامة

ومع ذلك، فإن نظام STO لا يقوم بفرامل السيارة بشكل فعال. قد تستمر مركبة AGV في التحرك بسبب القصور الذاتي ووزن الحمولة وظروف الأرضية.

الأسئلة الشائعة 5: كيف يؤثر STO على مزامنة العجلات اليمنى واليسرى في مركبات AGV ذات الدفع التفاضلي؟

إجابة:

بالنسبة لمركبات AGV ذات المحرك التفاضلي، يجب أن تتلقى محركات المؤازرة اليسرى واليمنى أوامر STO في وقت واحد.

إذا دخلت إحدى العجلات إلى STO قبل الأخرى:

• قد يدور AGV بشكل غير متوقع

• قد ينخفض ​​استقرار السيارة

• قد تتغير الأحمال الثقيلة

• قد تزيد مسافة التوقف

تضمن بنية STO المتزامنة ثنائية القناة أن يقوم كلا محركي الدفع بإزالة عزم الدوران في نفس الوقت تقريبًا.

الأسئلة الشائعة 6: هل يمكن إعادة تشغيل AGV تلقائيًا بعد إصدار STO؟

إجابة:

بشكل عام، لا ينبغي إعادة تشغيل AGVs تلقائيًا بعد تنشيط STO.

يتطلب تسلسل إعادة التشغيل الآمن عادةً ما يلي:

1. قم بإزالة مشغل الأمان

2. إعادة ضبط PLC للسلامة

3. تمكين نظام التحكم AGV

4. إرسال أمر حركة جديد

يؤدي منع إعادة التشغيل التلقائي إلى تقليل مخاطر حركة السيارة غير المتوقعة بالقرب من المشغلين.

الأسئلة الشائعة 7: ما هي الاختبارات التي يجب تضمينها في اختبار قبول AGV STO؟

إجابة:

يجب أن يتضمن اختبار القبول الكامل لـ AGV STO ما يلي:

• اختبار التوقف في حالات الطوارئ

• اختبار تفعيل الماسح الضوئي للسلامة

• اختبار فشل قناة STO

• إعادة تشغيل اختبار الوقاية

• اختبار تشخيص خطأ محرك سيرفو

• وقف قياس المسافة

تتحقق هذه الاختبارات من أن نظام السلامة AGV يلبي متطلبات التصميم قبل التسليم.

الأسئلة الشائعة 8: هل يقوم STO بإيقاف AGV على الفور؟

إجابة:

لا، يعمل نظام STO على إزالة عزم دوران المحرك ولكنه لا يوقف السيارة فعليًا على الفور.

تعتمد مسافة التوقف الفعلية على:

• وزن اي جي في

• كتلة الحمولة

• سرعة السفر

• احتكاك العجلة

• زمن استجابة الفرامل

• ظروف الكلمة

بالنسبة لمركبات AGV للخدمة الشاقة، غالبًا ما يتم دمج STO مع الفرامل الميكانيكية أو وظائف التباطؤ التي يتم التحكم فيها.

الأسئلة الشائعة 9: ما هي معايير السلامة التي يجب التحقق منها في أنظمة AGV STO؟

إجابة:

تتضمن معلمات السلامة المهمة ما يلي:

• التغطية التشخيصية (DC)

• متوسط ​​الوقت للفشل الخطير (MTTFd)

• احتمالية الفشل الخطير في الساعة (PFHd)

• مستوى الأداء (رل)

• مستوى سلامة السلامة (SIL)

تساعد هذه القيم في تحديد ما إذا كان نظام الأمان AGV يلبي متطلبات السلامة الوظيفية.

الأسئلة الشائعة 10: لماذا يختار مصنعو AGV؟ محركات مؤازرة مع وظائف STO متكاملة?

إجابة:

تعمل محركات STO المؤازرة المدمجة على تبسيط تصميم سلامة AGV من خلال الجمع بين وظائف التحكم في المحرك والسلامة في حل واحد مدمج.

تشمل الفوائد ما يلي:

• تقليل تعقيد الأسلاك

• خزائن تحكم أصغر

• التكليف بشكل أسرع

• أسهل التحقق من السلامة

• تحسين موثوقية النظام

وهي تستخدم على نطاق واسع في:

• AGVs

• مضادات مضادات الميكروبات

• روبوتات المستودعات

• أنظمة أتمتة المصانع الذكية