制造業(yè)的“安全密碼” | 解鎖功能安全的進(jìn)階指南

2024年12月10日

嘿，小伙伴們!功能安全這個話題，現(xiàn)在可是制造業(yè)的“當(dāng)紅炸子雞”!看看周圍，從智能工廠到自動駕駛，功能安全已經(jīng)悄悄變成了產(chǎn)品研發(fā)的“必修課”。別以為這只是監(jiān)管部門的“強制要求”，市場已經(jīng)用真金白銀告訴我們：安全，就是競爭力!

不過這里有個有趣的地方：功能安全可不是“一刀切”的解決方案。就像每個人都有獨特的指紋一樣，不同的產(chǎn)品、不同的應(yīng)用場景，都需要量身定制的安全方案。

什么是功能安全?

功能安全是指在設(shè)備或系統(tǒng)遇到潛在故障或意外情況時，能夠以可預(yù)測的安全方式響應(yīng)輸入。根據(jù)IEC 61508標(biāo)準(zhǔn)，功能安全是受控設(shè)備 (EUC) 與其控制系統(tǒng)整體安全的一部分，依賴于E/E/PE安全相關(guān)系統(tǒng)及其他風(fēng)險降低措施。

功能安全要求電子設(shè)備及相關(guān)軟件具備內(nèi)置安全機制，以將潛在風(fēng)險降低到可承受的水平。其不僅防止人員傷害，還能幫助檢測和診斷故障并安全減輕其影響，避免對設(shè)備及周圍財產(chǎn)造成損害。

常見的功能安全特性

STO(安全轉(zhuǎn)矩關(guān)閉)

安全中斷伺服驅(qū)動器向電機的供電，使電機處于無轉(zhuǎn)矩狀態(tài)

SS1與SS2(安全停止)

通過受控減速使軸靜止，隨后中斷電機電源(SS1)或保持受控靜止?fàn)顟B(tài)(SS2)

SBC(安全制動控制)

提供安全信號，用于控制外部和內(nèi)部制動抱閘

SDB(安全動態(tài)制動)

通過外部電阻縮短電機端子，實現(xiàn)更快的減速

SOS(安全操作停止)

監(jiān)控達(dá)到的停止位置，偏差超出限制時觸發(fā)STO

SLS(安全限制速度)

在特定速度限制下使運動繼續(xù)進(jìn)行，出錯時觸發(fā)安全停止

功能安全有多重要?

歐洲法律推動了功能安全要求的發(fā)展，企業(yè)意識到保護(hù)員工與降低風(fēng)險的必要性。即使沒有嚴(yán)格的法規(guī)要求，OEM及其客戶也可能面臨聲譽受損、高額保險費用、OSHA違規(guī)和潛在的事故后果。

將功能安全特性應(yīng)用于新型機器設(shè)計，有助于提高設(shè)備的生產(chǎn)力和盈利能力。因為它們允許在維護(hù)或清潔期間繼續(xù)生產(chǎn)，只需將設(shè)備調(diào)整為安全的慢速運行。觸發(fā)立即關(guān)閉的功能安全特性可以避免設(shè)備故障、昂貴的維修和嚴(yán)重的停機事故。

因此，大型及跨國企業(yè)紛紛聚焦于設(shè)備的功能安全，視之為核心訴求。各行業(yè)側(cè)重各異，如食品業(yè)強調(diào)安全限速，制造業(yè)則看重安全轉(zhuǎn)矩關(guān)閉。若制造商無法或無意提供這些關(guān)鍵特征，勢必將遭受市場份額流失。

如何實現(xiàn)功能安全?

在進(jìn)行功能安全設(shè)計時，首先要識別設(shè)計中的固有風(fēng)險。這些風(fēng)險將決定關(guān)鍵的功能安全特性及其實施位置。專業(yè)的運動控制合作伙伴可以提供內(nèi)置功能安全的綜合系統(tǒng)，并給予設(shè)置指導(dǎo)。

科爾摩根自動化系統(tǒng)組件 (KAS) 提供即插即用的功能安全運動控制解決方案，包含驅(qū)動器、電機、功能安全控制器、軟件和反饋設(shè)備，旨在提供出色的功率密度并輕松實現(xiàn)功能安全。

借助KAS，安全特性可通過直觀的圖形界面 (基于PLCopen或創(chuàng)新Pipe Network編程環(huán)境) 進(jìn)行編程。無縫兼容SafePLC軟件，便于安全控制器編程。OEM可選用AKD2G伺服驅(qū)動器，搭配EtherCAT FSoE接口，實現(xiàn)在外部控制器上安全控制，也可直接編程至驅(qū)動器。該連接簡化了功能安全特性的訪問、激活及更新，無需直接鏈接驅(qū)動器。

特定應(yīng)用的安全解決方案

在需要人工參與的應(yīng)用中，功能安全至關(guān)重要。但不同應(yīng)用的首選安全功能特性也會有差異。

以物料搬運的X-Z龍門機器人為例，操作人員有時需要接近機械手以進(jìn)行工具更換、維護(hù)或清潔。為防止機械臂意外撞擊，需采取安全措施。這需要雙安全制動抱閘，安全轉(zhuǎn)矩關(guān)閉 (STO) 激活或斷電時，安全制動控制 (SBC) 負(fù)責(zé)軸定位。驅(qū)動器維護(hù)時若需運行，安全操作停止 (SOS) 不可或缺。當(dāng)遇Z軸異動時則觸發(fā)STO，繼而激活SBC。

制動抱閘為機器安全之本，因使用頻次致效能漸弱，故須定期檢驗。因此，安全制動測試 (SBT) 則可發(fā)揮作用。AKD2G驅(qū)動器內(nèi)置SBT，可在不中斷機器運行的情況下開展制動測試。

科爾摩根的功能安全支持

科爾摩根通過內(nèi)置在多款驅(qū)動器中的SafeMotion，幫助客戶更輕松地實現(xiàn)功能安全。SafeMotion針對危險運動控制區(qū)域提供16種不同的安全功能，100%集成到驅(qū)動器中，無需外部集成方案。在與傳統(tǒng)系統(tǒng)適配方面，科爾摩根驅(qū)動器可通過Hiperface DSL反饋協(xié)議與第三方電機高效集成。