Từ nối dây kênh đôi đến thử nghiệm chấp nhận: Vận hành và xác nhận hệ thống AGV servo STO

Giới thiệu: Tại sao việc vận hành STO lại trở nên quan trọng đối với các hệ thống AGV hiện đại

Khi Xe dẫn hướng tự động (AGV) và Robot di động tự động (AMR) ngày càng được triển khai nhiều hơn trong các nhà máy, nhà kho và trung tâm hậu cần, an toàn chức năng đã trở thành một trong những yếu tố quan trọng nhất trong quá trình tích hợp hệ thống. Không giống như các hệ thống băng tải truyền thống, AGV hoạt động trong môi trường năng động, nơi con người, máy móc và robot di động có chung không gian làm việc.

Chức năng Tắt mô-men xoắn an toàn (STO) trong bộ điều khiển servo AGV cung cấp một phương pháp đáng tin cậy để dừng việc tạo mô-men xoắn động cơ ngay lập tức khi xảy ra sự kiện an toàn, chẳng hạn như kích hoạt dừng khẩn cấp, phát hiện máy quét an toàn, mở cửa bảo vệ hoặc can thiệp PLC an toàn.

Tuy nhiên, việc chỉ lắp đặt động cơ servo có khả năng STO không đảm bảo hệ thống AGV an toàn. Các nhà sản xuất OEM và nhà tích hợp hệ thống phải thiết kế kiến ​​trúc an toàn phù hợp, hoàn thiện hệ thống dây điện kênh đôi, cấu hình các thông số, xác minh chức năng chẩn đoán và thực hiện kiểm tra nghiệm thu theo các yêu cầu an toàn.

Bài viết này giải thích quy trình vận hành AGV servo STO hoàn chỉnh, bao gồm:

• Cách kết nối mạch STO kênh đôi giữa PLC an toàn và bộ điều khiển servo

• Cách kiểm tra và xác thực các chức năng STO trong quá trình vận hành AGV

• Các giá trị phạm vi chẩn đoán (DC) và MTTFd bắt buộc cho mạch an toàn AGV

• Kiến trúc STO ảnh hưởng như thế nào đến AGV dẫn động vi sai hai bánh

• STO ảnh hưởng như thế nào đến khoảng cách dừng trong các ứng dụng AGV tải nặng

1. Cách kết nối mạch STO kênh đôi trên bộ điều khiển servo AGV

Hiểu biết Kiến trúc STO kênh đôi trong hệ thống AGV

Các hệ thống servo AGV hiện đại thường sử dụng đầu vào STO kênh đôi để đạt được mức độ an toàn chức năng cao hơn. Thiết kế kênh đôi có nghĩa là hai tín hiệu an toàn độc lập phải được giám sát riêng biệt.

Thay vì dựa vào một tín hiệu dừng khẩn cấp duy nhất, bộ điều khiển an toàn liên tục kiểm tra hai kênh độc lập:

• STO Kênh 1 (STO1)

• STO Kênh 2 (STO2)

Khi cả hai kênh bị gián đoạn, bộ truyền động servo sẽ ngay lập tức vô hiệu hóa đầu ra mô-men xoắn của động cơ.

Kiến trúc an toàn AGV điển hình bao gồm:

Thiết bị an toàn → PLC an toàn → Đầu vào STO → Bộ truyền động servo → Động cơ AGV

Các thiết bị đầu vào an toàn phổ biến bao gồm:

• Nút dừng khẩn cấp

• Máy quét laser an toàn

• Cản an toàn

• Công tắc cửa an toàn

• Rèm đèn an toàn

PLC an toàn đánh giá các tín hiệu này và gửi lệnh tắt an toàn đến các bộ điều khiển servo AGV.

Phương pháp nối dây STO kênh đôi điển hình

Đối với các ứng dụng AGV, hệ thống dây điện STO thường tuân theo cấu trúc sau:

Trong quá trình hoạt động bình thường:

• STO1 = BẬT

• STO2 = BẬT

• Ổ đĩa servo cho phép đầu ra mô-men xoắn

Trong một sự kiện an toàn:

• STO1 = TẮT

• STO2 = TẮT

• Bộ truyền động servo ngay lập tức loại bỏ việc tạo mô-men xoắn

Bản thân động cơ không nhận được lệnh phanh. Thay vào đó, thiết bị điện tử truyền động chặn giai đoạn công suất, ngăn chặn việc tạo ra mô-men xoắn điện.

Tại sao các nhà sản xuất AGV thích STO kênh đôi

AGV thường hoạt động xung quanh:

• Công nhân nhà máy

• Xe nâng

• Dây chuyền sản xuất tự động

• Tế bào robot

• Vật liệu có giá trị cao

Mạch an toàn một kênh có một số hạn chế:

• Dây bị đứt có thể không được phát hiện

• Một liên hệ an toàn không thành công có thể vẫn không được chú ý

• Khả năng chẩn đoán còn hạn chế

STO kênh đôi cải thiện:

1. Khả năng phát hiện lỗi

Hệ thống có thể xác định:

• Lỗi mạch hở

• Đoản mạch

• Lỗi không khớp kênh

2. Tính toàn vẹn về an toàn

Kiến trúc dự phòng giúp các nhà sản xuất AGV đạt được mức hiệu suất an toàn cao hơn, chẳng hạn như:

• PL d

• PL e

tùy thuộc vào thiết kế an toàn hoàn chỉnh.

3. Chứng nhận dễ dàng hơn

Đối với các nhà sản xuất OEM AGV, kiến ​​trúc STO kênh đôi được tiêu chuẩn hóa giúp đơn giản hóa việc tuân thủ:

• ISO 13849-1

• IEC 61800-5-2

• IEC 62061

Chuyển động động cơ servo tùy chỉnh của Jkongmotor

Nhà cung cấp giải pháp động cơ servo DC tích hợp một cửa

2. Cách kiểm tra và xác thực chức năng STO trong quá trình vận hành AGV

Tại sao việc kiểm tra STO lại quan trọng trong quá trình vận hành AGV

Đối với các nhà sản xuất AGV và AMR, xác nhận Tắt mô-men xoắn an toàn (STO) là một trong những bước quan trọng nhất trước khi giao thiết bị và sản xuất hàng loạt. Mặc dù các bộ truyền động servo có chức năng STO tích hợp có thể nhanh chóng loại bỏ mô-men xoắn của động cơ trong trường hợp an toàn, nhưng toàn bộ chuỗi an toàn phải được xác minh để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy.

Quy trình vận hành STO hoàn chỉnh xác nhận rằng:

• Thiết bị an toàn kích hoạt tắt STO một cách chính xác

• Logic PLC an toàn hoạt động như thiết kế

• Ổ đĩa servo phản hồi chính xác với các lệnh STO

• Cả hai kênh STO đều hoạt động độc lập

• AGV không thể khởi động lại đột ngột sau khi dừng an toàn

• Việc ngừng thực hiện đáp ứng yêu cầu đánh giá rủi ro

Không giống như kiểm tra chức năng vận động tiêu chuẩn, kiểm tra STO là một quy trình xác nhận an toàn chức năng . Nó đảm bảo rằng AGV có thể chuyển sang trạng thái an toàn bất cứ khi nào người vận hành, thiết bị hoặc môi trường gặp rủi ro.

Quy trình thử nghiệm vận hành AGV STO

Quy trình xác nhận AGV STO chuyên nghiệp thường bao gồm năm giai đoạn chính:

1. Kiểm tra hệ thống dây điện

2. Xác minh cấu hình STO truyền động servo

3. Kiểm tra kích hoạt chức năng an toàn

4. Kiểm tra mô phỏng lỗi

5. Tài liệu chấp nhận cuối cùng

Mỗi giai đoạn xác minh một phần khác nhau của kiến ​​trúc an toàn.

1. Kiểm tra hệ thống dây điện STO trước khi bật nguồn

Trước khi kiểm tra chức năng STO, trước tiên các kỹ sư phải xác nhận rằng hệ thống dây an toàn kênh đôi đã được lắp đặt chính xác.

Một mạch AGV STO điển hình bao gồm:

Dừng khẩn cấp / Máy quét an toàn / PLC an toàn → Kênh STO 1 & Kênh STO 2 → Truyền động servo → Động cơ AGV

Trong quá trình kiểm tra hệ thống dây điện, các kỹ sư nên kiểm tra:

Độc lập kênh STO

Hai kênh STO phải độc lập về điện.

Ví dụ nối dây không chính xác:

• Kết nối STO1 và STO2 với nhau

• Chia sẻ một đầu ra an toàn cho cả hai kênh

• Sử dụng đầu ra PLC tiêu chuẩn thay vì đầu ra được xếp hạng an toàn

Những sai sót này có thể khiến hệ thống không đạt được mức hiệu suất an toàn cần thiết.

Kiểm tra tính liên tục của hệ thống dây điện

Trước khi cấp nguồn, hãy xác minh:

• tín hiệu STO1 liên tục

• tín hiệu STO2 liên tục

• Điện áp cung cấp an toàn 24V

• Kết nối tham chiếu mặt đất

• Tình trạng khóa đầu nối

Đối với AGV hoạt động trong môi trường công nghiệp, các kỹ sư cũng nên kiểm tra:

• Bảo vệ cáp

• Chống rung

• Bảo vệ nhiễu điện từ

Đầu nối lỏng hoặc cáp bị hỏng là nguyên nhân phổ biến gây ra lỗi STO trong quá trình vận hành tại hiện trường.

2. Xác nhận cấu hình STO truyền động servo

Sau khi xác minh nối dây, cần kiểm tra các thông số của ổ đĩa servo.

Bộ điều khiển servo AGV hiện đại thường cung cấp các chức năng giám sát liên quan đến STO, bao gồm:

• Trạng thái đầu vào STO

• Phát hiện lỗi an toàn

• Phát hiện kênh không khớp

• Ngăn ngừa khởi động lại

Các kỹ sư cần xác nhận:

Trạng thái đầu vào STO

Khi AGV hoạt động bình thường:

• Kênh STO 1 = Đang hoạt động

• Kênh STO 2 = Đang hoạt động

Bộ truyền động servo phải cho phép đầu ra mô-men xoắn của động cơ.

Khi STO được kích hoạt:

• Kênh STO 1 = Đã tắt

• Kênh STO 2 = Đã tắt

Bộ truyền động sẽ ngay lập tức loại bỏ việc tạo mô-men xoắn.

Xác minh thông số an toàn

Tùy thuộc vào nhà sản xuất ổ đĩa servo, hãy xác minh:

• Cài đặt kích hoạt STO

• Phân cực đầu vào an toàn

• Chế độ phản hồi lỗi

• Tự động ngăn chặn khởi động lại

• Đầu ra phản hồi chẩn đoán

Cài đặt tham số không chính xác có thể gây ra tình huống trong đó đầu vào an toàn thay đổi nhưng hoạt động của động cơ không phù hợp với mong đợi.

3. Thực hiện xác minh hoạt động bình thường trước khi kiểm tra STO

Việc kiểm tra STO chỉ nên bắt đầu sau khi xác nhận rằng AGV hoạt động bình thường.

Trước khi xác nhận an toàn, hãy kiểm tra:

Điều khiển chuyển động

Xác minh:

• Chuyển động tiến về phía trước

• Chuyển động ngược

• Hoạt động quay

• Điều chỉnh tốc độ

• Độ chính xác của vị trí

Đối với AGV dẫn động vi sai:

• Vận hành động cơ bên trái

• Hoạt động của động cơ bên phải

• Đồng bộ hóa bánh xe

nên được kiểm tra riêng.

Tín hiệu mã hóa và phản hồi

Xác nhận:

• Giao tiếp bộ mã hóa

• Độ ổn định phản hồi tốc độ

• Vị trí phản hồi chính xác

Mặc dù STO loại bỏ đầu ra mô-men xoắn, phản hồi bộ mã hóa không chính xác có thể ảnh hưởng đến chức năng chẩn đoán và logic khởi động lại.

4. Thực hiện kiểm tra kích hoạt STO

Sau khi xác nhận vận hành cơ bản, các kỹ sư nên thực hiện kiểm tra kích hoạt STO thực tế.

Kiểm tra 1: Kiểm tra nút dừng khẩn cấp

Thủ tục:

1. Chạy AGV ở tốc độ hoạt động bình thường

2. Nhấn nút dừng khẩn cấp

3. Giám sát phản hồi của ổ đĩa servo

Kết quả mong đợi:

• PLC an toàn loại bỏ tín hiệu STO

• Ổ đĩa servo vô hiệu hóa đầu ra mô-men xoắn

• Động cơ ngừng tạo ra lực dẫn động

• Trạng thái STO được hiển thị

• AGV không thể tự động khởi động lại

Điều này xác minh chuỗi an toàn dừng khẩn cấp hoàn chỉnh.

Kiểm tra 2: Kiểm tra kích hoạt máy quét an toàn

AGV thường sử dụng máy quét laser an toàn để phát hiện chướng ngại vật và con người.

Thủ tục:

1. Vận hành AGV ở chế độ tự động

2. Nhập vùng phát hiện máy quét

3. Kích hoạt vùng an toàn

Kết quả mong đợi:

• PLC an toàn nhận tín hiệu máy quét

• Thay đổi đầu ra STO

• Ổ đĩa servo vào trạng thái an toàn

• Xe dừng di chuyển theo yêu cầu an toàn

Thử nghiệm này đặc biệt quan trọng đối với AGV nhà kho và nhà máy hoạt động xung quanh công nhân.

Kiểm tra 3: Kiểm tra thiết bị bảo vệ

Đối với AGV được trang bị:

• Cản an toàn

• Cửa an toàn

• Công tắc truy cập

thực hiện xác nhận STO bổ sung.

Ví dụ:

Khi nhấn cản an toàn:

Hành vi dự kiến:

• Dừng chuyển động AGV

• Mô-men xoắn servo bị loại bỏ

• Cảnh báo an toàn xuất hiện

• Khởi động lại yêu cầu thiết lập lại thủ công

5. Thực hiện kiểm tra mô phỏng lỗi kênh STO

Kiểm tra chấp nhận STO chuyên nghiệp không chỉ kiểm tra kích hoạt bình thường mà còn xác minh việc phát hiện lỗi.

Kiểm tra lỗi kênh 1 của STO

Thủ tục:

Ngắt kết nối hoặc ngắt kênh STO 1.

Kết quả mong đợi:

Hệ thống nên:

• Phát hiện kênh không khớp

• Tạo ra lỗi an toàn

• Ngăn chặn chuyển động của AGV

Kiểm tra lỗi kênh 2 của STO

Lặp lại quy trình tương tự cho Kênh 2.

Kết quả mong đợi:

• Đã phát hiện lỗi

• Ổ đĩa servo vẫn bị vô hiệu hóa

• Không xảy ra chuyển động mất an toàn

Kiểm tra phát hiện ngắn mạch

Nếu có thể, hãy kiểm tra:

• Ngắn mạch giữa các kênh

• Ngắn mạch từ kênh đến nguồn

• Điều kiện lỗi chạm đất

Hệ thống an toàn phải xác định các điều kiện bất thường và chuyển sang trạng thái an toàn.

6. Xác minh hành vi khởi động lại STO

Việc khởi động lại bất ngờ sau khi phát hành STO là một rủi ro an toàn lớn.

Vì vậy, hành vi khởi động lại phải được kiểm tra cẩn thận.

Sau khi kích hoạt STO:

1. Tháo cò an toàn

2. Đặt lại PLC an toàn

3. Kích hoạt hệ thống điều khiển AGV

4. Gửi lệnh chuyển động mới

AGV phải đứng yên cho đến khi hoàn thành trình tự khởi động lại hoàn chỉnh.

Tại sao tự động khởi động lại lại nguy hiểm

Nếu AGV tự động khởi động lại sau khi khôi phục STO:

Những rủi ro có thể xảy ra bao gồm:

• Xe chuyển động bất ngờ

• Chấn thương của người vận hành

• Va chạm với thiết bị

• Thiệt hại vật chất

Đối với hầu hết các ứng dụng AGV công nghiệp, cần phải đặt lại thủ công hoặc khởi động lại có kiểm soát.

7. Đo thời gian đáp ứng STO và khoảng cách dừng

Xác thực STO không hoàn tất nếu không đánh giá hiệu suất dừng.

Khi STO được kích hoạt:

Quá trình dừng tổng thể bao gồm:

1. Thời gian phát hiện thiết bị an toàn

2. Thời gian xử lý PLC an toàn

3. Thời gian truyền tín hiệu STO

4. Thời gian loại bỏ mômen truyền động servo

5. Thời gian dừng cơ học

Các yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách dừng AGV

Khoảng cách dừng xe phụ thuộc vào:

• Tổng trọng lượng AGV

• Trọng lượng tải trọng

• Tốc độ di chuyển

• Đường kính bánh xe

• Ma sát sàn

• Tình trạng điện áp pin

• Thời gian phản hồi của phanh

Đối với AGV hạng nặng, STO thường được kết hợp với:

• Phanh điện từ

• Phanh giữ cơ khí

• Chức năng giảm tốc được kiểm soát

8. Tiến hành kiểm tra và lập tài liệu chấp nhận STO cuối cùng

Trước khi phân phối AGV, nhà sản xuất nên tạo báo cáo xác nhận STO hoàn chỉnh.

Tài liệu nên bao gồm:

Tài liệu điện

• Sơ đồ nối dây STO

• Cấu hình PLC an toàn

• Thông số an toàn truyền động servo

Hồ sơ kiểm tra

• Kết quả kiểm tra dừng khẩn cấp

• Kết quả kiểm tra kích hoạt máy quét

• Kết quả kiểm tra lỗi kênh STO

• Khởi động lại kết quả xác minh

Thông tin an toàn

• Thông số kỹ thuật STO truyền động servo

• dữ liệu PFHd

• Giá trị MTTFd

• Thông tin phạm vi chẩn đoán

Các phương pháp thực hành tốt nhất dành cho các nhà sản xuất OEM của AGV

Để cải thiện độ tin cậy của STO trong quá trình sản xuất và vận hành tại hiện trường:

Sử dụng Động cơ servo có chức năng STO tích hợp

Giải pháp servo tích hợp giúp giảm:

• Hệ thống dây điện bên ngoài

• Độ phức tạp của tủ điều khiển

• Thời gian vận hành

Chúng đặc biệt thích hợp cho:

• AMR nhỏ gọn

• Robot kho

• Robot kiểm tra di động

• AGV công nghiệp

Bao gồm thử nghiệm STO trong mọi chu kỳ sản xuất

Đối với AGV được sản xuất hàng loạt, việc xác nhận STO phải trở thành một phần của thử nghiệm chấp nhận tiêu chuẩn tại nhà máy (FAT).

Kiểm tra được đề xuất:

• Xác minh đầu vào STO

• Kiểm tra giao tiếp an toàn

• Kiểm tra dừng khẩn cấp

• Kiểm tra chẩn đoán lỗi

Phần kết luận

Việc kiểm tra và xác nhận các chức năng STO trong quá trình vận hành AGV là điều cần thiết để đảm bảo hoạt động an toàn và đáng tin cậy. Một quy trình xác minh STO hoàn chỉnh phải bao gồm kiểm tra điện, cấu hình ổ đĩa servo, kiểm tra kích hoạt an toàn, mô phỏng lỗi, ngăn ngừa khởi động lại và đo khoảng cách dừng.

Đối với các nhà sản xuất AGV và AMR, hệ thống STO được vận hành phù hợp sẽ cung cấp:

• An toàn vận hành cao hơn

• Vận hành máy đáng tin cậy hơn

• Tuân thủ dễ dàng hơn các tiêu chuẩn an toàn

• Sự chấp nhận của khách hàng nhanh hơn

Bằng cách tích hợp thử nghiệm STO vào quy trình vận hành AGV, các nhà sản xuất OEM có thể cung cấp các phương tiện tự hành an toàn hơn với hiệu suất an toàn có thể lặp lại và có thể dự đoán được.

3. Giá trị phạm vi chẩn đoán (DC) và MTTFd bắt buộc cho mạch an toàn AGV STO

Hiểu các thông số an toàn trong ứng dụng AGV

Khi thiết kế hệ thống an toàn AGV, các kỹ sư thường đánh giá:

• Phạm vi chẩn đoán (DC)

• Thời gian trung bình dẫn tới sự cố nguy hiểm (MTTFd)

• Mức hiệu suất (PL)

• Mức độ toàn vẹn an toàn (SIL)

Các thông số này xác định xem mạch an toàn có thể phát hiện các hư hỏng nguy hiểm một cách đáng tin cậy hay không.

Yêu cầu về phạm vi chẩn đoán (DC)

Phạm vi chẩn đoán mô tả mức độ hiệu quả của hệ thống an toàn trong việc phát hiện lỗi.

Các loại điển hình:

Đối với hệ thống AGV servo STO, phạm vi chẩn đoán trung bình hoặc cao thường được ưu tiên hơn.

Ví dụ về các chức năng chẩn đoán bao gồm:

• Giám sát kênh STO

• So sánh đa kênh

• Phản hồi lỗi ổ đĩa

• Chẩn đoán PLC an toàn

Yêu cầu MTTFd đối với Hệ thống servo AGV

MTTFd thể hiện thời gian dự kiến ​​trước khi xảy ra sự cố nguy hiểm.

Đối với các ứng dụng AGV:

Giá trị MTTFd cao hơn cải thiện:

• Độ tin cậy của hệ thống

• Phân loại an toàn

• Khoảng thời gian bảo trì

Bộ truyền động servo có chức năng STO tích hợp thường cung cấp dữ liệu an toàn bao gồm:

• Giá trị MTTFd

• đánh giá DC

• Giá trị PFHd

Các nhà sản xuất AGV OEM nên yêu cầu các giá trị này từ các nhà cung cấp động cơ servo trong quá trình lựa chọn thành phần.

Động cơ servo tích hợp giúp thiết kế an toàn của AGV như thế nào

Động cơ servo DC tích hợp và động cơ servo BLDC có chức năng STO đơn giản hóa kiến ​​trúc an toàn bằng cách kết hợp:

• Động cơ

• Bộ mã hóa

• Bộ điều khiển servo

• Giao diện đầu vào an toàn

Ưu điểm bao gồm:

• Giảm độ phức tạp của hệ thống dây điện

• Vận hành nhanh hơn

• Tủ điều khiển nhỏ hơn

• Chứng nhận dễ dàng hơn

Đối với AGV và AMR nhỏ gọn, các giải pháp servo tích hợp ngày càng trở nên phổ biến vì chúng giúp giảm thời gian tích hợp hệ thống.

4. Cấu trúc STO ảnh hưởng như thế nào đến việc đồng bộ hóa bánh xe trái và phải trong AGV

Tại sao kiến ​​trúc STO lại quan trọng đối với AGV truyền động vi sai

Hầu hết các AGV và AMR công nghiệp đều sử dụng kiến ​​trúc truyền động vi sai , trong đó hai động cơ servo độc lập điều khiển bánh dẫn động bên trái và bên phải. Bằng cách điều chỉnh sự chênh lệch tốc độ giữa hai động cơ này, xe có thể tiến, lùi, rẽ, quay tại chỗ.

Một bộ truyền động vi sai AGV điển hình bao gồm:

• Động cơ servo bên trái

• Động cơ servo bên phải

• Ổ đĩa servo độc lập

• Hệ thống phản hồi mã hóa

• PLC an toàn

• Đầu vào an toàn STO

Trong hoạt động bình thường, cả hai động cơ hoạt động cùng nhau thông qua thuật toán điều khiển chuyển động. Tuy nhiên, khi một sự kiện an toàn xảy ra, kiến ​​trúc STO sẽ xác định mức độ nhanh chóng và an toàn của cả hai động cơ chuyển sang trạng thái tắt mô-men xoắn.

Hệ thống STO được thiết kế không đúng cách có thể tạo ra hành vi bánh xe không đồng đều, dẫn đến:

• Vòng quay AGV bất ngờ

• Khoảng cách dừng dài hơn

• Tải trọng không ổn định

• Giảm hiệu suất an toàn

Vì vậy, thiết kế STO phải tính đến sự đồng bộ của cả dẫn động bánh trái và bánh phải.

Tìm hiểu về điều khiển chuyển động AGV truyền động vi sai

Động cơ bên trái và bên phải điều khiển chuyển động của AGV như thế nào

Bộ truyền động vi sai AGV thay đổi hướng bằng cách kiểm soát mối quan hệ tốc độ giữa hai bánh xe.

Ví dụ:

Chuyển động thẳng

Cả hai động cơ đều quay cùng tốc độ:

• Động cơ bên trái = 100 vòng/phút

• Động cơ bên phải = 100 vòng/phút

Kết quả:

• AGV tiến thẳng về phía trước

Rẽ phải

Bánh xe bên trái quay nhanh hơn:

• Động cơ bên trái = 120 vòng/phút

• Động cơ bên phải = 80 vòng/phút

Kết quả:

• AGV rẽ phải êm ái

Xoay tại chỗ

Động cơ quay ngược chiều nhau:

• Động cơ bên trái = Chuyển tiếp

• Động cơ bên phải = Đảo ngược

Kết quả:

• AGV quay quanh trục trung tâm của nó

Vì cả hai động cơ đều ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định của xe nên các chức năng an toàn như STO phải tắt cả hai hệ thống truyền động một cách phối hợp.

Cách thức hoạt động của STO trong hệ thống AGV động cơ kép

Kiến trúc STO kênh đôi điển hình

Kiến trúc an toàn AGV tiêu chuẩn sử dụng PLC an toàn để điều khiển cả hai bộ truyền động servo.

Ví dụ:

Thiết bị an toàn (E-Stop / Scanner / Bumper) ↓ PLC an toàn ↓ STO Kênh 1 ───── Dẫn động servo bên trái └───── Dẫn động servo bên phải STO Kênh 2 ───── Dẫn động servo bên trái └───── Ổ đĩa servo bên phải ↓ Động cơ trái + Động cơ phải 

Khi xảy ra sự cố an toàn:

1. PLC an toàn phát hiện nguy hiểm

2. Cả hai kênh STO đều bị gián đoạn

3. Ổ đĩa servo bên trái loại bỏ mô-men xoắn

4. Ổ đĩa servo bên phải loại bỏ mô-men xoắn

5. AGV bước vào trạng thái an toàn

Mục đích là để đảm bảo cả hai bánh xe ngừng tạo ra lực dẫn động gần như cùng một lúc.

Tại sao cả hai bánh xe phải vào STO đồng thời

1. Ngăn chặn việc xoay AGV bất ngờ

Nếu chỉ có một động cơ đi vào STO trong khi động cơ kia tiếp tục tạo ra mô-men xoắn, AGV có thể quay bất ngờ.

Ví dụ:

Trước STO:

• Động cơ bên trái: 200 vòng/phút

• Động cơ bên phải: 200 vòng/phút

Sự kiện an toàn xảy ra:

• Động cơ bên trái: kích hoạt STO

• Động cơ bên phải: Vẫn chạy ở tốc độ 200 vòng/phút

Kết quả:

• Bánh xe bên phải tiếp tục đẩy

• AGV quay quanh bánh xe đã dừng

Điều này có thể tạo ra rủi ro va chạm, đặc biệt là ở các lối đi hẹp trong nhà máy.

2. Duy trì sự ổn định của xe khi chịu tải nặng

Xe AGV hạng nặng thường vận chuyển:

• Linh kiện ô tô

• Pallet

• Nguyên liệu thô

• Thiết bị công nghiệp

Khi một bánh xe mất mô-men xoắn trước bánh kia:

Hậu quả có thể xảy ra:

• Chuyển tải

• Lực phanh không đều

• Xe lệch khỏi đường đi

• Tăng khoảng cách dừng

Đối với AGV có tải trọng cao, phản hồi STO được đồng bộ hóa đặc biệt quan trọng.

3. Tránh căng thẳng cơ học không đồng đều

Việc loại bỏ mô-men xoắn không đối xứng có thể tạo thêm căng thẳng cho:

• Hộp số

• Khớp nối bánh xe

• Trục truyền động

• Khung cơ khí

Thiết kế STO đồng bộ giúp giảm sốc cơ học khi dừng khẩn cấp.

Phương pháp triển khai STO cho bộ truyền động servo trái và phải

Phương pháp 1: Kiểm soát STO kênh đôi thông thường

Đây là cách tiếp cận phổ biến nhất cho AGV công nghiệp.

Cả hai ổ servo đều nhận được tín hiệu STO giống nhau.

Ví dụ:

Thuận lợi:

• Hệ thống dây điện đơn giản

• Xác nhận an toàn dễ dàng

• Thời gian tắt máy liên tục

Thích hợp cho:

• AGV kho

• Robot vận chuyển nhà máy

• AMR trong nhà

Phương pháp 2: Giám sát STO cá nhân

Đối với AGV hiệu suất cao hơn, mỗi bộ truyền động động cơ có thể được giám sát an toàn độc lập.

Ví dụ:

PLC an toàn ↓ Giám sát STO bên trái → Giám sát STO bên trái → Bộ truyền động servo bên trái Giám sát STO bên phải → Bộ điều khiển servo bên phải 

Thuận lợi:

• Chẩn đoán lỗi cá nhân

• Xử lý sự cố tốt hơn

• Khả năng chẩn đoán cao hơn

Thích hợp cho:

• AGV tải nặng

• Robot di động ngoài trời

• Các ứng dụng quan trọng về an toàn

Thời gian phản hồi của bộ truyền động servo ảnh hưởng đến việc đồng bộ hóa bánh xe như thế nào

Ngay cả khi cả hai động cơ nhận lệnh STO đồng thời, thời gian loại bỏ mô-men xoắn thực tế có thể khác nhau.

Các yếu tố bao gồm:

• Thiết kế phần cứng ổ đĩa servo

• Thời gian xử lý nội bộ

• Độ trễ liên lạc

• Quán tính động cơ

• Tình trạng tải

Ví dụ:

Phản hồi STO servo bên trái:

• 5 mili giây

Phản hồi STO servo bên phải:

• 8 mili giây

Sự khác biệt 3 ms có vẻ nhỏ nhưng ở tốc độ AGV cao, nó có thể ảnh hưởng đến hành vi dừng.

Các phương pháp hay nhất để cải thiện đồng bộ hóa STO

1. Sử dụng động cơ và bộ truyền động servo phù hợp

Đối với AGV truyền động vi sai, việc chọn các hệ thống servo giống hệt nhau sẽ giúp duy trì:

• Thời gian phản hồi tương tự

• Đặc tính mô-men xoắn tương tự

• Chẩn đoán nhất quán

Ví dụ:

• Cùng dòng động cơ

• Cùng loại bộ mã hóa

• Cùng một ổ đĩa servo được xếp hạng STO

2. Sử dụng STO dựa trên phần cứng thay vì giao tiếp tiêu chuẩn

Mặc dù một số AGV sử dụng chức năng an toàn dựa trên giao tiếp nhưng đầu vào STO phần cứng thường được ưu tiên cho các chức năng an toàn khẩn cấp.

Thuận lợi:

• Phản hồi nhanh hơn

• Độc lập với giao tiếp phần mềm

• Xác nhận an toàn dễ dàng hơn

3. Đồng bộ hóa điều khiển phanh với STO

Đối với AGV hạng nặng, chỉ riêng STO có thể không cung cấp đủ lực dừng.

Chiến lược an toàn chung:

Dừng bình thường:

→ Giảm tốc được điều khiển bằng servo

Dừng khẩn cấp:

→ Loại bỏ mô-men xoắn servo + kích hoạt phanh cơ

Hệ thống phanh phải kích hoạt liên tục trên cả hai bánh.

4. Xác thực hiệu suất dừng trái và phải

Trong quá trình vận hành, các kỹ sư nên đo:

• Thời gian kích hoạt STO

• Thời gian dừng bánh xe bên trái

• Thời gian dừng bánh xe bên phải

• Khoảng cách dừng xe

• Độ lệch hướng xe

AGV sẽ dừng mà không:

• Xoay quá mức

• Trôi bên

• Tải không ổn định

Tiêu chuẩn an toàn STO và AGV

Khi thiết kế hệ thống STO, các nhà sản xuất AGV thường cân nhắc:

IEC 61800-5-2

Xác định các chức năng liên quan đến an toàn cho bộ truyền động tốc độ có thể điều chỉnh, bao gồm:

• Tắt mô-men xoắn an toàn (STO)

• Chức năng dừng an toàn

ISO 13849-1

Dùng để đánh giá:

• Mức hiệu suất (PL)

• Độ tin cậy của mạch an toàn

• Phạm vi chẩn đoán

IEC 62061

Cung cấp các yêu cầu về vòng đời an toàn cho hệ thống điều khiển máy móc.

Những cân nhắc đặc biệt đối với AGV truyền động vi sai hạng nặng

Đối với AGV mang tải trọng lớn, cần đánh giá thêm các yếu tố an toàn.

Tải quán tính cao

Tải nặng tiếp tục di chuyển sau khi loại bỏ mô-men xoắn.

Coi như:

• Mômen phanh

• ma sát bánh xe

• Tình trạng sàn

• Giới hạn tốc độ

Hoạt động nghiêng

AGV hoạt động trên sườn dốc cần được chú ý thêm.

Nếu không phanh đúng cách:

• Xe có thể lăn lùi

• Độ ổn định của tải có thể giảm

Giải pháp được đề xuất:

• Động cơ servo có phanh điện từ

• STO kết hợp với phanh giữ cơ

Ứng dụng AGV ngoài trời

AGV ngoài trời có thể gặp phải:

• Bề mặt không bằng phẳng

• Thay đổi nhiệt độ

• Tiếp xúc với nước và bụi

Tính năng động cơ được đề xuất:

• Bảo vệ IP65/IP67

• Khả năng chống rung cao

• Hoạt động STO ổn định trong môi trường khắc nghiệt

Phần kết luận

Kiến trúc STO ảnh hưởng trực tiếp đến sự an toàn và ổn định của việc đồng bộ hóa bánh trái và bánh phải trong AGV dẫn động vi sai. Bởi vì cả hai bánh xe đều xác định chuyển động và hướng của xe nên cả hai bộ truyền động servo phải chuyển sang trạng thái STO một cách đáng tin cậy và đồng thời.

Một hệ thống AGV STO được thiết kế tốt sẽ cung cấp:

• Kiểm soát an toàn hai kênh

• Loại bỏ mô-men xoắn đồng bộ

• Phát hiện lỗi đáng tin cậy

• Hành vi khởi động lại được kiểm soát

• Hiệu suất dừng đã được xác minh

Đối với các nhà sản xuất AGV và AMR, việc lựa chọn động cơ servo có chức năng STO tích hợp giúp đơn giản hóa thiết kế an toàn đồng thời cải thiện độ tin cậy của hệ thống, hiệu quả vận hành và tuân thủ các yêu cầu an toàn chức năng quốc tế.

5. STO ảnh hưởng như thế nào đến khoảng cách trượt của AGV hạng nặng sau khi loại bỏ mô-men xoắn

STO không có nghĩa là dừng cơ học ngay lập tức

Một sự hiểu lầm phổ biến là STO dừng AGV ngay lập tức.

Thực ra:

STO loại bỏ việc tạo mô-men xoắn động cơ.

AGV có thể tiếp tục di chuyển vì:

• Quán tính của xe

• Trọng lượng tải trọng

• Ma sát sàn

• Đường kính bánh xe

• Tốc độ

• Góc dốc

Chuyển động còn lại này được gọi là khoảng cách trượt.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khoảng cách trượt của AGV sau STO

1. Tổng khối lượng xe

AGV nặng hơn yêu cầu khoảng cách dừng dài hơn.

Ví dụ:

Một AGV 500 kg chở tải 1000 kg có quán tính cao hơn đáng kể so với một chiếc xe không tải.

2. Tốc độ di chuyển

Khoảng cách dừng tăng xấp xỉ với bình phương vận tốc.

Tốc độ cao hơn yêu cầu:

• Khoảng cách an toàn dài hơn

• Phát hiện máy quét trước đó

3. Tình trạng bánh xe và sàn nhà

Các yếu tố bao gồm:

• Chất liệu lốp

• Độ sạch sàn

• Hệ số ma sát bề mặt

Sàn ướt hoặc bụi bẩn làm tăng khoảng cách trượt.

4. Thời gian phản hồi của phanh cơ

Đối với AGV hạng nặng:

STO thường được kết hợp với:

• Phanh ứng dụng lò xo

• Phanh điện từ

Độ trễ phanh ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất dừng.

Cách các kỹ sư AGV xác nhận khoảng cách dừng STO

Trong quá trình kiểm tra chấp nhận:

Đo lường:

1. Tốc độ chạy AGV

2. Vị trí kích hoạt STO

3. Thời gian loại bỏ mô-men xoắn động cơ

4. Vị trí dừng cuối cùng

Khoảng cách đo được phải đáp ứng yêu cầu an toàn được xác định bởi:

• Đánh giá rủi ro

• Cấu hình máy quét an toàn

• Môi trường hoạt động AGV

Những cân nhắc bổ sung cho việc chấp nhận hệ thống AGV STO

Xác minh cấu hình phần mềm

Trước khi giao hàng, các kỹ sư nên xác minh:

• thông số STO

• Phần mềm ổ đĩa servo

• Logic PLC an toàn

• Trạng thái liên lạc

• Chiến lược xử lý lỗi

Kiểm tra độ tin cậy môi trường

AGV thường hoạt động liên tục.

Hệ thống STO nên được thử nghiệm theo:

• Tải trọng tối đa

• Tốc độ tối đa

• Sự thay đổi nhiệt độ

• Chu kỳ hoạt động dài

Tài liệu cần thiết để giao hàng OEM

Gói chấp nhận AGV STO chuyên nghiệp nên bao gồm:

• Sơ đồ điện

• Sơ đồ nối dây STO

• Báo cáo xác nhận an toàn

• Hồ sơ kiểm tra

• Dữ liệu an toàn truyền động servo

• Tài liệu đánh giá rủi ro

Kết luận: Xây dựng sự đáng tin cậy Hệ thống AGV servo STO từ nối dây đến xác nhận

Một hệ thống an toàn AGV đáng tin cậy đòi hỏi nhiều hơn là việc lựa chọn động cơ servo có chức năng STO. Quá trình hoàn chỉnh bao gồm nối dây kênh đôi chính xác, tích hợp PLC an toàn, kiểm tra chức năng, xác minh chẩn đoán và xác thực khoảng cách dừng.

Đối với các nhà sản xuất AGV và AMR, động cơ servo có chức năng STO tích hợp mang lại những lợi thế đáng kể:

• Kiến trúc an toàn đơn giản hóa

• Giảm hệ thống dây điện

• Vận hành nhanh hơn

• Độ tin cậy cao hơn

• Tuân thủ dễ dàng hơn các tiêu chuẩn an toàn quốc tế

Bằng cách tuân theo quy trình nghiệm thu và vận hành STO có cấu trúc, các nhà sản xuất OEM có thể chế tạo AGV an toàn hơn với hành vi dừng có thể dự đoán được và độ tin cậy vận hành lâu dài.

Câu hỏi thường gặp về kiểm tra và xác nhận AGV servo STO

Câu hỏi thường gặp 1: Thử nghiệm STO trong hệ thống servo AGV là gì?

Trả lời:

Kiểm tra STO trong hệ thống servo AGV là quá trình xác minh rằng chức năng Tắt mô-men xoắn an toàn hoạt động chính xác khi xảy ra sự kiện an toàn. Nó xác nhận rằng bộ truyền động servo có thể loại bỏ mô-men xoắn động cơ một cách an toàn sau khi nhận được tín hiệu từ các thiết bị an toàn như dừng khẩn cấp, máy quét an toàn và PLC an toàn.

Trong quá trình vận hành thử, các kỹ sư kiểm tra hệ thống dây điện STO, phản hồi của ổ đĩa, phát hiện lỗi, ngăn chặn khởi động lại và dừng hoạt động để đảm bảo AGV vận hành an toàn.

Câu hỏi thường gặp 2: Tại sao việc xác nhận STO lại quan trọng trong quá trình vận hành AGV?

Trả lời:

Xác thực STO là cần thiết vì việc lắp đặt động cơ servo hỗ trợ STO không tự động đảm bảo hệ thống AGV an toàn. Chuỗi an toàn hoàn chỉnh phải được kiểm tra, bao gồm các cảm biến an toàn, logic PLC, đầu vào STO, bộ truyền động servo và phản hồi của động cơ.

Xác thực STO thích hợp giúp ngăn ngừa:

• Chuyển động AGV bất ngờ

• Lỗi mạch an toàn

• Hành vi dừng khẩn cấp không chính xác

• Các vấn đề về chứng nhận trong quá trình chấp nhận của khách hàng

Câu hỏi thường gặp 3: Làm cách nào để kiểm tra đầu vào STO kênh đôi trên bộ điều khiển servo AGV?

Trả lời:

Kiểm tra STO kênh đôi yêu cầu kiểm tra độc lập cả hai đầu vào STO1 và STO2.

Một quy trình kiểm tra điển hình bao gồm:

1. Kiểm tra hệ thống dây điện STO1 và STO2

2. Kích hoạt tính năng dừng khẩn cấp hoặc máy quét an toàn

3. Xác nhận cả hai kênh STO chuyển sang trạng thái an toàn

4. Kiểm tra phản hồi trạng thái STO của biến tần servo

5. Xác minh động cơ không thể tạo ra mô-men xoắn

Các kỹ sư cũng nên ngắt kết nối từng kênh STO riêng biệt để xác nhận khả năng phát hiện lỗi.

Câu hỏi thường gặp 4: Điều gì xảy ra khi kích hoạt STO trên mô tơ servo AGV?

Trả lời:

Khi STO được kích hoạt, bộ truyền động servo sẽ ngay lập tức vô hiệu hóa giai đoạn nguồn, ngăn không cho động cơ tạo ra mô-men xoắn.

Động cơ AGV sẽ:

• Ngừng tạo động lực

• Nhập điều kiện ngắt mô-men xoắn an toàn

• Báo cáo trạng thái STO hoặc lỗi an toàn

Tuy nhiên, STO không chủ động phanh xe. AGV có thể tiếp tục di chuyển do quán tính, trọng lượng tải trọng và điều kiện sàn.

Câu hỏi thường gặp 5: STO ảnh hưởng như thế nào đến việc đồng bộ hóa bánh trái và bánh phải trong AGV dẫn động vi sai?

Trả lời:

Đối với AGV truyền động vi sai, cả động cơ servo bên trái và bên phải phải nhận lệnh STO đồng thời.

Nếu một bánh vào STO trước bánh kia:

• AGV có thể xoay bất ngờ

• Độ ổn định của xe có thể giảm

• Tải nặng có thể dịch chuyển

• Khoảng cách dừng có thể tăng lên

Kiến trúc STO kênh đôi được đồng bộ hóa đảm bảo cả hai động cơ truyền động loại bỏ mô-men xoắn gần như cùng một lúc.

Câu hỏi thường gặp 6: AGV có thể tự động khởi động lại sau khi giải phóng STO không?

Trả lời:

Nói chung, AGV không nên tự động khởi động lại sau khi kích hoạt STO.

Trình tự khởi động lại an toàn thường yêu cầu:

1. Tháo cò an toàn

2. Đặt lại PLC an toàn

3. Kích hoạt hệ thống điều khiển AGV

4. Gửi lệnh di chuyển mới

Ngăn chặn việc tự động khởi động lại giúp giảm nguy cơ xe di chuyển bất ngờ gần người điều khiển.

Câu hỏi thường gặp 7: Những thử nghiệm nào nên được đưa vào thử nghiệm chấp nhận AGV STO?

Trả lời:

Một thử nghiệm chấp nhận AGV STO hoàn chỉnh phải bao gồm:

• Kiểm tra dừng khẩn cấp

• Kiểm tra kích hoạt máy quét an toàn

• Kiểm tra lỗi kênh STO

• Khởi động lại thử nghiệm phòng ngừa

• Kiểm tra chẩn đoán lỗi ổ đĩa servo

• Dừng đo khoảng cách

Những thử nghiệm này xác minh rằng hệ thống an toàn AGV đáp ứng các yêu cầu thiết kế trước khi giao hàng.

Câu hỏi thường gặp 8: STO có dừng AGV ngay lập tức không?

Trả lời:

Không. STO loại bỏ mô-men xoắn của động cơ nhưng không dừng xe ngay lập tức.

Khoảng cách dừng thực tế phụ thuộc vào:

• Trọng lượng AGV

• Khối lượng tải trọng

• Tốc độ di chuyển

• ma sát bánh xe

• Thời gian phản hồi của phanh

• Điều kiện sàn

Đối với AGV hạng nặng, STO thường được kết hợp với phanh cơ hoặc chức năng giảm tốc có kiểm soát.

Câu hỏi thường gặp 9: Cần kiểm tra những thông số an toàn nào cho hệ thống AGV STO?

Trả lời:

Các thông số an toàn quan trọng bao gồm:

• Phạm vi chẩn đoán (DC)

• Thời gian trung bình dẫn tới sự cố nguy hiểm (MTTFd)

• Xác suất xảy ra sự cố nguy hiểm mỗi giờ (PFHd)

• Mức hiệu suất (PL)

• Mức độ toàn vẹn an toàn (SIL)

Những giá trị này giúp xác định xem hệ thống an toàn AGV có đáp ứng các yêu cầu về chức năng an toàn hay không.

Câu hỏi thường gặp 10: Tại sao nhà sản xuất AGV chọn Động cơ servo tích hợp chức năng STO?

Trả lời:

Động cơ servo STO tích hợp đơn giản hóa thiết kế an toàn AGV bằng cách kết hợp các chức năng an toàn và điều khiển động cơ trong một giải pháp nhỏ gọn.

Lợi ích bao gồm:

• Giảm độ phức tạp của hệ thống dây điện

• Tủ điều khiển nhỏ hơn

• Vận hành nhanh hơn

• Xác nhận an toàn dễ dàng hơn

• Cải thiện độ tin cậy của hệ thống

Chúng được sử dụng rộng rãi trong:

• AGV

• AMR

• Robot kho

• Hệ thống tự động hóa nhà máy thông minh