Kaksikanavaisesta johdotuksesta hyväksymistestaukseen: AGV Servo STO -järjestelmien käyttöönotto ja validointi

Johdanto: Miksi STO:n käyttöönotosta on tullut kriittistä nykyaikaisille automaattitrukkijärjestelmille

Koska automaattisia ohjattuja ajoneuvoja (AGV) ja autonomisia mobiilirobotteja (AMR) käytetään yhä enemmän tehtaissa, varastoissa ja logistiikkakeskuksissa, toiminnallisesta turvallisuudesta on tullut yksi tärkeimmistä tekijöistä järjestelmäintegraation aikana. Toisin kuin perinteiset kuljetinjärjestelmät, automaattitrukit toimivat dynaamisissa ympäristöissä, joissa ihmiset, koneet ja liikkuvat robotit jakavat saman työtilan.

Safe Torque Off (STO) -toiminto AGV-servokäytöissä tarjoaa luotettavan tavan pysäyttää moottorin vääntömomentin muodostuminen välittömästi turvallisuustapahtuman, kuten hätäpysäytysaktivoinnin, turvaskannerin havaitsemisen, suojaluukun avaamisen tai turva-PLC-toimien sattuessa.

Pelkkä STO-toiminnolla varustettujen servomoottorien asentaminen ei kuitenkaan takaa turvallista AGV-järjestelmää. OEM-valmistajien ja järjestelmäintegraattoreiden on suunniteltava asianmukaisesti turvallisuusarkkitehtuuri, suoritettava kaksikanavaiset johdotukset, määritettävä parametrit, tarkistettava diagnostiikkatoiminnot ja suoritettava hyväksymistestit turvallisuusvaatimusten mukaisesti.

Tässä artikkelissa selitetään koko AGV-servo STO -käyttöönottoprosessi, joka kattaa:

• Kuinka kytkeä kaksikanavaiset STO-piirit turva-PLC:iden ja servokäyttöjen välille

• Kuinka testata ja validoida STO-toimintoja AGV:n käyttöönoton aikana

• Vaaditut diagnostiikkakattavuuden (DC) ja MTTFd-arvot AGV-turvapiireille

• Miten STO-arkkitehtuuri vaikuttaa kaksipyöräisiin tasauspyörästöautoihin

• Kuinka STO vaikuttaa jarrutusmatkaan raskaan kuorman AGV-sovelluksissa

1. Kaksikanavaisten STO-piirien liittäminen AGV-servokäyttöihin

Ymmärtäminen Kaksikanavainen STO-arkkitehtuuri AGV-järjestelmissä

Nykyaikaiset AGV-servojärjestelmät käyttävät tyypillisesti kaksikanavaisia ​​STO-tuloja korkeamman toiminnallisen turvallisuustason saavuttamiseksi. Kaksikanavainen rakenne tarkoittaa, että kahta erillistä turvasignaalia on valvottava erikseen.

Sen sijaan, että turvautuisi yhteen hätäpysäytyssignaaliin, turvaohjain tarkistaa jatkuvasti kahta itsenäistä kanavaa:

• STO-kanava 1 (STO1)

• STO-kanava 2 (STO2)

Kun molemmat kanavat keskeytyvät, servokäyttö poistaa välittömästi moottorin vääntömomentin ulostulon.

Tyypillinen AGV-turvaarkkitehtuuri sisältää:

Turvalaitteet → Turva-PLC → STO-tulot → Servokäytöt → AGV-moottorit

Yleisiä turvasyöttölaitteita ovat:

• Hätäpysäytyspainikkeet

• Turvalaserskannerit

• Turvapuskurit

• Turvaovikytkimet

• Turvavaloverhot

Turva-PLC arvioi nämä signaalit ja lähettää turvallisen sammutuskomennon AGV-servokäytöille.

Tyypillinen kaksikanavainen STO-johdotusmenetelmä

AGV-sovelluksissa STO-johdotus noudattaa yleensä tätä rakennetta:

Normaalin toiminnan aikana:

• STO1 = PÄÄLLÄ

• STO2 = PÄÄLLÄ

• Servokäyttö mahdollistaa vääntömomentin

Turvallisuustapahtuman aikana:

• STO1 = POIS

• STO2 = POIS

• Servokäyttö poistaa välittömästi vääntömomentin muodostumisen

Moottori itse ei saa jarrutuskäskyä. Sen sijaan käyttöelektroniikka estää tehoasteen, mikä estää sähköisen vääntömomentin tuotannon.

Miksi AGV-valmistajat suosivat kaksikanavaista STO:ta

AGV-autot toimivat usein seuraavien paikkojen ympärillä:

• Tehdastyöläiset

• Haarukkatrukit

• Automatisoidut tuotantolinjat

• Robottisolut

• Arvokkaat materiaalit

Yksikanavaisella turvapiirillä on useita rajoituksia:

• Katkentunutta johtoa ei ehkä havaita

• Epäonnistunut turvakosketus voi jäädä huomaamatta

• Diagnostiikkakyky on rajallinen

Kaksikanavainen STO parantaa:

1. Viantunnistuskyky

Järjestelmä voi tunnistaa:

• Avoimen piirin viat

• Oikosulkuja

• Kanavien yhteensopimattomuusvirheet

2. Turvallisuus Eheys

Redundantti arkkitehtuuri auttaa AGV-valmistajia saavuttamaan korkeamman turvallisuustason, kuten:

• PL d

• PL e

riippuen täydellisestä turvasuunnittelusta.

3. Helpompi sertifiointi

OEM-automaattivaunujen valmistajille standardoitu kaksikanavainen STO-arkkitehtuuri yksinkertaistaa seuraavien vaatimusten noudattamista:

• ISO 13849-1

• IEC 61800-5-2

• IEC 62061

Jkongmotor mukautetut servomoottoriliikkeet

Yhden luukun integroitu DC-servomoottoriratkaisujen tarjoaja

2. Kuinka testata ja validoida STO-toiminto AGV:n käyttöönoton aikana

Miksi STO-testaus on kriittinen AGV-käyttöönoton aikana

AGV- ja AMR-valmistajille Safe Torque Off (STO) -validointi on yksi tärkeimmistä vaiheista ennen laitteiden toimitusta ja massatuotantoa. Vaikka servokäytöt, joissa on integroidut STO-toiminnot, voivat nopeasti poistaa moottorin vääntömomentin turvatapahtuman aikana, koko turvaketju on tarkistettava luotettavan toiminnan varmistamiseksi.

Täydellinen STO-käyttöönottoprosessi vahvistaa, että:

• Turvalaitteet laukaisevat STO:n sammutuksen oikein

• Turva-PLC-logiikka toimii suunnitellusti

• Servokäytöt vastaavat oikein STO-komentoihin

• Molemmat STO-kanavat toimivat itsenäisesti

• AGV ei voi käynnistyä uudelleen odottamatta turvapysähdyksen jälkeen

• Suorituksen pysäyttäminen täyttää riskiarvioinnin vaatimukset

Toisin kuin tavallinen moottoritoimintotesti, STO-testaus on toiminnallisen turvallisuuden validointiprosessi . Se varmistaa, että automaattitrukki voi siirtyä turvalliseen tilaan aina, kun käyttäjät, laitteet tai ympäristö ovat vaarassa.

AGV STO:n käyttöönottotestiprosessi

Ammattimainen AGV STO -validointimenettely sisältää yleensä viisi päävaihetta:

1. Sähköjohtojen tarkastus

2. Servokäytön STO-kokoonpanon tarkistus

3. Turvatoimintojen aktivointitestaus

4. Vikasimulaatiotestaus

5. Lopullinen hyväksymisasiakirja

Jokainen vaihe varmistaa eri osan turvallisuusarkkitehtuurista.

1. Tarkista STO-johdotus ennen käynnistystä

Ennen STO-toiminnon testaamista insinöörien tulee ensin varmistaa, että kaksikanavainen turvajohdotus on asennettu oikein.

Tyypillinen AGV STO -piiri sisältää:

Hätäpysäytys / turvaskanneri / turva-PLC → STO-kanava 1 ja STO-kanava 2 → servokäyttö → AGV-moottori

Johtojen tarkastuksen aikana insinöörien tulee tarkistaa:

STO-kanavan itsenäisyys

Kahden STO-kanavan on pysyttävä sähköisesti riippumattomina.

Esimerkkejä virheellisistä kytkennöistä:

• STO1:n ja STO2:n yhdistäminen yhteen

• Jaetaan yksi turvalähtö molemmille kanaville

• Normaalin PLC-lähdön käyttäminen turvaluokitellun lähdön sijaan

Nämä virheet voivat estää järjestelmää saavuttamasta vaadittua turvallisuustasoa.

Johdon jatkuvuuden tarkistus

Varmista ennen virran kytkemistä:

• STO1 signaalin jatkuvuus

• STO2 signaalin jatkuvuus

• 24V turvasyöttöjännite

• Maadoitusliitäntä

• Liittimen lukitustila

Teollisuusympäristöissä toimivien automaattitrukkien osalta insinöörien tulee myös tarkistaa:

• Kaapelin suojaus

• Tärinänkestävyys

• Suojaus sähkömagneettisilta häiriöiltä

Löysät liittimet tai vaurioituneet kaapelit ovat yleisiä STO-vikojen syitä kenttäkäytön aikana.

2. Vahvista Servo Drive STO -kokoonpano

Johdotuksen tarkastuksen jälkeen servokäytön parametrit tulee tarkistaa.

Nykyaikaiset AGV-servokäytöt tarjoavat yleensä STO:iin liittyviä valvontatoimintoja, mukaan lukien:

• STO-tulon tila

• Turvallisuusvian havaitseminen

• Kanavien yhteensopimattomuuden tunnistus

• Aloita ehkäisy uudelleen

Insinöörien tulee vahvistaa:

STO-tulon tila

Kun automaattitrukki on normaalissa käytössä:

• STO-kanava 1 = aktiivinen

• STO-kanava 2 = aktiivinen

Servokäytön tulee sallia moottorin vääntömomentti.

Kun STO laukeaa:

• STO-kanava 1 = Ei käytössä

• STO-kanava 2 = Ei käytössä

Taajuusmuuttajan tulee välittömästi poistaa vääntömomentin muodostuminen.

Turvaparametrien tarkistus

Tarkista servokäytön valmistajasta riippuen:

• STO-aktivointiasetus

• Turvatulon napaisuus

• Vikavastaustila

• Automaattinen uudelleenkäynnistyksen esto

• Diagnostinen palautelähtö

Väärät parametriasetukset voivat aiheuttaa tilanteita, joissa turvatulo muuttuu, mutta moottorin käyttäytyminen ei vastaa odotuksia.

3. Suorita normaalin toiminnan tarkastus ennen STO-testausta

STO-testaus tulee aloittaa vasta sen jälkeen, kun on varmistettu, että automaattitrukki toimii normaalisti.

Ennen turvallisuuden validointia testaa:

Liikeohjaus

Vahvista:

• Liike eteenpäin

• Käänteinen liike

• Kääntötoiminto

• Nopeuden säätö

• Asennon tarkkuus

Tasauspyörästövetoiset AGV:t:

• Vasemman moottorin toiminta

• Oikea moottorin toiminta

• Pyörän synkronointi

kannattaa tarkistaa erikseen.

Enkooderi ja palautesignaalit

Vahvistaa:

• Enkooderin viestintä

• Nopeuspalautteen vakaus

• Paikkapalautteen tarkkuus

Vaikka STO poistaa momentin ulostulon, väärä anturin palaute voi vaikuttaa uudelleenkäynnistyslogiikkaan ja diagnostiikkatoimintoihin.

4. Suorita STO-laukaisutestit

Kun perustoiminta on vahvistettu, insinöörien tulee suorittaa varsinaiset STO-aktivointitestit.

Testi 1: Hätäpysäytyspainikkeen testi

Toimenpide:

1. Käytä AGV:tä normaalilla käyttönopeudella

2. Paina hätäpysäytyspainiketta

3. Tarkkaile servokäytön vastetta

Odotettu tulos:

• Turva-PLC poistaa STO-signaalit

• Servokäyttö estää vääntömomentin ulostulon

• Moottori lakkaa tuottamasta käyttövoimaa

• STO-tila näytetään

• AGV ei voi käynnistyä uudelleen automaattisesti

Tämä varmistaa koko hätäpysäytysturvaketjun.

Testi 2: Turvaskannerin laukaisutesti

Automaattivaunut käyttävät yleisesti turvalaserskannereita esteiden ja ihmisten havaitsemiseen.

Toimenpide:

1. Käytä AGV:tä automaattitilassa

2. Siirry skannerin tunnistusalueelle

3. Laukaise turvavyöhyke

Odotettu tulos:

• Turva-PLC vastaanottaa skannerin signaalin

• STO-lähtö muuttuu

• Servokäytöt siirtyvät turvalliseen tilaan

• Ajoneuvon liike pysähtyy turvallisuusvaatimusten mukaisesti

Tämä testi on erityisen tärkeä työntekijöiden ympärillä toimiville varasto- ja tehdasautoille.

Testi 3: Suojalaitteen testi

Automaattitrukeille, jotka on varustettu:

• Turvapuskurit

• Turvaovet

• Pääsykytkimet

Suorita ylimääräinen STO-tarkistus.

Esimerkki:

Kun turvapuskuria painetaan:

Odotettu käyttäytyminen:

• AGV:n liike pysähtyy

• Servon vääntömomentti on poistettu

• Turvahälytys tulee näkyviin

• Uudelleenkäynnistys vaatii manuaalisen nollauksen

5. Suorita STO-kanavan vikasimulaatiotestit

Ammattimainen STO-hyväksyntätesti ei vain testaa normaalia aktivointia, vaan myös varmistaa vian havaitsemisen.

STO-kanavan 1 virhetesti

Toimenpide:

Katkaise tai katkaise STO-kanava 1.

Odotettu tulos:

Järjestelmän pitäisi:

• Tunnista kanavan yhteensopimattomuus

• Luo turvallisuusvika

• Estä AGV:n liikkuminen

STO-kanavan 2 virhetesti

Toista sama toimenpide kanavalle 2.

Odotettu tulos:

• Vika havaittu

• Servokäyttö pysyy poissa käytöstä

• Turvatonta liikettä ei tapahdu

Oikosulun tunnistustesti

Testaa tarvittaessa:

• Kanavien välinen oikosulku

• Oikosulku kanavasta tehoon

• Maavikaolosuhteet

Turvajärjestelmän tulee tunnistaa epänormaalit olosuhteet ja siirtyä turvalliseen tilaan.

6. Tarkista STO:n uudelleenkäynnistyskäyttäytyminen

Odottamaton uudelleenkäynnistys STO-julkaisun jälkeen on suuri turvallisuusriski.

Siksi uudelleenkäynnistyskäyttäytyminen on testattava huolellisesti.

STO-aktivoinnin jälkeen:

1. Irrota turvaliipaisin

2. Nollaa turva-PLC

3. Ota AGV-ohjausjärjestelmä käyttöön

4. Lähetä uusi liikekomento

Automaattivaunun tulee pysyä paikallaan, kunnes täydellinen uudelleenkäynnistysjakso on suoritettu.

Miksi automaattinen uudelleenkäynnistys on vaarallista

Jos AGV käynnistyy automaattisesti uudelleen STO-palautuksen jälkeen:

Mahdollisia riskejä ovat mm.

• Ajoneuvon odottamaton liike

• Käyttäjän loukkaantuminen

• Törmäys laitteiden kanssa

• Materiaalivahinko

Useimmissa teollisissa AGV-sovelluksissa vaaditaan manuaalinen nollaus tai ohjattu uudelleenkäynnistys.

7. Mittaa STO:n vasteaika ja pysähdysmatka

STO-validointi ei ole täydellinen ilman pysäytyssuorituskyvyn arviointia.

Kun STO on aktivoitu:

Täydellinen pysäytysprosessi sisältää:

1. Turvalaitteen tunnistusaika

2. Turva-PLC:n käsittelyaika

3. STO-signaalin lähetysaika

4. Servokäytön vääntömomentin poistoaika

5. Mekaaninen pysäytysaika

AGV-pysäytysmatkaan vaikuttavat tekijät

Pysähdysmatka riippuu:

• AGV:n kokonaispaino

• Hyötykuorman paino

• Matkan nopeus

• Pyörän halkaisija

• Lattian kitka

• Akun jännitteen kunto

• Jarrujen vasteaika

Raskaiden AGV-ajoneuvojen STO yhdistetään usein:

• Sähkömagneettiset jarrut

• Mekaaniset pitojarrut

• Hallitut hidastustoiminnot

8. Suorita lopullinen STO-hyväksyntätestaus ja -dokumentointi

Valmistajien tulee luoda täydellinen STO-validointiraportti ennen automaattitrukkien toimitusta.

Asiakirjan tulee sisältää:

Sähköinen dokumentaatio

• STO kytkentäkaavio

• Turva-PLC-kokoonpano

• Servokäytön turvallisuusparametrit

Testitiedot

• Hätäpysäytystestin tulokset

• Skannerin laukaisutestin tulokset

• STO-kanavan vikatestin tulokset

• Käynnistä vahvistuksen tulokset uudelleen

Turvallisuustiedot

• Servokäytön STO tekniset tiedot

• PFHd tiedot

• MTTFd-arvo

• Diagnostisen kattavuuden tiedot

Parhaat käytännöt AGV OEM-valmistajille

STO:n luotettavuuden parantamiseksi tuotannon ja kenttäkäytön aikana:

Käyttää Servomoottorit integroiduilla STO-toiminnoilla

Integroidut servoratkaisut vähentävät:

• Ulkoinen johdotus

• Ohjauskaapin monimutkaisuus

• Käyttöönottoaika

Ne sopivat erityisesti:

• Kompakti AMR

• Varastorobotit

• Siirrettävät tarkastusrobotit

• Teolliset automaattitrukit

Sisällytä STO-testaus jokaiseen tuotantosykliin

Massatuotettujen automaattitrukkien osalta STO-validoinnin pitäisi tulla osaksi standardia tehdashyväksyntätestiä (FAT).

Suositellut tarkistukset:

• STO-syötteen tarkistus

• Turvaviestinnän testi

• Hätäpysäytystesti

• Vikadiagnoosin testi

Johtopäätös

STO-toimintojen testaus ja validointi AGV:n käyttöönoton aikana on välttämätöntä turvallisen ja luotettavan toiminnan varmistamiseksi. Täydellisen STO-vahvistusprosessin tulee kattaa sähköinen tarkastus, servokäytön konfigurointi, turvaliipaisutestaus, vian simulointi, uudelleenkäynnistyksen esto ja pysäytysmatkan mittaus.

Oikein käyttöönotetut STO-järjestelmät tarjoavat AGV- ja AMR-valmistajille:

• Parempi kuljettajan turvallisuus

• Luotettavampi koneen toiminta

• Turvallisuusstandardien noudattaminen helpottuu

• Nopeampi asiakkaiden hyväksyminen

Integroimalla STO-testauksen AGV-käyttöönottotyönkulkuun OEM-valmistajat voivat toimittaa turvallisempia autonomisia ajoneuvoja, joiden turvallisuus on ennustettava ja toistettava.

3. Vaadittu diagnostinen kattavuus (DC) ja MTTFd-arvot AGV STO -turvapiireille

Turvaparametrien ymmärtäminen AGV-sovelluksissa

Suunnitellessaan AGV-turvajärjestelmiä insinöörit arvioivat usein:

• Diagnostinen kattavuus (DC)

• Keskimääräinen aika vaaralliseen epäonnistumiseen (MTTFd)

• Suorituskykytaso (PL)

• Turvallisuustaso (SIL)

Nämä parametrit määrittävät, pystyykö turvapiiri havaitsemaan vaaralliset viat luotettavasti.

Diagnostisen kattavuuden (DC) vaatimukset

Diagnostinen kattavuus kuvaa, kuinka tehokkaasti turvajärjestelmä havaitsee viat.

Tyypilliset luokat:

AGV-servo STO -järjestelmissä keskitaso tai korkea diagnostinen kattavuus on yleensä edullinen.

Esimerkkejä diagnostisista toiminnoista ovat:

• STO-kanavan valvonta

• Kanavien välinen vertailu

• Ajovirhepalaute

• Turva-PLC-diagnostiikka

MTTFd:n vaatimukset AGV-servojärjestelmät

MTTFd edustaa odotettua aikaa ennen vaarallisen vian ilmenemistä.

AGV-sovelluksiin:

Korkeammat MTTFd-arvot parantavat:

• Järjestelmän luotettavuus

• Turvallisuusluokitus

• Huoltovälit

Integroiduilla STO-toiminnoilla varustetut servokäytöt tarjoavat yleensä turvallisuustietoja, kuten:

• MTTFd-arvo

• DC luokitus

• PFHd arvo

OEM AGV-valmistajien tulee pyytää näitä arvoja servomoottoritoimittajilta komponenttien valinnan aikana.

Kuinka integroidut servomoottorit auttavat AGV-turvallisuussuunnittelussa

Integroidut DC-servomoottorit ja BLDC-servomoottorit STO-toiminnoilla yksinkertaistavat turvallisuusarkkitehtuuria yhdistämällä:

• Moottori

• Enkooderi

• Servo ohjain

• Turvatuloliitäntä

Edut sisältävät:

• Vähentynyt johdotuksen monimutkaisuus

• Nopeampi käyttöönotto

• Pienempi ohjauskaappi

• Helpompi sertifiointi

Kompakteissa AGV- ja AMR-autoissa integroidut servoratkaisut ovat tulossa yhä suositummiksi, koska ne lyhentävät järjestelmän integrointiaikaa.

4. Kuinka STO-arkkitehtuuri vaikuttaa vasemman ja oikean pyörän synkronointiin AGV-autoissa

Miksi STO-arkkitehtuurilla on väliä tasauspyörästön AGV-autoissa

Useimmat teollisuuden AGV- ja AMR-autot käyttävät tasauspyörästöarkkitehtuuria , jossa kaksi itsenäistä servomoottoria ohjaa vasenta ja oikeaa vetopyörää. Säätämällä näiden kahden moottorin välistä nopeuseroa ajoneuvo voi liikkua eteenpäin, peruuttaa, kääntyä ja pyöriä paikallaan.

Tyypillinen tasauspyörästökäyttöinen AGV sisältää:

• Vasemman puolen servomoottori

• Oikeanpuoleinen servomoottori

• Itsenäiset servokäytöt

• Enkooderin palautejärjestelmät

• Turvallisuus PLC

• STO turvatulot

Normaalissa käytössä molemmat moottorit toimivat yhdessä liikkeenohjausalgoritmien avulla. Kuitenkin, kun turvallisuustapahtuma tapahtuu, STO-arkkitehtuuri määrittää, kuinka nopeasti ja turvallisesti molemmat moottorit siirtyvät momentin pois päältä -tilaan.

Väärin suunniteltu STO-järjestelmä voi aiheuttaa epätasaisen pyörän käyttäytymisen, mikä johtaa:

• Odottamaton AGV-kierto

• Pidempi jarrutusmatka

• Hyötykuorman epävakaus

• Vähentynyt turvallisuusteho

Siksi STO-suunnittelussa on otettava huomioon sekä vasemman että oikean pyörän vetojen synkronointi.

Differentiaalivetoisen AGV-liikkeen ohjauksen ymmärtäminen

Kuinka vasen ja oikea moottori ohjaa AGV:n liikettä

Tasauspyörästökäyttöinen AGV muuttaa suuntaa säätämällä kahden pyörän välistä nopeussuhdetta.

Esimerkkejä:

Suora liike

Molemmat moottorit pyörivät samalla nopeudella:

• Vasen moottori = 100 RPM

• Oikea moottori = 100 rpm

Tulos:

• AGV liikkuu suoraan eteenpäin

Käänny oikealle

Vasen pyörä pyörii nopeammin:

• Vasen moottori = 120 RPM

• Oikea moottori = 80 RPM

Tulos:

• AGV kääntyy tasaisesti oikealle

Pyörii paikallaan

Moottorit pyörivät vastakkaisiin suuntiin:

• Vasen moottori = Eteenpäin

• Oikea moottori = Peruutus

Tulos:

• AGV pyörii keskiakselinsa ympäri

Koska molemmat moottorit vaikuttavat suoraan ajoneuvon vakauteen, turvatoimintojen, kuten STO, on sammutettava molemmat käyttöjärjestelmät koordinoidusti.

Kuinka STO toimii kaksimoottorisissa AGV-järjestelmissä

Tyypillinen kaksikanavainen STO-arkkitehtuuri

Tavallinen AGV-turvaarkkitehtuuri käyttää turva-PLC:tä molempien servokäyttöjen ohjaamiseen.

Esimerkki:

Turvalaitteet (E-Stop / Skanneri / Puskuri) ↓ Turva-PLC ↓ STO-kanava 1 ───── Vasen servokäyttö └───── Oikea servokäyttö STO-kanava 2 ───vasen servokäyttö └───── Oikea servokäyttö ↓ Vasen moottori + oikea moottori 

Kun turvallisuustapahtuma tapahtuu:

1. Turva-PLC havaitsee vaaran

2. Molemmat STO-kanavat ovat katkenneet

3. Vasen servokäyttö poistaa vääntömomentin

4. Oikea servokäyttö poistaa vääntömomentin

5. AGV siirtyy turvalliseen tilaan

Tavoitteena on varmistaa, että molemmat pyörät lakkaavat tuottamasta käyttövoimaa lähes samaan aikaan.

Miksi molempien pyörien on mentävä STO: hen samanaikaisesti?

1. Estä odottamaton automaattitrukkien pyöriminen

Jos vain yksi moottori menee STO:n sisään, kun toinen jatkaa vääntömomentin tuottamista, automaattitrukki saattaa pyöriä odottamatta.

Esimerkki:

Ennen STO:ta:

• Vasen moottori: 200 RPM

• Oikea moottori: 200 RPM

Turvatapahtuma tapahtuu:

• Vasen moottori: STO aktivoitu

• Oikea moottori: Käynnissä edelleen 200 rpm

Tulos:

• Oikea pyörä jatkaa työntämistä

• AGV pyörii pysäytetyn pyörän ympäri

Tämä voi aiheuttaa törmäysvaaraa erityisesti kapeissa tehdaskäytävissä.

2. Säilytä ajoneuvon vakaus raskaiden kuormien alla

Raskaat AGV-autot kuljettavat usein:

• Autojen komponentit

• Lavat

• Raaka-aineet

• Teollisuuden laitteet

Kun yksi pyörä menettää vääntömomentin ennen toista:

Mahdolliset seuraukset:

• Kuorman siirto

• Epätasainen jarrutusvoima

• Ajoneuvon poikkeama tieltä

• Lisääntynyt jarrutusmatka

Suuren hyötykuorman AGV-autoissa synkronoitu STO-vaste on erityisen tärkeä.

3. Vältä epätasaista mekaanista rasitusta

Epäsymmetrinen vääntömomentin poisto voi aiheuttaa lisärasitusta:

• Vaihteistot

• Pyörän kytkimet

• Vetoakselit

• Mekaaniset kehykset

Synkronoitu STO-rakenne vähentää mekaanista iskua hätäpysäytysten aikana.

STO-toteutusmenetelmät vasemmalle ja oikealle servokäytölle

Tapa 1: yhteinen kaksikanavainen STO-ohjaus

Tämä on yleisin lähestymistapa teollisissa automaattitrukeissa.

Molemmat servokäytöt vastaanottavat samat STO-signaalit.

Esimerkki:

Edut:

• Yksinkertainen johdotus

• Helppo turvallisuuden validointi

• Tasainen sammutusaika

Sopii:

• Varastoautot

• Tehdaskuljetusrobotit

• Sisätilojen AMR:t

Menetelmä 2: Yksittäinen STO-valvonta

Tehokkaampien automaattitrukkien kohdalla jokaisella moottorikäytöllä voi olla itsenäinen turvavalvonta.

Esimerkki:

Turva-PLC ↓ Vasen STO-valvonta → Vasen servokäyttö Oikea STO-valvonta → Oikea servokäyttö 

Edut:

• Yksilöllinen vikadiagnoosi

• Parempi vianetsintä

• Korkeampi diagnostiikkakyky

Sopii:

• Raskaat AGV-autot

• Mobiilirobotit ulkokäyttöön

• Turvallisuuskriittiset sovellukset

Kuinka servovetolaitteen vasteaika vaikuttaa pyörien synkronointiin

Vaikka molemmat moottorit vastaanottavat STO-komentoja samanaikaisesti, todellinen vääntömomentin poistoaika voi vaihdella.

Tekijöitä ovat mm.

• Servokäytön laitteistosuunnittelu

• Sisäinen käsittelyaika

• Viestintäviive

• Moottorin inertia

• Kuormitustila

Esimerkiksi:

Vasen servo STO -vastaus:

• 5 ms

Oikean servon STO vastaus:

• 8 ms

3 ms:n ero saattaa tuntua pieneltä, mutta suurilla AGV-nopeuksilla se voi vaikuttaa pysähtymiskäyttäytymiseen.

Parhaat käytännöt STO-synkronoinnin parantamiseksi

1. Käytä vastaavia servomoottoreita ja -käyttöjä

Differentiaalivetoisissa AGV-autoissa identtisten servojärjestelmien valitseminen auttaa ylläpitämään:

• Vastaava vasteaika

• Samanlaiset vääntömomenttiominaisuudet

• Johdonmukainen diagnostiikka

Esimerkkejä:

• Sama moottorisarja

• Sama enkooderityyppi

• Sama STO-luokiteltu servokäyttö

2. Käytä laitteistopohjaista STO:ta tavallisen tiedonsiirron sijaan

Vaikka jotkin automaattitrukit käyttävät tietoliikennepohjaisia ​​turvatoimintoja, laitteiston STO-tuloja suositaan usein hätäturvatoiminnoissa.

Edut:

• Nopeampi vastaus

• Riippumaton ohjelmistoviestinnästä

• Helpompi turvallisuuden validointi

3. Synkronoi jarrujen ohjaus STO:n kanssa

Raskaissa automaattitrukeissa STO ei välttämättä yksin riitä pysäytysvoimaan.

Yhteinen turvallisuusstrategia:

Normaali pysähdys:

→ Servoohjattu hidastus

Hätäpysäytys:

→ Servon vääntömomentin poisto + mekaaninen jarrun aktivointi

Jarrujärjestelmän tulee aktivoitua tasaisesti molemmissa pyörissä.

4. Vahvista vasemman ja oikean pysäytyssuorituskyky

Käyttöönoton aikana insinöörien tulee mitata:

• STO-laukaisuaika

• Vasemman pyörän pysähtymisaika

• Oikean pyörän pysähtymisaika

• Ajoneuvon jarrutusmatka

• Ajoneuvon suunnan poikkeama

AGV:n pitäisi pysähtyä ilman:

• Liiallinen pyöritys

• Sivuveto

• Kuorman epävakaus

STO- ja AGV-turvallisuusstandardit

Suunnitellessaan STO-järjestelmiä AGV-valmistajat ottavat yleensä huomioon:

IEC 61800-5-2

Määrittää turvallisuuteen liittyvät toiminnot säädettäville nopeuskäytöille, mukaan lukien:

• Safe Torque Off (STO)

• Safe Stop -toiminnot

ISO 13849-1

Käytetään arvioinnissa:

• Suorituskykytaso (PL)

• Turvapiirin luotettavuus

• Diagnostinen kattavuus

IEC 62061

Tarjoaa turvallisuuden elinkaarivaatimukset koneiden ohjausjärjestelmille.

Erityisiä huomioita raskaille tasauspyörästöautoille

Suuria hyötykuormia kuljettavien automaattitrukkien osalta on arvioitava lisäturvallisuustekijöitä.

Suuret inertiakuormat

Raskaat kuormat jatkavat liikkumista vääntömomentin poistamisen jälkeen.

Harkitse:

• Jarrumomentti

• Pyörän kitka

• Lattian kunto

• Nopeusrajoitus

Kalteva toiminta

Rinteillä toimivat automaattitrukit vaativat lisähuomiota.

Ilman kunnollista jarrutusta:

• Ajoneuvo saattaa rullata taaksepäin

• Kuorman vakaus saattaa heikentyä

Suositellut ratkaisut:

• Servomoottorit sähkömagneettisilla jarruilla

• STO yhdistettynä mekaanisiin pitojarruihin

Ulkokäyttöiset automaattitrukkisovellukset

Ulkokäyttöiset AGV-autot voivat kokea:

• Epätasaiset pinnat

• Lämpötilan muutokset

• Altistuminen vedelle ja pölylle

Suositellut moottorin ominaisuudet:

• IP65/IP67 suojaus

• Korkea tärinänkestävyys

• Vakaa STO-toiminta vaikeissa olosuhteissa

Johtopäätös

STO-arkkitehtuuri vaikuttaa suoraan tasauspyörästöautojen vasemman ja oikean pyörän synkronoinnin turvallisuuteen ja vakauteen. Koska molemmat pyörät määrittävät ajoneuvon liikkeen ja suunnan, molempien servokäyttöjen on siirryttävä STO-tilaan luotettavasti ja samanaikaisesti.

Hyvin suunnitellun AGV STO -järjestelmän pitäisi tarjota:

• Kaksikanavainen turvaohjaus

• Synkronoitu vääntömomentin poisto

• Luotettava vian tunnistus

• Hallittu uudelleenkäynnistyskäyttäytyminen

• Todennettu pysäytyssuorituskyky

AGV- ja AMR-valmistajille integroidulla STO-toiminnallisuudella varustettujen servomoottorien valinta yksinkertaistaa turvallisuussuunnittelua ja parantaa samalla järjestelmän luotettavuutta, käyttöönottotehokkuutta ja kansainvälisten toiminnallisten turvallisuusvaatimusten noudattamista.

5. Kuinka STO vaikuttaa raskaiden automaattitrukkien liukuvaan etäisyyteen vääntömomentin poistamisen jälkeen

STO ei tarkoita välitöntä mekaanista pysäytystä

Yleinen väärinkäsitys on, että STO pysäyttää AGV:n välittömästi.

Todella:

STO poistaa moottorin vääntömomentin muodostumisen.

AGV saattaa jatkaa liikkumista seuraavista syistä:

• Ajoneuvon inertia

• Hyötykuorman paino

• Lattian kitka

• Pyörän halkaisija

• Nopeus

• Kaltevuuskulma

Tätä jäljellä olevaa liikettä kutsutaan liukuetäisyydeksi.

Tekijät, jotka vaikuttavat AGV:n liukumatkaan STO:n jälkeen

1. Ajoneuvon kokonaismassa

Raskaampi AGV vaatii pidemmän jarrutusmatkan.

Esimerkki:

1000 kg:n kuormaa kantavalla 500 kg:n automaattitrukilla on huomattavasti suurempi inertia kuin kuormittamattomalla ajoneuvolla.

2. Matkanopeus

Pysäytysmatka kasvaa suunnilleen nopeuden neliön myötä.

Suurempi nopeus vaatii:

• Pidempi turvaetäisyys

• Varhainen skannerin tunnistus

3. Pyörän ja lattian kunto

Tekijöitä ovat mm.

• Renkaan materiaali

• Lattian puhtaus

• Pintakitkakerroin

Märkä tai pölyinen lattia lisää liukuetäisyyttä.

4. Mekaanisen jarrun vasteaika

Raskaat AGV:t:

STO yhdistetään usein seuraaviin:

• Jousivoimaiset jarrut

• Sähkömagneettiset jarrut

Jarruviive vaikuttaa suoraan jarrutustehoon.

Kuinka AGV-insinöörit vahvistavat STO-pysähdysmatkan

Hyväksymistestauksen aikana:

Mitata:

1. AGV:n ajonopeus

2. STO-laukaisimen asento

3. Moottorin vääntömomentin poistoaika

4. Lopullinen pysäytysasento

Mitatun etäisyyden on täytettävä turvallisuusvaatimukset, jotka määrittelevät:

• Riskien arviointi

• Turvaskannerin kokoonpano

• AGV:n toimintaympäristö

Muita huomioitavia AGV STO -järjestelmän hyväksymiseen

Ohjelmiston kokoonpanon tarkistus

Ennen toimitusta insinöörien tulee tarkistaa:

• STO-parametrit

• Servo-aseman laiteohjelmisto

• Turva-PLC-logiikka

• Viestinnän tila

• Viankäsittelystrategia

Ympäristön luotettavuuden testaus

Automaattitrukit toimivat usein jatkuvasti.

STO-järjestelmiä tulee testata seuraavilla tavoilla:

• Suurin hyötykuorma

• Suurin nopeus

• Lämpötilan vaihtelu

• Pitkät toimintajaksot

OEM-toimitusta varten vaaditaan asiakirjat

Ammattimaisen AGV STO -hyväksyntäpaketin tulee sisältää:

• Sähkökaavio

• STO kytkentäkaavio

• Turvallisuuden validointiraportti

• Testitiedot

• Servokäytön turvallisuustiedot

• Riskinarviointiasiakirjat

Johtopäätös: Luotettava rakennus AGV Servo STO -järjestelmät johdotuksesta validointiin

Luotettava AGV-turvajärjestelmä vaatii paljon muutakin kuin STO-toiminnolla varustettujen servomoottorien valintaa. Koko prosessi sisältää oikean kaksikanavaisen johdotuksen, turva-PLC-integroinnin, toiminnallisen testauksen, diagnostisen tarkastuksen ja pysäytysmatkan validoinnin.

AGV- ja AMR-valmistajille integroiduilla STO-toiminnoilla varustetut servomoottorit tarjoavat merkittäviä etuja:

• Yksinkertaistettu turvallisuusarkkitehtuuri

• Vähentynyt johdotus

• Nopeampi käyttöönotto

• Korkeampi luotettavuus

• Helpompi kansainvälisten turvallisuusstandardien noudattaminen

Seuraamalla jäsenneltyä STO:n käyttöönotto- ja hyväksymisprosessia OEM-valmistajat voivat rakentaa turvallisempia automaattitrukkeja, joilla on ennakoitavissa oleva pysäytyskäyttäytyminen ja pitkän aikavälin toimintavarmuus.

AGV Servo STO -testausta ja validointia koskevat usein kysytyt kysymykset

FAQ 1: Mitä on STO-testaus AGV-servojärjestelmissä?

Vastaus:

STO-testaus AGV-servojärjestelmissä on prosessi, jolla varmistetaan, että Safe Torque Off -toiminto toimii oikein turvallisuustapahtuman sattuessa. Se vahvistaa, että servokäyttö voi poistaa moottorin vääntömomentin turvallisesti vastaanotettuaan signaaleja turvalaitteista, kuten hätäpysäytyslaitteista, turvaskannereista ja turvalogiikoista.

Käyttöönoton aikana insinöörit testaavat STO-johdotuksia, taajuusmuuttajan vastetta, vian havaitsemista, uudelleenkäynnistyksen estoa ja pysäytyssuorituskykyä varmistaakseen AGV:n turvallisen toiminnan.

FAQ 2: Miksi STO-validointi on tärkeää AGV:n käyttöönoton aikana?

Vastaus:

STO-validointi on välttämätöntä, koska STO-yhteensopivan servomoottorin asentaminen ei automaattisesti takaa turvallista AGV-järjestelmää. Koko turvaketju on testattava, mukaan lukien turvaanturit, PLC-logiikka, STO-tulot, servokäytöt ja moottorin vaste.

Asianmukainen STO-validointi auttaa estämään:

• Odottamaton AGV-liike

• Turvapiirien viat

• Väärä hätäpysäytyskäyttäytyminen

• Sertifiointiongelmat asiakkaan hyväksynnän aikana

FAQ 3: Kuinka testaat kaksikanavaisia ​​STO-tuloja AGV-servokäytössä?

Vastaus:

Kaksikanavainen STO-testaus edellyttää sekä STO1- että STO2-tulojen itsenäistä tarkistamista.

Tyypillinen testimenettely sisältää:

1. Tarkista STO1- ja STO2-johdotus

2. Aktivoi hätäpysäytys tai turvaskanneri

3. Vahvista, että molemmat STO-kanavat siirtyvät turvalliseen tilaan

4. Tarkista servokäytön STO-tilan palaute

5. Varmista, että moottori ei voi tuottaa vääntömomenttia

Insinöörien tulee myös irrottaa jokainen STO-kanava erikseen varmistaakseen vian havaitsemiskyvyn.

FAQ 4: Mitä tapahtuu, kun STO aktivoidaan AGV-servomoottorissa?

Vastaus:

Kun STO on aktivoitu, servokäyttö kytkee tehon välittömästi pois päältä, mikä estää moottoria tuottamasta vääntömomenttia.

AGV-moottori:

• Lopeta liikkeellepaneva voima

• Syötä turvallinen vääntömomentin poiskytkentätila

• Ilmoita STO-tilasta tai turvavirheestä

STO ei kuitenkaan jarruta aktiivisesti ajoneuvoa. Automaattitrukki saattaa jatkaa liikkumista hitauden, hyötykuorman painon ja lattiaolosuhteiden vuoksi.

FAQ 5: Miten STO vaikuttaa vasemman ja oikean pyörän synkronointiin tasauspyörästövetoisissa AGV-autoissa?

Vastaus:

Tasauspyörästökäyttöisissä AGV-autoissa sekä vasemman että oikeanpuoleisen servomoottorin tulee vastaanottaa STO-komennot samanaikaisesti.

Jos yksi pyörä menee STO:iin ennen toista:

• AGV voi pyöriä odottamatta

• Ajoneuvon vakaus saattaa heikentyä

• Raskaat kuormat voivat siirtyä

• Pysäytysmatka voi pidentyä

Synkronoitu kaksikanavainen STO-arkkitehtuuri varmistaa, että molemmat käyttömoottorit poistavat vääntömomentin lähes samaan aikaan.

FAQ 6: Voiko AGV käynnistyä automaattisesti uudelleen STO:n julkaisun jälkeen?

Vastaus:

Yleensä automaattitrukkien ei pitäisi käynnistyä automaattisesti uudelleen STO-aktivoinnin jälkeen.

Turvallinen uudelleenkäynnistysjakso vaatii yleensä:

1. Irrota turvaliipaisin

2. Nollaa turva-PLC

3. Ota AGV-ohjausjärjestelmä käyttöön

4. Lähetä uusi liikekomento

Automaattisen uudelleenkäynnistyksen estäminen vähentää riskiä ajoneuvon odottamattomista liikkeistä kuljettajien lähellä.

FAQ 7: Mitä testejä tulee sisällyttää AGV STO -hyväksyntätestiin?

Vastaus:

Täydellisen AGV STO -hyväksyntätestin tulee sisältää:

• Hätäpysäytystesti

• Turvaskannerin aktivointitesti

• STO-kanavan vikatesti

• Aloita ehkäisytesti uudelleen

• Servokäytön vianmääritystesti

• Pysähdysmatkan mittaus

Nämä testit varmistavat, että AGV-turvajärjestelmä täyttää suunnitteluvaatimukset ennen toimitusta.

FAQ 8: Pysäyttääkö STO heti AGV:n?

Vastaus:

Ei. STO poistaa moottorin vääntömomentin, mutta ei pysäytä ajoneuvoa fyysisesti välittömästi.

Todellinen pysähtymismatka riippuu:

• AGV:n paino

• Hyötykuorman massa

• Matkan nopeus

• Pyörän kitka

• Jarrujen vasteaika

• Lattian olosuhteet

Raskaissa AGV-autoissa STO yhdistetään usein mekaanisiin jarruihin tai ohjattuihin hidastustoimintoihin.

FAQ 9: Mitkä turvallisuusparametrit tulee tarkistaa AGV STO -järjestelmissä?

Vastaus:

Tärkeitä turvallisuusparametreja ovat:

• Diagnostinen kattavuus (DC)

• Keskimääräinen aika vaaralliseen epäonnistumiseen (MTTFd)

• Vaarallisen vian todennäköisyys per tunti (PFHd)

• Suorituskykytaso (PL)

• Turvallisuustaso (SIL)

Nämä arvot auttavat määrittämään, täyttääkö AGV-turvajärjestelmä toiminnalliset turvallisuusvaatimukset.

FAQ 10: Miksi automaattitrukkien valmistajat valitsevat servomoottorit integroiduilla STO-toiminnoilla?

Vastaus:

Integroidut STO-servomoottorit yksinkertaistavat AGV-turvallisuussuunnittelua yhdistämällä moottorin ohjauksen ja turvatoiminnot yhdeksi kompaktiksi ratkaisuksi.

Edut sisältävät:

• Vähentynyt johdotuksen monimutkaisuus

• Pienemmät ohjauskaapit

• Nopeampi käyttöönotto

• Helpompi turvallisuuden validointi

• Parempi järjestelmän luotettavuus

Niitä käytetään laajalti:

• AGV:t

• AMR:t

• Varastorobotit

• Älykkäät tehdasautomaatiojärjestelmät