Od okablowania dwukanałowego po testy akceptacyjne: uruchomienie i weryfikacja systemów AGV Servo STO

Wprowadzenie: Dlaczego uruchomienie STO stało się krytyczne dla nowoczesnych systemów AGV

Ponieważ zautomatyzowane pojazdy kierowane (AGV) i autonomiczne roboty mobilne (AMR) są coraz częściej wdrażane w fabrykach, magazynach i centrach logistycznych, bezpieczeństwo funkcjonalne stało się jednym z najważniejszych czynników podczas integracji systemów. W przeciwieństwie do tradycyjnych systemów przenośników, pojazdy AGV działają w dynamicznych środowiskach, w których ludzie, maszyny i roboty mobilne dzielą tę samą przestrzeń roboczą.

Funkcja bezpiecznego wyłączania momentu (STO) w serwonapędach AGV zapewnia niezawodną metodę natychmiastowego zatrzymania wytwarzania momentu obrotowego silnika w przypadku wystąpienia zdarzenia związanego z bezpieczeństwem, takiego jak aktywacja zatrzymania awaryjnego, wykrycie skanera bezpieczeństwa, otwarcie drzwi ochronnych lub interwencja sterownika PLC bezpieczeństwa.

Jednak zwykła instalacja serwomotorów z funkcją STO nie gwarantuje bezpiecznego systemu AGV. Producenci OEM i integratorzy systemów muszą odpowiednio zaprojektować architekturę bezpieczeństwa, skompletować okablowanie dwukanałowe, skonfigurować parametry, zweryfikować funkcje diagnostyczne i przeprowadzić testy akceptacyjne zgodnie z wymogami bezpieczeństwa.

W tym artykule wyjaśniono kompletny proces uruchamiania serwa STO AGV, obejmujący:

• Jak podłączyć dwukanałowe obwody STO pomiędzy sterownikami bezpieczeństwa i serwonapędami

• Jak przetestować i zatwierdzić funkcje STO podczas uruchamiania AGV

• Wymagane wartości pokrycia diagnostycznego (DC) i MTTFd dla obwodów bezpieczeństwa AGV

• Jak architektura STO wpływa na pojazdy AGV z napędem różnicowym na dwóch kołach

• Jak STO wpływa na drogę hamowania w zastosowaniach AGV o dużym obciążeniu

1. Jak podłączyć dwukanałowe obwody STO w serwonapędach AGV

Zrozumienie Dwukanałowa architektura STO w systemach AGV

Nowoczesne systemy serwo AGV zazwyczaj wykorzystują dwukanałowe wejścia STO, aby osiągnąć wyższy poziom bezpieczeństwa funkcjonalnego. Konstrukcja dwukanałowa oznacza, że ​​dwa niezależne sygnały bezpieczeństwa muszą być monitorowane oddzielnie.

Zamiast polegać na pojedynczym sygnale zatrzymania awaryjnego, sterownik bezpieczeństwa stale sprawdza dwa niezależne kanały:

• STO Kanał 1 (STO1)

• STO Kanał 2 (STO2)

Gdy oba kanały zostaną przerwane, serwonapęd natychmiast wyłącza wyjście momentu obrotowego silnika.

Typowa architektura bezpieczeństwa AGV obejmuje:

Urządzenia zabezpieczające → PLC bezpieczeństwa → Wejścia STO → Serwonapędy → Silniki AGV

Typowe wejściowe urządzenia zabezpieczające obejmują:

• Przyciski zatrzymania awaryjnego

• Laserowe skanery bezpieczeństwa

• Zderzaki bezpieczeństwa

• Wyłączniki bezpieczeństwa drzwi

• Kurtyny świetlne bezpieczeństwa

Sterownik bezpieczeństwa PLC ocenia te sygnały i wysyła polecenie bezpiecznego wyłączenia do serwonapędów AGV.

Typowa metoda okablowania dwukanałowego STO

W zastosowaniach AGV okablowanie STO zwykle ma następującą strukturę:

Podczas normalnej pracy:

• STO1 = WŁ

• STO2 = WŁ

• Serwonapęd umożliwia wytwarzanie momentu obrotowego

Podczas wydarzenia związanego z bezpieczeństwem:

• STO1 = WYŁ

• STO2 = WYŁ

• Serwonapęd natychmiast eliminuje wytwarzanie momentu obrotowego

Sam silnik nie otrzymuje polecenia hamowania. Zamiast tego elektronika napędu blokuje stopień mocy, uniemożliwiając wytwarzanie elektrycznego momentu obrotowego.

Dlaczego producenci AGV preferują dwukanałowy STO

Pojazdy AGV często działają w oparciu o:

• Pracownicy fabryki

• Wózki widłowe

• Zautomatyzowane linie produkcyjne

• Komórki robotyczne

• Materiały o wysokiej wartości

Jednokanałowy obwód bezpieczeństwa ma kilka ograniczeń:

• Uszkodzony przewód może nie zostać wykryty

• Uszkodzony styk bezpieczeństwa może pozostać niezauważony

• Możliwości diagnostyczne są ograniczone

Dwukanałowy STO poprawia:

1. Możliwość wykrywania usterek

System może zidentyfikować:

• Uszkodzenia obwodu otwartego

• Zwarcia

• Błędy niedopasowania kanałów

2. Integralność bezpieczeństwa

Nadmiarowa architektura pomaga producentom pojazdów AGV osiągnąć wyższy poziom bezpieczeństwa, taki jak:

• PL zm

• PL mi

w zależności od kompletnego projektu bezpieczeństwa.

3. Łatwiejsza certyfikacja

W przypadku producentów OEM AGV standaryzowana dwukanałowa architektura STO upraszcza zgodność z:

• ISO 13849-1

• IEC 61800-5-2

• IEC 62061

Jkongmotor Dostosowane ruchy serwomotoru

Kompleksowy dostawca zintegrowanych rozwiązań w zakresie serwomotorów prądu stałego

2. Jak przetestować i sprawdzić działanie funkcji STO podczas pierwszego uruchomienia AGV

Dlaczego testowanie STO ma kluczowe znaczenie podczas uruchamiania AGV

Dla producentów pojazdów AGV i AMR walidacja bezpiecznego wyłączania momentu (STO) jest jednym z najważniejszych kroków przed dostawą sprzętu i masową produkcją. Chociaż serwonapędy ze zintegrowanymi funkcjami STO mogą szybko usunąć moment obrotowy silnika podczas zdarzenia związanego z bezpieczeństwem, cały łańcuch bezpieczeństwa musi zostać zweryfikowany, aby zapewnić niezawodne działanie.

Kompletny proces uruchomienia STO potwierdza, że:

• Urządzenia zabezpieczające prawidłowo wyzwalają wyłączenie STO

• Logika bezpieczeństwa PLC działa zgodnie z założeniami

• Serwonapędy poprawnie reagują na polecenia STO

• Obydwa kanały STO działają niezależnie

• Po zatrzymaniu bezpieczeństwa pojazd AGV nie może zostać nieoczekiwanie ponownie uruchomiony

• Zatrzymanie wykonania spełnia wymogi oceny ryzyka

W przeciwieństwie do standardowego testu funkcji silnika, test STO jest procesem walidacji bezpieczeństwa funkcjonalnego . Zapewnia, że ​​pojazd AGV może wejść w bezpieczny stan, gdy operatorzy, sprzęt lub środowisko są zagrożeni.

Proces testowania uruchomienia AGV STO

Profesjonalna procedura walidacji AGV STO zwykle obejmuje pięć głównych etapów:

1. Kontrola instalacji elektrycznej

2. Weryfikacja konfiguracji serwonapędu STO

3. Testowanie aktywacji funkcji bezpieczeństwa

4. Testowanie symulacyjne usterek

5. Dokumentacja odbioru końcowego

Na każdym etapie weryfikuje się inną część architektury bezpieczeństwa.

1. Przed włączeniem zasilania sprawdź okablowanie STO

Przed przetestowaniem funkcji STO inżynierowie powinni najpierw sprawdzić, czy dwukanałowe okablowanie bezpieczeństwa zostało prawidłowo zainstalowane.

Typowy obwód AGV STO obejmuje:

Zatrzymanie awaryjne / Skaner bezpieczeństwa / PLC bezpieczeństwa → STO Kanał 1 i STO Kanał 2 → Serwonapęd → Silnik AGV

Podczas kontroli okablowania inżynierowie powinni sprawdzić:

Niezależność kanału STO

Obydwa kanały STO muszą pozostać elektrycznie niezależne.

Przykłady nieprawidłowego okablowania:

• Łączenie STO1 i STO2 razem

• Wspólne wyjście bezpieczeństwa dla obu kanałów

• Korzystanie ze standardowego wyjścia PLC zamiast wyjścia o parametrach bezpieczeństwa

Błędy te mogą uniemożliwić systemowi osiągnięcie wymaganego poziomu bezpieczeństwa.

Kontrola ciągłości okablowania

Przed podłączeniem zasilania sprawdź:

• Ciągłość sygnału STO1

• Ciągłość sygnału STO2

• Bezpieczne napięcie zasilania 24 V

• Połączenie odniesienia uziemienia

• Stan zablokowania złącza

W przypadku pojazdów AGV pracujących w środowiskach przemysłowych inżynierowie powinni również sprawdzić:

• Ochrona kabla

• Odporność na wibracje

• Ochrona przed zakłóceniami elektromagnetycznymi

Luźne złącza lub uszkodzone kable są częstymi przyczynami awarii STO podczas pracy w terenie.

2. Potwierdź konfigurację STO serwonapędu

Po sprawdzeniu okablowania należy sprawdzić parametry serwonapędu.

Nowoczesne serwonapędy AGV zazwyczaj zapewniają funkcje monitorowania związane z STO, w tym:

• Stan wejścia STO

• Wykrywanie błędów bezpieczeństwa

• Wykrywanie niezgodności kanałów

• Uruchom ponownie zapobieganie

Inżynierowie powinni potwierdzić:

Stan wejścia STO

Gdy pojazd AGV znajduje się w normalnej pracy:

• STO Kanał 1 = Aktywny

• STO Kanał 2 = Aktywny

Serwonapęd powinien umożliwiać wytwarzanie momentu obrotowego silnika.

Po uruchomieniu STO:

• STO Kanał 1 = wyłączony

• STO Kanał 2 = Wyłączony

Napęd powinien natychmiast usunąć wytwarzanie momentu obrotowego.

Weryfikacja parametrów bezpieczeństwa

W zależności od producenta serwonapędu sprawdź:

• Ustawienie włączania STO

• Polaryzacja wejścia bezpieczeństwa

• Tryb reakcji na usterkę

• Automatyczne zapobieganie ponownemu uruchomieniu

• Wyjście diagnostyczne

Nieprawidłowe ustawienie parametrów może spowodować sytuację, w której zmieni się wejście bezpieczeństwa, ale zachowanie silnika nie będzie zgodne z oczekiwaniami.

3. Przed testowaniem STO wykonaj weryfikację normalnego działania

Testowanie STO należy rozpocząć dopiero po potwierdzeniu, że pojazd AGV działa normalnie.

Przed walidacją bezpieczeństwa przetestuj:

Sterowanie ruchem

Zweryfikować:

• Ruch do przodu

• Ruch odwrotny

• Operacja toczenia

• Regulacja prędkości

• Dokładność pozycji

W przypadku pojazdów AGV z napędem różnicowym:

• Działanie silnika lewego

• Prawidłowa praca silnika

• Synchronizacja kół

należy sprawdzić osobno.

Koder i sygnały zwrotne

Potwierdzać:

• Komunikacja enkodera

• Stabilność sprzężenia zwrotnego prędkości

• Dokładność sprzężenia zwrotnego pozycji

Chociaż funkcja STO usuwa wyjściowy moment obrotowy, nieprawidłowe sprzężenie zwrotne z enkoderem może mieć wpływ na logikę ponownego uruchomienia i funkcje diagnostyczne.

4. Wykonaj testy wyzwalacza STO

Po potwierdzeniu podstawowego działania inżynierowie powinni przeprowadzić rzeczywiste testy aktywacji STO.

Test 1: Test przycisku zatrzymania awaryjnego

Procedura:

1. Uruchom pojazd AGV z normalną prędkością roboczą

2. Naciśnij przycisk zatrzymania awaryjnego

3. Monitoruj reakcję serwonapędu

Oczekiwany wynik:

• PLC bezpieczeństwa usuwa sygnały STO

• Serwonapęd wyłącza wyjściowy moment obrotowy

• Silnik przestaje wytwarzać siłę napędową

• Wyświetlany jest stan STO

• AGV nie może automatycznie uruchomić się ponownie

Weryfikuje to cały łańcuch bezpieczeństwa zatrzymania awaryjnego.

Test 2: Test wyzwalacza skanera bezpieczeństwa

Pojazdy AGV powszechnie wykorzystują laserowe skanery bezpieczeństwa do wykrywania przeszkód i ludzi.

Procedura:

1. Obsługiwać AGV w trybie automatycznym

2. Wejdź do obszaru wykrywania skanera

3. Uruchom strefę bezpieczeństwa

Oczekiwany wynik:

• PLC bezpieczeństwa odbiera sygnał skanera

• Zmiany wyjścia STO

• Serwonapędy wchodzą w stan bezpieczny

• Ruch pojazdu zatrzymuje się zgodnie z wymogami bezpieczeństwa

Test ten jest szczególnie ważny w przypadku pojazdów AGV magazynowych i fabrycznych obsługujących pracowników.

Test 3: Test urządzenia ochronnego

Dla pojazdów AGV wyposażonych w:

• Zderzaki bezpieczeństwa

• Drzwi bezpieczeństwa

• Przełączniki dostępu

przeprowadzić dodatkową walidację STO.

Przykład:

Po naciśnięciu zderzaka zabezpieczającego:

Oczekiwane zachowanie:

• Ruch AGV zostaje zatrzymany

• Moment obrotowy serwa został usunięty

• Pojawia się alarm bezpieczeństwa

• Ponowne uruchomienie wymaga ręcznego resetu

5. Wykonaj testy symulacyjne uszkodzenia kanału STO

Profesjonalny test akceptacyjny STO powinien nie tylko sprawdzić normalną aktywację, ale także zweryfikować wykrycie usterek.

Test awarii kanału 1 STO

Procedura:

Odłącz lub przerwij kanał 1 STO.

Oczekiwany wynik:

System powinien:

• Wykryj niezgodność kanałów

• Wygeneruj usterkę bezpieczeństwa

• Zapobiegaj ruchom AGV

Test awarii kanału 2 STO

Powtórz tę samą procedurę dla kanału 2.

Oczekiwany wynik:

• Wykryto usterkę

• Serwonapęd pozostaje wyłączony

• Nie następuje żaden niebezpieczny ruch

Test wykrywania zwarcia

W stosownych przypadkach należy przetestować:

• Zwarcie międzykanałowe

• Zwarcie między kanałem a zasilaniem

• Warunki zwarcia doziemnego

System bezpieczeństwa powinien wykryć stany nienormalne i przejść w stan bezpieczny.

6. Sprawdź zachowanie podczas ponownego uruchamiania STO

Nieoczekiwane ponowne uruchomienie po zwolnieniu STO stanowi główne zagrożenie bezpieczeństwa.

Dlatego należy dokładnie przetestować zachowanie podczas ponownego uruchamiania.

Po aktywacji STO:

1. Usuń spust bezpieczeństwa

2. Zresetuj sterownik PLC bezpieczeństwa

3. Włącz system sterowania AGV

4. Wyślij nowe polecenie ruchu

Pojazd AGV powinien pozostać nieruchomy do czasu zakończenia pełnej sekwencji ponownego uruchomienia.

Dlaczego automatyczne ponowne uruchomienie jest niebezpieczne

Jeśli pojazd AGV automatycznie uruchomi się ponownie po przywróceniu STO:

Możliwe zagrożenia obejmują:

• Nieoczekiwany ruch pojazdu

• Uraz operatora

• Kolizja ze sprzętem

• Szkoda materialna

W przypadku większości przemysłowych zastosowań AGV wymagany jest reset ręczny lub kontrolowany restart.

7. Zmierz czas reakcji STO i odległość zatrzymania

Weryfikacja STO nie jest kompletna bez oceny wydajności zatrzymywania.

Gdy funkcja STO jest aktywna:

Całkowity proces zatrzymywania obejmuje:

1. Czas wykrycia urządzenia zabezpieczającego

2. Czas przetwarzania PLC bezpieczeństwa

3. Czas transmisji sygnału STO

4. Czas usuwania momentu obrotowego serwonapędu

5. Czas zatrzymania mechanicznego

Czynniki wpływające na drogę hamowania pojazdu AGV

Droga zatrzymania zależy od:

• Całkowita masa AGV

• Masa ładunku

• Prędkość podróży

• Średnica koła

• Tarcie podłogi

• Stan napięcia akumulatora

• Czas reakcji hamulca

W przypadku ciężkich pojazdów AGV STO często łączy się z:

• Hamulce elektromagnetyczne

• Mechaniczne hamulce trzymające

• Kontrolowane funkcje zwalniania

8. Przeprowadzić końcowe testy akceptacyjne i dokumentację STO

Przed dostawą AGV producenci powinni sporządzić pełny raport z walidacji STO.

Dokument powinien zawierać:

Dokumentacja elektryczna

• Schemat podłączenia STO

• Konfiguracja PLC bezpieczeństwa

• Parametry bezpieczeństwa serwonapędu

Zapisy testowe

• Wyniki testu zatrzymania awaryjnego

• Wyniki testu wyzwalacza skanera

• Wyniki testu uszkodzenia kanału STO

• Uruchom ponownie wyniki weryfikacji

Informacje dotyczące bezpieczeństwa

• Specyfikacje serwonapędu STO

• Dane PFHD

• Wartość MTTFd

• Informacje o zasięgu diagnostycznym

Najlepsze praktyki dla producentów OEM AGV

Aby poprawić niezawodność STO podczas produkcji i pracy w terenie:

Używać Serwosilniki ze zintegrowanymi funkcjami STO

Zintegrowane rozwiązania serwo redukują:

• Okablowanie zewnętrzne

• Złożoność szafy sterowniczej

• Czas uruchomienia

Nadają się szczególnie do:

• Kompaktowe AMR

• Roboty magazynowe

• Mobilne roboty inspekcyjne

• Przemysłowe pojazdy AGV

Uwzględnij testy STO w każdym cyklu produkcyjnym

W przypadku pojazdów AGV produkowanych masowo walidacja STO powinna stać się częścią standardowego testu akceptacji fabrycznej (FAT).

Zalecane kontrole:

• Weryfikacja wejścia STO

• Test komunikacji bezpieczeństwa

• Test zatrzymania awaryjnego

• Test diagnozy usterek

Wniosek

Testowanie i weryfikacja funkcji STO podczas uruchamiania AGV jest niezbędna dla zapewnienia bezpiecznej i niezawodnej pracy. Kompletny proces weryfikacji STO powinien obejmować kontrolę elektryczną, konfigurację serwonapędu, testowanie wyzwalacza bezpieczeństwa, symulację usterek, zapobieganie ponownemu uruchomieniu i pomiar drogi zatrzymania.

Dla producentów AGV i AMR prawidłowo uruchomione systemy STO zapewniają:

• Większe bezpieczeństwo operatora

• Bardziej niezawodne działanie maszyny

• Łatwiejsze przestrzeganie norm bezpieczeństwa

• Szybsza akceptacja klienta

Integrując testy STO z procesem uruchamiania pojazdów AGV, producenci OEM mogą dostarczać bezpieczniejsze pojazdy autonomiczne o przewidywalnych i powtarzalnych parametrach bezpieczeństwa.

3. Wymagany zakres diagnostyczny (DC) i wartości MTTFd dla obwodów bezpieczeństwa AGV STO

Zrozumienie parametrów bezpieczeństwa w zastosowaniach AGV

Projektując systemy bezpieczeństwa AGV, inżynierowie często oceniają:

• Zakres diagnostyczny (DC)

• Średni czas do niebezpiecznej awarii (MTTFd)

• Poziom wydajności (PL)

• Poziom nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL)

Parametry te określają, czy obwód bezpieczeństwa może niezawodnie wykrywać niebezpieczne awarie.

Wymagania dotyczące zasięgu diagnostycznego (DC).

Zakres diagnostyki opisuje, jak skutecznie system bezpieczeństwa wykrywa awarie.

Typowe kategorie:

W przypadku systemów serwo STO AGV ogólnie preferowany jest średni lub wysoki zasięg diagnostyczny.

Przykładowe funkcje diagnostyczne obejmują:

• Monitorowanie kanału STO

• Porównanie międzykanałowe

• Informacja zwrotna o usterce napędu

• Diagnostyka PLC bezpieczeństwa

Wymagania MTTFd dla Systemy serwo AGV

MTTFd reprezentuje oczekiwany czas do wystąpienia niebezpiecznej awarii.

Do zastosowań AGV:

Wyższe wartości MTTFd poprawiają:

• Niezawodność systemu

• Klasyfikacja bezpieczeństwa

• Częstotliwości konserwacji

Serwonapędy ze zintegrowanymi funkcjami STO zazwyczaj dostarczają danych dotyczących bezpieczeństwa, w tym:

• Wartość MTTFd

• Ocena prądu stałego

• Wartość PFHd

Producenci OEM AGV powinni zażądać tych wartości od dostawców serwomotorów podczas wyboru komponentów.

Jak zintegrowane serwomotory pomagają w projektowaniu bezpieczeństwa AGV

Zintegrowane serwomotory prądu stałego i serwomotory BLDC z funkcjami STO upraszczają architekturę bezpieczeństwa poprzez połączenie:

• Silnik

• Koder

• Kontroler serwa

• Interfejs wejściowy bezpieczeństwa

Zalety obejmują:

• Mniejsza złożoność okablowania

• Szybsze uruchomienie

• Mniejsza szafa sterownicza

• Łatwiejsza certyfikacja

W przypadku kompaktowych pojazdów AGV i AMR zintegrowane rozwiązania serwo stają się coraz bardziej popularne, ponieważ skracają czas integracji systemu.

4. Jak architektura STO wpływa na synchronizację lewego i prawego koła w pojazdach AGV

Dlaczego architektura STO ma znaczenie dla pojazdów AGV z napędem różnicowym

Większość przemysłowych pojazdów AGV i AMR wykorzystuje architekturę napędu różnicowego , w której dwa niezależne serwosilniki sterują lewym i prawym kołem napędowym. Dostosowując różnicę prędkości między tymi dwoma silnikami, pojazd może poruszać się do przodu, do tyłu, skręcać i obracać się w miejscu.

Typowy pojazd AGV z napędem różnicowym obejmuje:

• Serwosilnik po lewej stronie

• Serwomotor po prawej stronie

• Niezależne serwonapędy

• Enkoderowe systemy sprzężenia zwrotnego

• PLC bezpieczeństwa

• Wejścia bezpieczeństwa STO

Podczas normalnej pracy oba silniki współpracują ze sobą poprzez algorytmy sterowania ruchem. Jednakże, gdy wystąpi zdarzenie związane z bezpieczeństwem, architektura STO określa, jak szybko i bezpiecznie oba silniki przejdą w stan wyłączenia momentu obrotowego.

Nieprawidłowo zaprojektowany system STO może powodować nierówne zachowanie kół, czego skutkiem jest:

• Nieoczekiwany obrót AGV

• Dłuższa droga hamowania

• Niestabilność ładunku

• Zmniejszone bezpieczeństwo

Dlatego projekt STO musi uwzględniać synchronizację napędu lewego i prawego koła.

Zrozumienie sterowania ruchem AGV napędu różnicowego

Jak lewy i prawy silnik sterują ruchem AGV

Napęd różnicowy AGV zmienia kierunek, kontrolując zależność prędkości między dwoma kołami.

Przykłady:

Ruch prosty

Obydwa silniki obracają się z tą samą prędkością:

• Lewy silnik = 100 obr./min

• Prawy silnik = 100 obr./min

Wynik:

• AGV jedzie prosto do przodu

Skręcanie w prawo

Lewe koło obraca się szybciej:

• Lewy silnik = 120 obr./min

• Prawy silnik = 80 obr./min

Wynik:

• AGV płynnie skręca w prawo

Obracanie w miejscu

Silniki obracają się w przeciwnych kierunkach:

• Lewy silnik = do przodu

• Prawy silnik = bieg wsteczny

Wynik:

• AGV obraca się wokół swojej osi środkowej

Ponieważ oba silniki bezpośrednio wpływają na stabilność pojazdu, funkcje bezpieczeństwa, takie jak STO, muszą wyłączać oba układy napędowe w skoordynowany sposób.

Jak STO działa w dwusilnikowych systemach AGV

Typowa dwukanałowa architektura STO

Standardowa architektura bezpieczeństwa AGV wykorzystuje bezpieczny sterownik PLC do sterowania obydwoma serwonapędami.

Przykład:

Urządzenia zabezpieczające (E-Stop / skaner / zderzak) ↓ PLC bezpieczeństwa ↓ STO kanał 1 ───── Lewy serwonapęd └───── Prawy serwonapęd STO kanał 2 ───── Lewy serwonapęd └───── Prawy serwonapęd ↓ Lewy silnik + Prawy silnik 

Kiedy nastąpi zdarzenie związane z bezpieczeństwem:

1. Bezpieczeństwo PLC wykrywa niebezpieczeństwo

2. Obydwa kanały STO zostają przerwane

3. Lewy serwonapęd usuwa moment obrotowy

4. Prawy serwonapęd usuwa moment obrotowy

5. AGV wchodzi w stan bezpieczny

Celem jest zapewnienie, aby oba koła przestały generować siłę napędową niemal w tym samym czasie.

Dlaczego oba koła muszą jednocześnie wejść do STO

1. Zapobiegaj nieoczekiwanym obrotom AGV

Jeśli tylko jeden silnik przejdzie w tryb STO, podczas gdy drugi będzie nadal wytwarzał moment obrotowy, pojazd AGV może nieoczekiwanie obrócić się.

Przykład:

Przed STO:

• Lewy silnik: 200 obr./min

• Prawy silnik: 200 obr./min

Występuje zdarzenie bezpieczeństwa:

• Lewy silnik: STO włączone

• Prawy silnik: Nadal pracuje z prędkością 200 obr./min

Wynik:

• Prawe koło nadal pcha

• AGV obraca się wokół zatrzymanego koła

Może to stwarzać ryzyko kolizji, szczególnie w wąskich korytarzach fabrycznych.

2. Utrzymuj stabilność pojazdu pod dużym obciążeniem

Ciężkie pojazdy AGV często transportują:

• Komponenty samochodowe

• Palety

• Surowce

• Sprzęt przemysłowy

Gdy jedno koło traci moment obrotowy przed drugim:

Możliwe konsekwencje:

• Przesunięcie obciążenia

• Nierówna siła hamowania

• Zboczenie pojazdu z trasy

• Zwiększona droga hamowania

W przypadku pojazdów AGV o dużej ładowności zsynchronizowana reakcja STO jest szczególnie ważna.

3. Unikaj nierównych naprężeń mechanicznych

Asymetryczne usuwanie momentu obrotowego może powodować dodatkowe obciążenie:

• Skrzynie biegów

• Sprzęgła kół

• Wały napędowe

• Ramy mechaniczne

Zsynchronizowana konstrukcja STO zmniejsza wstrząsy mechaniczne podczas zatrzymania awaryjnego.

Metody wdrażania STO dla lewego i prawego serwonapędu

Metoda 1: Wspólne dwukanałowe sterowanie STO

Jest to najczęstsze podejście w przypadku przemysłowych pojazdów AGV.

Obydwa serwonapędy odbierają te same sygnały STO.

Przykład:

Zalety:

• Proste okablowanie

• Łatwa weryfikacja bezpieczeństwa

• Stały czas wyłączania

Nadaje się do:

• Magazynowe pojazdy AGV

• Fabryczne roboty transportowe

• Wewnętrzne urządzenia AMR

Metoda 2: Indywidualne monitorowanie STO

W przypadku pojazdów AGV o wyższej wydajności każdy napęd silnikowy może mieć niezależny monitoring bezpieczeństwa.

Przykład:

PLC bezpieczeństwa ↓ Monitorowanie lewego STO → Lewy serwonapęd Prawy Monitoring STO → Prawy serwonapęd 

Zalety:

• Indywidualna diagnostyka usterek

• Lepsze rozwiązywanie problemów

• Większe możliwości diagnostyczne

Nadaje się do:

• Pojazdy AGV o dużym obciążeniu

• Roboty mobilne na świeżym powietrzu

• Zastosowania krytyczne dla bezpieczeństwa

Jak czas reakcji serwonapędu wpływa na synchronizację kół

Nawet jeśli oba silniki otrzymają jednocześnie polecenia STO, rzeczywisty czas usuwania momentu obrotowego może się różnić.

Czynniki obejmują:

• Projekt sprzętu serwonapędu

• Wewnętrzny czas przetwarzania

• Opóźnienie komunikacji

• Bezwładność silnika

• Stan obciążenia

Na przykład:

Reakcja STO lewego serwa:

• 5 ms

Odpowiedź prawego serwa STO:

• 8 ms

Różnica 3 ms może wydawać się niewielka, ale przy dużych prędkościach AGV może mieć wpływ na zachowanie podczas hamowania.

Najlepsze praktyki poprawiające synchronizację STO

1. Używaj dopasowanych serwomotorów i napędów

W przypadku pojazdów AGV z napędem różnicowym wybór identycznych systemów serwo pomaga utrzymać:

• Podobny czas reakcji

• Podobna charakterystyka momentu obrotowego

• Konsekwentna diagnostyka

Przykłady:

• Ta sama seria silników

• Ten sam typ enkodera

• Ten sam serwonapęd z oceną STO

2. Używaj sprzętowego STO zamiast standardowej komunikacji

Chociaż niektóre pojazdy AGV wykorzystują funkcje bezpieczeństwa oparte na komunikacji, sprzętowe wejścia STO są często preferowane w przypadku awaryjnych funkcji bezpieczeństwa.

Zalety:

• Szybsza reakcja

• Niezależny od komunikacji oprogramowania

• Łatwiejsza weryfikacja bezpieczeństwa

3. Zsynchronizuj sterowanie hamulcem z STO

W przypadku ciężkich pojazdów AGV samo STO może nie zapewnić wystarczającej siły hamowania.

Wspólna strategia bezpieczeństwa:

Normalny przystanek:

→ Hamowanie sterowane serwomechanizmem

Zatrzymanie awaryjne:

→ Usuwanie momentu obrotowego serwa + aktywacja hamulca mechanicznego

Układ hamulcowy powinien działać równomiernie na obu kołach.

4. Sprawdź skuteczność zatrzymywania lewej i prawej strony

Podczas rozruchu inżynierowie powinni zmierzyć:

• Czas wyzwalania STO

• Czas zatrzymania lewego koła

• Czas zatrzymania prawego koła

• Droga zatrzymania pojazdu

• Odchylenie kierunku pojazdu

Pojazd AGV powinien się zatrzymać bez:

• Nadmierna rotacja

• Dryf boczny

• Niestabilność obciążenia

Standardy bezpieczeństwa STO i AGV

Projektując systemy STO, producenci pojazdów AGV powszechnie biorą pod uwagę:

IEC 61800-5-2

Definiuje funkcje związane z bezpieczeństwem dla napędów o regulowanej prędkości, w tym:

• Bezpieczne wyłączanie momentu (STO)

• Funkcje bezpiecznego zatrzymania

ISO 13849-1

Używany do oceny:

• Poziom wydajności (PL)

• Niezawodność obwodu bezpieczeństwa

• Zasięg diagnostyczny

IEC 62061

Zawiera wymagania dotyczące cyklu życia bezpieczeństwa dla systemów sterowania maszyn.

Specjalne uwagi dotyczące pojazdów AGV z napędem różnicowym do dużych obciążeń

W przypadku pojazdów AGV przewożących duże ładunki należy ocenić dodatkowe współczynniki bezpieczeństwa.

Obciążenia o dużej bezwładności

Ciężkie ładunki poruszają się nadal po usunięciu momentu obrotowego.

Rozważać:

• Moment hamowania

• Tarcie koła

• Stan podłogi

• Ograniczenie prędkości

Pochylona operacja

Pojazdy AGV działające na zboczach wymagają dodatkowej uwagi.

Bez prawidłowego hamowania:

• Pojazd może stoczyć się do tyłu

• Stabilność obciążenia może się zmniejszyć

Polecane rozwiązania:

• Serwomotory z hamulcami elektromagnetycznymi

• STO w połączeniu z mechanicznymi hamulcami zatrzymującymi

Zastosowania AGV na zewnątrz

W pojazdach AGV na świeżym powietrzu mogą wystąpić:

• Nierówne powierzchnie

• Zmiany temperatury

• Narażenie na wodę i kurz

Zalecane cechy silnika:

• Stopień ochrony IP65/IP67

• Wysoka odporność na wibracje

• Stabilna praca STO w trudnych warunkach

Wniosek

Architektura STO wpływa bezpośrednio na bezpieczeństwo i stabilność synchronizacji lewego i prawego koła w pojazdach AGV z napędem różnicowym. Ponieważ oba koła wyznaczają ruch i kierunek pojazdu, oba serwonapędy muszą niezawodnie i jednocześnie wejść w stan STO.

Dobrze zaprojektowany system AGV STO powinien zapewniać:

• Dwukanałowa kontrola bezpieczeństwa

• Zsynchronizowane usuwanie momentu obrotowego

• Niezawodne wykrywanie usterek

• Kontrolowane zachowanie podczas ponownego uruchamiania

• Sprawdzona wydajność zatrzymywania

Dla producentów AGV i AMR wybór serwomotorów ze zintegrowaną funkcją STO upraszcza projektowanie systemów bezpieczeństwa, poprawiając jednocześnie niezawodność systemu, efektywność uruchamiania i zgodność z międzynarodowymi wymaganiami bezpieczeństwa funkcjonalnego.

5. Jak STO wpływa na odległość poślizgu pojazdów AGV o dużej wytrzymałości po usunięciu momentu obrotowego

STO nie oznacza natychmiastowego zatrzymania mechanicznego

Powszechnym nieporozumieniem jest to, że STO natychmiast zatrzymuje pojazd AGV.

Faktycznie:

STO eliminuje wytwarzanie momentu obrotowego silnika.

Pojazd AGV może kontynuować jazdę z powodu:

• Bezwładność pojazdu

• Masa ładunku

• Tarcie podłogi

• Średnica koła

• Prędkość

• Kąt nachylenia

Ten pozostały ruch nazywany jest dystansem ślizgowym.

Czynniki wpływające na odległość poślizgu AGV po STO

1. Całkowita masa pojazdu

Cięższy pojazd AGV wymaga dłuższej drogi hamowania.

Przykład:

Pojazd AGV o masie 500 kg przewożący ładunek o masie 1000 kg ma znacznie większą bezwładność niż pojazd nieobciążony.

2. Prędkość jazdy

Droga hamowania zwiększa się w przybliżeniu wraz z kwadratem prędkości.

Większa prędkość wymaga:

• Większa bezpieczna odległość

• Wcześniejsze wykrywanie skanera

3. Stan kół i podłogi

Czynniki obejmują:

• Materiał opony

• Czystość podłogi

• Współczynnik tarcia powierzchniowego

Mokra lub zakurzona podłoga zwiększa odległość poślizgu.

4. Czas reakcji hamulca mechanicznego

W przypadku pojazdów AGV o dużej wytrzymałości:

STO często łączy się z:

• Hamulce sprężynowe

• Hamulce elektromagnetyczne

Opóźnienie hamowania bezpośrednio wpływa na skuteczność hamowania.

Jak inżynierowie AGV sprawdzają odległość zatrzymania STO

Podczas testów akceptacyjnych:

Mierzyć:

1. Prędkość jazdy AGV

2. Pozycja wyzwalacza STO

3. Czas usuwania momentu obrotowego silnika

4. Ostateczna pozycja zatrzymania

Zmierzona odległość musi spełniać wymogi bezpieczeństwa określone przez:

• Ocena ryzyka

• Konfiguracja skanera bezpieczeństwa

• Środowisko operacyjne AGV

Dodatkowe uwagi dotyczące akceptacji systemu AGV STO

Weryfikacja konfiguracji oprogramowania

Przed dostawą inżynierowie powinni sprawdzić:

• Parametry STO

• Oprogramowanie sprzętowe serwonapędu

• Logika bezpieczeństwa PLC

• Stan komunikacji

• Strategia obsługi usterek

Testowanie niezawodności środowiskowej

Pojazdy AGV często działają w sposób ciągły.

Systemy STO należy testować pod kątem:

• Maksymalna ładowność

• Maksymalna prędkość

• Zmiana temperatury

• Długie cykle pracy

Dokumentacja wymagana w przypadku dostawy OEM

Profesjonalny pakiet akceptacji AGV STO powinien zawierać:

• Schemat elektryczny

• Schemat podłączenia STO

• Raport z walidacji bezpieczeństwa

• Zapisy testowe

• Dane bezpieczeństwa napędu serwo

• Dokumenty oceny ryzyka

Wniosek: Budynek niezawodny Systemy AGV Servo STO od okablowania do walidacji

Niezawodny system bezpieczeństwa AGV wymaga znacznie więcej niż tylko wybór serwomotorów z funkcjonalnością STO. Kompletny proces obejmuje prawidłowe okablowanie dwukanałowe, integrację sterownika PLC bezpieczeństwa, testy funkcjonalne, weryfikację diagnostyczną i weryfikację drogi hamowania.

Producentom AGV i AMR serwomotory ze zintegrowanymi funkcjami STO zapewniają znaczące korzyści:

• Uproszczona architektura bezpieczeństwa

• Zredukowane okablowanie

• Szybsze uruchomienie

• Wyższa niezawodność

• Łatwiejsza zgodność z międzynarodowymi normami bezpieczeństwa

Postępując zgodnie ze zorganizowanym procesem uruchamiania i akceptacji STO, producenci OEM mogą budować bezpieczniejsze pojazdy AGV z przewidywalnym zachowaniem podczas zatrzymywania i długoterminową niezawodnością działania.

Często zadawane pytania dotyczące testowania i walidacji serwo STO AGV

FAQ 1: Co to jest testowanie STO w systemach serwo AGV?

Odpowiedź:

Testowanie STO w serwonapędach AGV to proces sprawdzający, czy funkcja bezpiecznego wyłączania momentu działa prawidłowo w przypadku wystąpienia zdarzenia związanego z bezpieczeństwem. Potwierdza, że ​​serwonapęd może bezpiecznie usunąć moment obrotowy silnika po otrzymaniu sygnałów z urządzeń zabezpieczających, takich jak wyłączniki awaryjne, skanery bezpieczeństwa i sterowniki bezpieczeństwa PLC.

Podczas odbioru technicznego inżynierowie testują okablowanie STO, reakcję napędu, wykrywanie usterek, zapobieganie ponownemu uruchomieniu i wydajność zatrzymywania, aby upewnić się, że pojazd AGV działa bezpiecznie.

FAQ 2: Dlaczego walidacja STO jest ważna podczas uruchamiania AGV?

Odpowiedź:

Walidacja STO jest niezbędna, ponieważ zainstalowanie serwomotoru obsługującego STO nie gwarantuje automatycznie bezpiecznego systemu AGV. Należy przetestować cały łańcuch bezpieczeństwa, w tym czujniki bezpieczeństwa, logikę PLC, wejścia STO, serwonapędy i reakcję silnika.

Właściwa walidacja STO pomaga zapobiegać:

• Nieoczekiwany ruch AGV

• Awarie obwodów bezpieczeństwa

• Nieprawidłowe zachowanie podczas zatrzymywania awaryjnego

• Problemy z certyfikacją podczas akceptacji klienta

FAQ 3: Jak przetestować dwukanałowe wejścia STO w serwonapędzie AGV?

Odpowiedź:

Dwukanałowe testowanie STO wymaga niezależnego sprawdzenia wejść STO1 i STO2.

Typowa procedura testowa obejmuje:

1. Sprawdź okablowanie STO1 i STO2

2. Aktywuj wyłącznik awaryjny lub skaner bezpieczeństwa

3. Potwierdź, że oba kanały STO przeszły w stan bezpieczny

4. Sprawdź informację zwrotną o statusie STO serwonapędu

5. Sprawdź, czy silnik nie może generować momentu obrotowego

Inżynierowie powinni także odłączyć każdy kanał STO oddzielnie, aby potwierdzić zdolność wykrywania usterek.

Często zadawane pytania 4: Co się stanie, gdy w serwomotorze AGV zostanie aktywowana funkcja STO?

Odpowiedź:

Po włączeniu STO serwonapęd natychmiast wyłącza stopień mocy, uniemożliwiając wytwarzanie momentu obrotowego przez silnik.

Silnik AGV będzie:

• Przestań generować siłę napędową

• Wprowadź stan bezpiecznego wyłączenia momentu obrotowego

• Zgłoś stan STO lub usterkę bezpieczeństwa

Jednakże STO nie hamuje aktywnie pojazdu. Pojazd AGV może kontynuować ruch ze względu na bezwładność, masę ładunku i stan podłoża.

Często zadawane pytania 5: W jaki sposób funkcja STO wpływa na synchronizację lewego i prawego koła w pojazdach AGV z napędem różnicowym?

Odpowiedź:

W przypadku pojazdów AGV z napędem różnicowym zarówno lewy, jak i prawy serwosilnik powinny otrzymywać jednocześnie polecenia STO.

Jeżeli jedno koło wejdzie w stan STO przed drugim:

• Pojazd AGV może nieoczekiwanie obrócić się

• Stabilność pojazdu może się zmniejszyć

• Ciężkie ładunki mogą się przesuwać

• Droga hamowania może się wydłużyć

Zsynchronizowana dwukanałowa architektura STO gwarantuje, że oba silniki napędowe usuwają moment obrotowy niemal w tym samym czasie.

Często zadawane pytania 6: Czy pojazd AGV może automatycznie uruchomić się ponownie po zwolnieniu STO?

Odpowiedź:

Ogólnie rzecz biorąc, pojazdy AGV nie powinny automatycznie uruchamiać się ponownie po aktywacji STO.

Sekwencja bezpiecznego ponownego uruchomienia zwykle wymaga:

1. Usuń spust bezpieczeństwa

2. Zresetuj sterownik PLC bezpieczeństwa

3. Włącz system sterowania AGV

4. Wyślij nowe polecenie ruchu

Zapobieganie automatycznemu ponownemu uruchomieniu zmniejsza ryzyko nieoczekiwanego ruchu pojazdu w pobliżu operatorów.

FAQ 7: Jakie testy należy uwzględnić w teście akceptacyjnym AGV STO?

Odpowiedź:

Kompletny test akceptacyjny AGV STO powinien obejmować:

• Test zatrzymania awaryjnego

• Test aktywacji skanera bezpieczeństwa

• Test awarii kanału STO

• Uruchom ponownie test zapobiegawczy

• Test diagnostyczny usterek serwonapędu

• Zatrzymanie pomiaru odległości

Testy te sprawdzają, czy system bezpieczeństwa AGV spełnia wymagania projektowe przed dostawą.

FAQ 8: Czy STO natychmiast zatrzymuje pojazd AGV?

Odpowiedź:

Nie. Funkcja STO usuwa moment obrotowy silnika, ale nie zatrzymuje fizycznie natychmiast pojazdu.

Rzeczywista droga hamowania zależy od:

• Waga AGV

• Masa ładunku

• Prędkość podróży

• Tarcie koła

• Czas reakcji hamulca

• Warunki podłogowe

W przypadku pojazdów AGV o dużej wytrzymałości funkcję STO często łączy się z hamulcami mechanicznymi lub funkcjami kontrolowanego zwalniania.

FAQ 9: Jakie parametry bezpieczeństwa należy sprawdzić w przypadku systemów AGV STO?

Odpowiedź:

Do ważnych parametrów bezpieczeństwa należą:

• Zakres diagnostyczny (DC)

• Średni czas do niebezpiecznej awarii (MTTFd)

• Prawdopodobieństwo wystąpienia niebezpiecznej awarii na godzinę (PFHd)

• Poziom wydajności (PL)

• Poziom nienaruszalności bezpieczeństwa (SIL)

Wartości te pomagają określić, czy system bezpieczeństwa AGV spełnia wymagania bezpieczeństwa funkcjonalnego.

FAQ 10: Dlaczego producenci AGV wybierają serwomotory ze zintegrowanymi funkcjami STO?

Odpowiedź:

Zintegrowane serwomotory STO upraszczają projektowanie zabezpieczeń AGV, łącząc funkcje sterowania silnikiem i bezpieczeństwa w jednym kompaktowym rozwiązaniu.

Korzyści obejmują:

• Mniejsza złożoność okablowania

• Mniejsze szafy sterownicze

• Szybsze uruchomienie

• Łatwiejsza weryfikacja bezpieczeństwa

• Większa niezawodność systemu

Są szeroko stosowane w:

• pojazdy AGV

• AMR

• Roboty magazynowe

• Inteligentne systemy automatyzacji fabryk