Kann sich ein AGV ohne mechanische Bremse auf STO verlassen?

Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTS) sind für den modernen Materialtransport, die intelligente Lagerhaltung und die industrielle Automatisierung unverzichtbar. Da AGV-Systeme immer kompakter, energieeffizienter und intelligenter werden, bewerten Ingenieure zunehmend integrierte Motorsteuerungstechnologien, um Antriebsarchitekturen zu vereinfachen und die Betriebssicherheit zu verbessern. Eine wichtige Frage ist, ob sich ein AGV ohne mechanische Bremse auf Safe Torque Off (STO) verlassen kann.

Die Antwort hängt vom mechanischen Design des AGV, der Betriebsumgebung, den Stoppanforderungen und der funktionalen Sicherheitsarchitektur ab. STO kann einen Motor daran hindern, Drehmoment zu erzeugen, es bremst den Motor jedoch nicht aktiv und garantiert auch nicht, dass ein fahrendes AGV sofort stoppt. Wenn das Fahrzeug an einem Hang fährt, eine schwere Last trägt oder in einer Umgebung betrieben wird, in der unkontrollierte Bewegungen eine Gefahr darstellen, kann eine mechanische Bremse oder ein anderer technischer Stoppmechanismus erforderlich sein.

Um festzustellen, ob ein AGV ohne mechanische Bremse sicher betrieben werden kann, müssen wir zwischen Drehmomentabbau, kontrollierter Verzögerung und mechanischem Halten unterscheiden. Wir müssen auch darüber nachdenken, wie integrierte Servomotoren, Sicherheitssteuerungen und Not-Aus-Systeme zusammenarbeiten, um Menschen, Geräte und Transportgüter zu schützen.

Was ist Safe Torque Off (STO) in einem AGV?

Safe Torque Off (STO) ist eine funktionale Sicherheitsfunktion, die in viele Servoantriebe und Motorsteuerungssysteme integriert ist. In einem fahrerlosen Transportfahrzeug (FTS) verhindert STO, dass der Motorantrieb Drehmoment erzeugt, wenn ein sicherheitsrelevanter Zustand erkannt wird, und trägt so dazu bei, das Risiko gefährlicher Bewegungen zu verringern.

STO ist besonders wichtig bei AGV-Anwendungen, bei denen autonome Navigation, Hinderniserkennung und Notstoppfunktionen zusammenarbeiten müssen, um Bediener, Ausrüstung und transportierte Materialien zu schützen. Wenn eine Sicherheitssteuerung STO aktiviert, deaktiviert der Antrieb seine Fähigkeit zur Drehmomenterzeugung über die vorgesehene Sicherheitsschaltung. Allerdings bremst STO den Motor nicht aktiv ab und garantiert auch nicht, dass das AGV sofort stoppt. Das Fahrzeug kann sich aufgrund der Trägheit, äußerer Kräfte oder der Schwerkraft weiter bewegen, insbesondere beim Fahren am Hang.

Wie funktioniert STO in einem AGV-Antriebssystem?

Ein typisches AGV-Bewegungssteuerungssystem integriert mehrere Komponenten zur Steuerung von Bewegung und Sicherheit:

• Sicherheitssteuerung: Überwacht sicherheitsrelevante Eingänge wie Not-Aus-Taster und Schutzscannersignale und leitet die erforderliche Sicherheitsreaktion ein.

• Integrierter Servomotor: Erzeugt das für die Beschleunigung, Verzögerung und Fahrt des AGV erforderliche Drehmoment.

• STO-Sicherheitsschaltung: Deaktiviert die Fähigkeit des Antriebs, Motordrehmoment zu erzeugen, wenn die STO-Funktion aktiviert ist.

• Notstoppsystem: Leitet einen sicherheitsrelevanten Stopp ein, wenn eine Gefahrensituation eintritt oder ein Bediener einen Notstopp anfordert.

• Mechanische Bremse, falls erforderlich: Bietet physische Brems- oder Haltefähigkeit, um unkontrollierte Bewegungen unter bestimmten Bedingungen zu verhindern.

Im Normalbetrieb regelt der Servoantrieb das Drehmoment und die Geschwindigkeit des Motors, um die vom AGV vorgegebene Bewegung aufrechtzuerhalten. Wenn STO ausgelöst wird, verhindert der Antrieb die weitere Drehmomenterzeugung, unabhängig von normalen Bewegungsbefehlen. Das tatsächliche Bremsverhalten des Fahrzeugs hängt dann von der vorhandenen Dynamik, dem Antriebsstrangwiderstand, den Bremsmechanismen und der Betriebsumgebung ab.

Beispielsweise kann ein AGV, das durch einen ebenen Lagergang fährt, nach der STO-Aktivierung aufgrund des Rollwiderstands allmählich langsamer werden. Allerdings kann sich ein bergab fahrendes AGV aufgrund der Schwerkraft weiterbewegen, wenn kein geeigneter Bremsmechanismus vorhanden ist.

Was ist der Unterschied zwischen STO und einer mechanischen Bremse?

Obwohl STO und mechanische Bremsen beide zur Maschinensicherheit beitragen, erfüllen sie unterschiedliche Funktionen.

STO ist kein direkter Ersatz für eine mechanische Bremse. Wenn ein AGV seine Position auf einer Rampe beibehalten, eine Bewegung nach einem Stromausfall verhindern oder innerhalb einer bestimmten Distanz anhalten muss, müssen Ingenieure prüfen, ob eine mechanische Bremse oder eine andere geeignete Bremslösung erforderlich ist.

Warum ist STO für die Sicherheit von AGVs wichtig?

STO stellt eine wichtige Sicherheitsfunktion in automatisierten Materialtransportsystemen dar, da es dazu beiträgt, ein unbeabsichtigtes Motordrehmoment zu verhindern, wenn ein gefährlicher Zustand auftritt. Bei korrekter Integration in die Sicherheitsarchitektur des AGV kann die Abhängigkeit von gewöhnlichen Bewegungssteuerungsbefehlen für die Drehmomententfernungsfunktion verringert werden.

Die Sicherheit des gesamten AGV hängt jedoch von mehr als der STO-Fähigkeit des Antriebs ab. Ingenieure müssen den Bremsweg, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die maximale Nutzlast, die Bodenbeschaffenheit, den Betrieb am Hang und die Möglichkeit eines Leistungsverlusts bewerten. Das Design sollte auch die Reaktionszeit von Sensoren, Sicherheitssteuerungen und Antriebssystemen berücksichtigen.

Bei AGVs, die in der Nähe von Personen betrieben werden oder schwere Lasten transportieren, sollte STO als eine Komponente einer vollständigen funktionalen Sicherheitsstrategie und nicht als eigenständige Lösung zum Anhalten und Halten des Fahrzeugs betrachtet werden.

Bei der Auswahl eines integrierten Servomotors für ein AGV empfehlen wir, die STO-Implementierung des Antriebs zu überprüfen, die Sicherheitsdokumentation des Herstellers zu prüfen und festzustellen, ob zusätzliche Bremsfunktionen erforderlich sind, um die Stopp- und Halteanforderungen der Anwendung zu erfüllen.

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Kann sich ein AGV ohne mechanische Bremse auf STO verlassen?

Ein AGV kann möglicherweise ohne mechanische Bremse betrieben werden, jedoch nur, wenn seine Risikobewertung und sein Systemdesign zeigen, dass das resultierende Stopp- und Halteverhalten unter allen relevanten Betriebsbedingungen akzeptabel ist.

Das Fehlen einer mechanischen Bremse macht ein AGV nicht automatisch unsicher. Einige Anwendungen mit geringer Geschwindigkeit und geringem Risiko können auf kontrollierter Verzögerung, passivem Widerstand und einer validierten Sicherheitsstrategie ausgelegt sein. Wenn man sich jedoch ausschließlich auf STO verlässt, ergeben sich Einschränkungen, die angegangen werden müssen.

Beim Betrieb ohne mechanische Bremse kann dies akzeptabel sein

Eine bremsenfreie AGV-Konstruktion kann in Betracht gezogen werden, wenn die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

1. Das AGV arbeitet auf einer ebenen Fläche.

Bei einem Fahrzeug, das auf einer ebenen, kontrollierten Fabrikfläche betrieben wird, besteht möglicherweise ein geringeres Risiko einer unkontrollierten Bewegung nach dem Entfernen des Drehmoments als bei einem Fahrzeug, das auf einer geneigten Fläche betrieben wird. Dennoch müssen Restimpuls, Bodenverschmutzung, Radreibung und äußere Schubkräfte noch bewertet werden.

2. Das Fahrzeug fährt mit relativ niedrigen Geschwindigkeiten.

Niedrigere Betriebsgeschwindigkeiten verringern im Allgemeinen die kinetische Energie und können die Bewältigung des Stoppproblems erleichtern. Eine niedrige Geschwindigkeit allein beweist jedoch nicht, dass STO ohne Bremsen sicher ist.

3. Für den Antrag ist keine positive Feststellung erforderlich.

Wenn das AGV bei einem sicherheitsrelevanten Stopp seine Position nicht gegen die Schwerkraft oder andere äußere Kräfte halten muss, kann auf eine mechanische Haltebremse verzichtet werden. Diese Bedingung muss überprüft und nicht angenommen werden.

4. Der Bremsweg bleibt innerhalb des verfügbaren Sicherheitsbereichs.

Das vollständige Stoppverhalten muss anhand der maximal zulässigen Verfahrstrecke des AGV nach einer Sicherheitsanforderung bewertet werden. Das Design muss Erkennungsverzögerungen, Steuerungsreaktion, Antriebsreaktion, Fahrzeugträgheit, Nutzlast und verfügbare Bremskräfte berücksichtigen.

5. Ein geeigneter alternativer Stoppmechanismus ist verfügbar.

Ein validierter sicherheitsrelevanter kontrollierter Stopp, ein separates Bremssystem oder eine andere technische Anordnung können die erforderliche Stoppleistung bieten. Die Konstruktion muss sicherstellen, dass die Drehmomententfernung das AGV nicht in einen unkontrollierten oder gefährlichen Zustand versetzt.

Selbst wenn diese Bedingungen erfüllt zu sein scheinen, müssen wir das System unter vorhersehbaren Fehlerbedingungen und ungünstigsten Betriebsbedingungen überprüfen.

Wenn sich ein AGV nicht allein auf STO verlassen sollte

Eine mechanische Bremse oder eine andere geeignete Bremslösung ist im Allgemeinen erforderlich, wenn das AGV unter Bedingungen anhalten oder stationär bleiben muss, die STO nicht zuverlässig bewältigen kann.

Das wesentliche Prinzip besteht darin, dass STO für eine bestimmte Drehmomententfernungs-Sicherheitsfunktion ausreichend sein kann, ohne unbedingt für die vollständigen Stopp- und Halteanforderungen des AGV ausreichend zu sein.

Kann STO die Not-Aus-Funktion in einem AGV ersetzen?

Nein. STO ist eine Antriebssicherheitsfunktion, während ein Notstopp ein sicherheitsrelevanter Befehl oder eine sicherheitsrelevante Funktion ist, die dazu dient, den gefährlichen Maschinenbetrieb in einen sicheren Zustand zu bringen.

Ein Notstoppsystem kann STO als Teil seiner Implementierung verwenden, das erforderliche Stoppverhalten hängt jedoch von der Anwendung und der Risikobewertung ab.

Besonders relevant sind zwei häufig genannte Stoppkategorien.

Stopp der Kategorie 0: Sofortige Entfernung des Drehmoments

Bei einem Stopp der Kategorie 0 erfolgt das Anhalten durch sofortiges Abschalten der Stromversorgung der Maschinenaktuatoren, wobei das Anhalten durch Abschalten der Energie und nicht durch eine kontrollierte Verzögerungssequenz erreicht wird.

Bei einem Antrieb, der STO implementiert, kann die STO-Funktion verwendet werden, um das erforderliche Drehmomentabnahmeverhalten zu erreichen.

Bei einem fahrenden AGV kann das Fahrzeug bis zum Stillstand im Leerlauf laufen. Wenn dieser Bremsweg nicht akzeptabel ist, reicht die Drehmomententfernung allein nicht aus.

Stopp der Kategorie 1: Kontrollierte Verzögerung, gefolgt von Drehmomentabbau

Bei einem Stopp der Kategorie 1 handelt es sich um einen kontrollierten Stoppvorgang, gefolgt von der Unterbrechung der Stromversorgung der Aktuatoren.

Beispielsweise kann ein AGV zunächst durch seinen Motorantrieb abbremsen und dann STO aktivieren, nachdem ein sicherer Stoppzustand erreicht oder die vorgesehene Verzögerungssequenz abgeschlossen wurde.

Dieser Ansatz kann den Bremsweg verkürzen und die Vorhersagbarkeit verbessern, sofern die Funktion des kontrollierten Stopps und ihre sicherheitstechnische Umsetzung den Anforderungen der Anwendung entsprechen.

Die genaue Architektur muss anhand der geltenden Maschinensicherheitsstandards, einschließlich der relevanten Bestimmungen von IEC 60204-1 und ISO 13850, entworfen und validiert werden.

Wichtig ist, dass ein normaler Software-Stopp gefolgt von STO nicht automatisch als sicherheitsbewerteter kontrollierter Stopp angesehen werden sollte. Wo die kontrollierte Verzögerung selbst sicherheitskritisch ist, ist eine entsprechend ausgelegte und validierte Sicherheitsfunktion erforderlich.

So berechnen Sie den Bremsweg eines AGV ohne mechanische Bremse

Bei der Bewertung eines AGV ohne mechanische Bremse ist der Bremsweg ein entscheidender Faktor bei der Bestimmung, ob STO allein die Sicherheitsanforderungen der Anwendung erfüllen kann. Da STO das Motordrehmoment entfernt, ohne das Fahrzeug aktiv abzubremsen, kann sich das AGV aufgrund von Trägheit, Rollwiderstand oder Schwerkraft weiter bewegen.

Schlüsselfaktoren, die den Bremsweg von AGVs beeinflussen

Mehrere Faktoren beeinflussen, wie weit ein AGV nach der STO-Aktivierung fährt:

• Fahrzeuggeschwindigkeit: Höhere Geschwindigkeiten führen im Allgemeinen zu längeren Bremswegen.

• Gesamtmasse: Ein schwereres AGV oder eine schwerere Nutzlast erhöht die kinetische Energie.

• Reaktionszeit des Systems: Das Fahrzeug fährt weiter, während Sensoren, Sicherheitssteuerungen und der Antrieb reagieren.

• Bodenbeschaffenheit: Oberflächenreibung und Radwiderstand beeinflussen die passive Verzögerung.

• Betriebsgefälle: Die Schwerkraft kann den Bremsweg verlängern oder dazu führen, dass das AGV bergab beschleunigt.

So schätzen Sie den Bremsweg ein

Eine praktische Schätzung sollte zwei Komponenten umfassen: die zurückgelegte Strecke während der Systemreaktion und die zurückgelegte Strecke, während das AGV im Leerlauf zum Stillstand kommt.

Stellen Sie sich beispielsweise ein AGV vor, das mit 1,5 m/s fährt und eine Systemreaktionszeit von 0,15 Sekunden hat. Während dieser Reaktionszeit legt das Fahrzeug etwa 0,23 Meter zurück.

Wenn das AGV dann mit einer angenommenen Geschwindigkeit von 0,3 m/s⊃2 abbremst; Aufgrund des passiven Widerstands kann es sein, dass es noch 3,75 Meter zurücklegt, bevor es stoppt. Der geschätzte Gesamtbremsweg beträgt daher etwa 4 Meter.

Dieses Beispiel dient nur der Veranschaulichung. Der tatsächliche Bremsweg hängt vom Fahrzeugdesign, der Nutzlast, den Bodenbedingungen, dem Antriebsstrangwiderstand und der Betriebsumgebung ab. Die passive Verzögerung sollte unter Worst-Case-Bedingungen gemessen und validiert werden, anstatt davon auszugehen, dass sie konstant bleibt.

Wie können Ingenieure die Stoppsicherheit verbessern?

Bei der Konstruktion eines AGV ohne mechanische Bremse sollten Ingenieure den Worst-Case-Bremsweg überprüfen und sicherstellen, dass ausreichend Schutzabstand vorhanden ist. Wenn die erforderliche Bremsleistung durch passives Abbremsen nicht erreicht werden kann, sind mögliche Lösungen die Verringerung der maximalen Fahrgeschwindigkeit, die frühere Erkennung von Gefahren, die Implementierung einer geeigneten Stoppfunktion oder die Ergänzung eines geeigneten Bremsmechanismus.

Das Schlüsselprinzip besteht darin, dass STO die Drehmomenterzeugung und nicht die Fahrzeugbewegung stoppt. Ein sicheres AGV-Design muss die nach der STO-Aktivierung zurückgelegte Strecke berücksichtigen und sicherstellen, dass unkontrolliertes Ausrollen oder Rollen kein inakzeptables Risiko darstellt.

Wie wirkt sich ein integrierter Servomotor auf das FTS-Bremsdesign aus?

Integrierte Servomotoren kombinieren einen Motor mit zugehöriger Antriebselektronik und je nach Produkt Feedback-Geräten und Kommunikationsschnittstellen. Diese Architektur kann das Design des AGV-Antriebsstrangs vereinfachen, indem sie die externe Verkabelung und die Anzahl separater Komponenten reduziert.

Allerdings entfällt durch die Motorintegration nicht die Notwendigkeit, Bremsen und funktionale Sicherheit unabhängig voneinander zu bewerten.

Bei der Auswahl eines integrierten Servomotors für ein AGV empfehlen wir die Prüfung der folgenden Faktoren.

Integrierte STO-Fähigkeit

Bestätigen Sie, ob der Antrieb STO unterstützt und ob seine Implementierung für die erforderliche Sicherheitsfunktion geeignet ist.

Lesen Sie die Sicherheitsdokumentation des Herstellers, einschließlich anwendbarer Informationen zur Sicherheitsintegrität, Diagnoseabdeckung, Fehlerreaktion und Installationsanforderungen.

Gehen Sie nicht davon aus, dass jeder integrierte Servomotor über eine zertifizierte STO verfügt, nur weil er einen Antrieb enthält.

Kompatibilität mit mechanischen Bremsen

Legen Sie fest, ob der Motor mit einer Haltebremse geliefert oder an einen externen Bremsmechanismus angeschlossen werden kann.

Die Bremse muss entsprechend dem erforderlichen Haltemoment, der Wellengeschwindigkeit, der Eingriffsfrequenz, den thermischen Grenzen und der Konfiguration des Antriebsstrangs ausgewählt werden.

Bei radgetriebenen AGVs sollten Ingenieure das gesamte mechanische Getriebe bewerten, anstatt sich ausschließlich auf die Bremsleistung der Motorwelle zu verlassen.

Drehmoment- und Geschwindigkeitseigenschaften

Der Motor muss ausreichend Dauer- und Spitzendrehmoment zum Beschleunigen, Fahren und Abbremsen bereitstellen.

Wenn ein kontrolliertes Stoppen erforderlich ist, muss der Antrieb innerhalb seiner elektrischen, thermischen und mechanischen Grenzen auch eine angemessene Verzögerungsleistung erbringen.

Ein unterdimensionierter Motor kann Schwierigkeiten haben, das erforderliche Bremsprofil einzuhalten, insbesondere wenn das Fahrzeug eine schwere Last trägt oder auf einem Gefälle fährt.

Kommunikations- und Sicherheitsintegration

AGVs nutzen häufig industrielle Kommunikationsnetzwerke, um Navigation, Bewegungssteuerung und Überwachungsbefehle zu koordinieren.

Allerdings sind gewöhnliche Kommunikationsbefehle nicht automatisch sicherheitsbewertet. Das Sicherheitssystem muss geeignete sicherheitsrelevante Signale, Hardware oder zertifizierte Sicherheitskommunikationsmechanismen verwenden, sofern dies die Konstruktion erfordert.

Ein Kommunikationsfehler muss gemäß den Sicherheitsanforderungen des Systems behandelt werden und darf nicht ausschließlich auf einen gewöhnlichen Stoppbefehl zurückgegriffen werden.

Kompaktheit versus funktionale Sicherheit

Integrierte Servomotoren können den Installationsraum reduzieren, die Kabelführung vereinfachen und die Inbetriebnahme rationalisieren. Diese Vorteile kommen besonders bei kompakten AGVs zum Einsatz, die in engen Lagergängen eingesetzt werden.

Dennoch ist die kleinste Antriebslösung nicht unbedingt die sicherste oder geeignetste.

Ein kompakter integrierter Servomotor mit STO kann für eine AGV-Konstruktion geeignet sein, während ein anderes Fahrzeug möglicherweise eine zusätzliche Bremse, eine sicherheitsbewertete kontrollierte Stoppfunktion oder ein spezielles Bremssubsystem erfordert.

Die endgültige Auswahl sollte auf validierten Anwendungsanforderungen basieren und nicht nur auf der Komponentenintegration.

Was passiert, wenn ein AGV ohne mechanische Bremse die Leistung verliert?

Wenn ein fahrerloses Transportfahrzeug (FTS) ohne mechanische Bremse die Leistung verliert, liefert sein Motor möglicherweise kein kontrolliertes Drehmoment mehr, das Fahrzeug stoppt jedoch nicht unbedingt sofort. Abhängig von seiner Geschwindigkeit, Nutzlast, dem Widerstand des Antriebsstrangs und der Betriebsumgebung kann sich das AGV aufgrund der Trägheit weiter bewegen oder unter der Schwerkraft rollen.

Für AGV-Hersteller ist das Verständnis des Leistungsverlustverhaltens von entscheidender Bedeutung, wenn es um die Bewertung von Safe Torque Off (STO), die Auswahl integrierter Servomotoren und die Entwicklung eines zuverlässigen Sicherheitssystems geht.

Stromausfall auf einer ebenen Fläche

Wenn ein AGV auf ebenem Boden an Leistung verliert, kann es aufgrund der Radreibung, des Rollwiderstands und des Antriebsstrangwiderstands allmählich langsamer werden. Diese Kräfte variieren jedoch je nach Bodenbeschaffenheit, Radmaterialien, Fahrzeugmasse und mechanischem Design.

Ohne eine mechanische Bremse kann der Bremsweg des AGV unvorhersehbar sein. Wenn das Fahrzeug in einem schmalen Gang oder in der Nähe von Personen betrieben wird, kann die fortgesetzte Bewegung nach einem Stromausfall zu Kollisions- oder Quetschgefahren führen.

Leistungsverlust auf einer geneigten Fläche

Ein AGV, das auf einer Rampe fährt, ist einem größeren Risiko ausgesetzt, da die Schwerkraft dazu führen kann, dass es sich weiterbewegt oder bergab beschleunigt, nachdem das Motordrehmoment verloren gegangen ist.

Je schwerer das AGV und seine Nutzlast sind, desto größer ist die auf das Fahrzeug am Hang wirkende Schwerkraft. Ohne ausreichende Brems- oder Haltekraft kann das Fahrzeug unkontrolliert rollen.

Aus diesem Grund benötigen AGVs, die auf Rampen oder geneigten Flächen fahren, häufig eine geeignete mechanische Bremse oder eine andere technische Lösung, um unbeabsichtigte Bewegungen zu verhindern.

Stromausfall beim Tragen einer schweren Last

Eine schwere Nutzlast erhöht die gesamte bewegte Masse und kinetische Energie des AGV und verlängert möglicherweise den Bremsweg. Ein plötzlicher Stromausfall kann daher zusätzliche Risiken mit sich bringen, darunter Kollisionen, Ladungsverschiebungen und Schäden an transportierten Gütern.

Ingenieure sollten Leistungsverlustszenarien bei maximaler Nutzlast und maximaler Betriebsgeschwindigkeit bewerten, anstatt sich nur auf Tests zu verlassen, die mit einem unbeladenen Fahrzeug durchgeführt wurden.

Wie können Ingenieure das Risiko von Stromausfällen reduzieren?

Bei der Konstruktion eines AGV ohne mechanische Bremse empfehlen wir die Bewertung folgender Faktoren:

• Bremsweg: Überprüfen Sie, wie weit das Fahrzeug nach einem Stromausfall unter ungünstigsten Betriebsbedingungen fährt.

• Hangbetrieb: Stellen Sie fest, ob die Schwerkraft zu unbeabsichtigten Bewegungen führen kann.

• Nutzlastkapazität: Bewerten Sie die Bremsleistung bei maximaler Nennlast.

• Sicherheitsarchitektur: Bestätigen Sie, dass STO und andere Sicherheitsfunktionen die identifizierten Gefahren beseitigen.

• Halteanforderungen: Bestimmen Sie, ob eine mechanische Bremse oder ein anderer geeigneter Mechanismus erforderlich ist, um das AGV stationär zu halten.

Eine federbetätigte, elektrisch gelöste Bremse kann angebracht sein, wenn das AGV nach einem Stromausfall einer Bewegung widerstehen muss. Allerdings müssen das Haltemoment, die Einrückzeit und die dynamische Bremsfähigkeit für die vorgesehene Anwendung überprüft werden.

Der entscheidende Punkt ist, dass ein Stromausfall keine Garantie dafür ist, dass ein AGV sicher anhält. STO verhindert bei Aktivierung die Erzeugung eines Motordrehmoments, leitet jedoch keine kinetische Energie ab und verhindert auch nicht selbstständig eine durch die Schwerkraft verursachte Bewegung. Eine zuverlässige AGV-Konstruktion muss sowohl die Bremsleistung als auch das stationäre Halten berücksichtigen, um einen sicheren Betrieb unter vorhersehbaren Fehlerbedingungen zu gewährleisten.

So wählen Sie zwischen „Nur STO“ und „STO mit mechanischer Bremse“.

Die geeignete Konfiguration hängt vom Bewegungsprofil, der Risikobewertung, dem mechanischen Design und den Stoppanforderungen des AGV ab.

Die Tabelle hebt einen wichtigen Punkt hervor: Das Hinzufügen einer mechanischen Bremse macht ein AGV nicht automatisch sicher. Die Bremse muss richtig ausgewählt, eingebaut, ggf. überwacht und in die Gesamtsicherheitsstrategie eingebunden werden.

Ebenso ist der Verzicht auf eine Bremse nur dann akzeptabel, wenn die gesamte Konstruktion das erforderliche Maß an Risikominderung bietet.

Standards und Überlegungen zur funktionalen Sicherheit für AGV STO

FTS-Hersteller und Systemintegratoren sollten bei der Entwicklung von STO-basierten Stoppsystemen die relevanten Maschinensicherheitsstandards berücksichtigen.

Abhängig von der Maschinenarchitektur, der beabsichtigten Anwendung und der Gerichtsbarkeit können mehrere Standards relevant sein.

• IEC 61800-5-2: Behandelt funktionale Sicherheitsanforderungen für elektrische Antriebssysteme mit einstellbarer Drehzahl, einschließlich sicherheitsrelevanter Antriebsfunktionen wie STO und Safe Stop-Funktionen.

• IEC 60204-1: Deckt die elektrische Ausrüstung von Maschinen ab, einschließlich Anforderungen zum Maschinenstopp und zur elektrischen Sicherheit.

• ISO 13850: Legt Grundsätze für die Gestaltung von Not-Aus-Funktionen fest.

• ISO 13849-1: Bietet eine Methodik für den Entwurf und die Bewertung sicherheitsrelevanter Teile von Steuerungssystemen mithilfe von Performance Levels.

• IEC 61508: Bietet einen allgemeinen Rahmen für die funktionale Sicherheit elektrischer, elektronischer und programmierbarer elektronischer sicherheitsrelevanter Systeme.

• ISO 3691-4: Behandelt Sicherheitsanforderungen und Überprüfungen für fahrerlose Flurförderzeuge und ihre Systeme, einschließlich vieler AGV- und autonomer mobiler Roboteranwendungen.

Die geltenden Anforderungen hängen von der jeweiligen Fahrzeugkategorie, der Betriebsumgebung und dem Systemdesign ab. Ingenieure sollten die aktuellen Ausgaben der relevanten Normen konsultieren und feststellen, welche Bestimmungen für ihre Anwendung gelten.

Die STO-Zertifizierung validiert nicht das gesamte AGV

Ein Antrieb mit zertifiziertem STO kann eine definierte Sicherheitsfunktion bereitstellen, seine Zertifizierung stellt jedoch nicht automatisch sicher, dass das AGV als Ganzes seine Sicherheitsanforderungen erfüllt.

Die vollständige Sicherheitsbewertung muss Gefahrenerkennung, Sicherheitslogik, Kommunikation, Antriebsreaktion, mechanisches Verhalten und die daraus resultierende Risikominderung berücksichtigen.

Beispielsweise kann eine STO-Funktion ihre spezifizierten Leistungsanforderungen erfüllen, während das Fahrzeug nach dem Entfernen des Drehmoments immer noch zu weit fährt, um eine Kollision zu vermeiden.

Ebenso kann ein zertifizierter STO-Schaltkreis eine durch die Schwerkraft verursachte Bewegung nicht verhindern, wenn das mechanische System nicht über ausreichende Haltekapazitäten verfügt.

Die funktionale Sicherheit muss daher auf Systemebene bewertet werden, nicht nur auf Motor- oder Antriebsebene.

Praktische Designempfehlungen für AGV-Hersteller

Bei der Entwicklung eines AGV mit integrierten Servomotoren empfehlen wir, einen strukturierten Engineering-Prozess zu befolgen, um festzustellen, ob eine mechanische Bremse erforderlich ist.

Schritt 1: Identifizieren Sie die relevanten Gefahren

Bewerten Sie Kollisionsrisiken, Quetschgefahren, Rampenbetrieb, Nutzlastbewegungen, Wartungsaktivitäten und mögliche Stromausfallszenarien.

Berücksichtigen Sie sowohl den Normalbetrieb als auch vorhersehbare anormale Bedingungen.

Schritt 2: Definieren Sie das erforderliche Stoppverhalten

Bestimmen Sie, ob das AGV bis zum Stillstand ausrollen, kontrolliert abbremsen, innerhalb einer definierten Distanz anhalten oder nach dem Anhalten stationär bleiben muss.

Dabei handelt es sich um unterschiedliche technische Anforderungen, die möglicherweise unterschiedliche Sicherheitsfunktionen erfordern.

Schritt 3: Berechnen Sie den Worst-Case-Bremsweg

Bewerten Sie maximale Geschwindigkeit, maximale Nutzlast, Reaktionszeit, effektive Verzögerung, Bodenbeschaffenheit und Neigung.

Nutzen Sie gemessene und validierte Leistungsdaten, anstatt sich ausschließlich auf theoretische Reibungsannahmen zu verlassen.

Schritt 4: Bewerten Sie den Leistungsverlust und die Halteanforderungen

Bestimmen Sie, ob das Fahrzeug unter der Schwerkraft oder externen Kräften rollen kann, wenn das Drehmoment entfernt wird.

Wenn stationäres Halten erforderlich ist, spezifizieren Sie eine geeignete mechanische Bremse oder eine andere technische Lösung, die den erforderlichen Last- und Fehlerbedingungen entspricht.

Schritt 5: Wählen Sie den geeigneten Motor und Antrieb aus

Überprüfen Sie Motordrehmoment, Drehzahl, Wärmekapazität, Antriebssicherheitsfunktionen, Bremsenkompatibilität und Kommunikationsanforderungen.

Bestätigen Sie bei integrierten Servomotoren, welche Sicherheitsfunktionen enthalten sind und welche an anderer Stelle im System implementiert werden müssen.

Schritt 6: Validieren Sie die vollständige Sicherheitsarchitektur

Testen Sie das Stoppverhalten unter repräsentativen Worst-Case-Bedingungen, einschließlich maximaler Last, maximaler Betriebsgeschwindigkeit, relevanter Steigungen und anwendbarer Fehlerszenarien.

Dokumentieren Sie die Sicherheitsfunktionen, Verifizierungsergebnisse, Einschränkungen, Inspektionsanforderungen und Wartungsverfahren.

Dieser Prozess trägt dazu bei, einen häufigen Konstruktionsfehler zu vermeiden: Man geht davon aus, dass die STO-Fähigkeit eines Motorantriebs automatisch alle Stopp- und Halterisiken des AGV beseitigt.

Fazit: Ist STO ohne mechanische Bremse die richtige Wahl für ein AGV?

Ein AGV kann möglicherweise ohne mechanische Bremse betrieben werden, die Entscheidung muss jedoch durch eine vollständige technische Bewertung und nicht allein durch die Verfügbarkeit von STO gestützt werden.

STO verhindert die Erzeugung eines Motordrehmoments; Es ist kein sofortiger Stopp, keine kontrollierte Verzögerung oder kein stationäres Halten gewährleistet. Für AGVs, die auf ebenen Böden mit begrenztem Stoppbedarf betrieben werden, kann eine Architektur ohne Bremsen machbar sein, wenn das daraus resultierende Verhalten nachweislich sicher ist. Für Fahrzeuge, die an Hängen fahren, schwere Lasten transportieren, in der Nähe von Personen fahren oder nach einem Stromausfall zuverlässig halten müssen, kann eine mechanische Bremse oder eine andere geeignete Bremslösung unerlässlich sein.

Bei der Auswahl eines integrierten Servomotors für ein AGV empfehlen wir, die STO-Fähigkeit, die Motorleistung, die Bremskompatibilität, die Kommunikationsarchitektur und die funktionale Sicherheit auf Systemebene gemeinsam zu bewerten.

Das effektivste Design ist nicht unbedingt das mit den wenigsten Bauteilen. Es ist diejenige, die die erforderliche Stopp- und Halteleistung erreicht und gleichzeitig funktionale Sicherheit, Genauigkeit der Bewegungssteuerung, Systemzuverlässigkeit, Wartungsanforderungen und Gesamtintegrationskosten in Einklang bringt.

FAQ:

FAQ 1: Kann ein AGV ohne mechanische Bremse betrieben werden, wenn es STO verwendet?

Ja, ein AGV kann ohne mechanische Bremse betrieben werden, wenn eine umfassende Risikobewertung zeigt, dass sein Bremsweg, sein Stromausfallverhalten und seine Halteanforderungen sicher eingehalten werden können. STO verhindert die Erzeugung eines Motordrehmoments, stoppt das Fahrzeug jedoch nicht aktiv und garantiert auch kein stationäres Halten. Anwendungen mit Steigungen, schweren Lasten oder gefährlichen unkontrollierten Bewegungen erfordern möglicherweise eine zusätzliche Bremslösung.

FAQ 2: Was ist der Unterschied zwischen STO und einer mechanischen Bremse in einem AGV?

STO deaktiviert die Fähigkeit des Motorantriebs, Drehmoment zu erzeugen, während eine mechanische Bremse für physische Brems- oder Haltekraft sorgt. STO leitet kinetische Energie nicht aktiv ab, während eine mechanische Bremse ein Fahrzeug anhalten oder halten kann, wenn sie für den erforderlichen Betrieb entsprechend ausgelegt und ausgelegt ist.

FAQ 3: Stoppt STO ein AGV bei einem Notstopp sofort?

Nein. STO entfernt die Drehmomenterzeugungsfähigkeit des Antriebs, garantiert jedoch keinen sofortigen Stopp. Aufgrund der Trägheit, des Rollwiderstands oder der Schwerkraft kann sich das AGV weiterbewegen. Wenn ein kürzerer oder kontrollierter Bremsweg erforderlich ist, kann das System eine geeignete Stoppfunktion oder zusätzliche Bremsmaßnahmen benötigen.

FAQ 4: Kann ein AGV bergab rollen, nachdem STO aktiviert wurde?

Ja. Wenn ein AGV auf einer geneigten Oberfläche betrieben wird, kann die Schwerkraft dazu führen, dass es sich nach der STO-Aktivierung weiterbewegt oder beschleunigt. Um die Sicherheit aufrechtzuerhalten, kann eine geeignete mechanische Bremse oder ein anderes validiertes Mittel zur Verhinderung unbeabsichtigter Bewegungen erforderlich sein.

FAQ 5: Was passiert, wenn ein AGV ohne mechanische Bremse die Leistung verliert?

Das AGV kann aufgrund des passiven Widerstands bis zum Stillstand ausrollen, sein Bremsweg kann jedoch je nach Geschwindigkeit, Nutzlast, Bodenbeschaffenheit und Antriebsstrangeigenschaften variieren. An einem Hang kann das Fahrzeug aufgrund der Schwerkraft rollen. Ingenieure sollten Worst-Case-Szenarien mit Stromausfällen bewerten, um festzustellen, ob zusätzliche Brems- oder Haltemaßnahmen erforderlich sind.

FAQ 6: Wie berechnet man den Bremsweg eines AGV ohne mechanische Bremse?

Der Bremsweg des AGV umfasst die zurückgelegte Strecke während der Reaktion des Sicherheitssystems und die zurückgelegte Strecke, während das Fahrzeug abbremst. Die Schätzung hängt von der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Reaktionszeit, der Gesamtmasse, der passiven Verzögerung und den Betriebsbedingungen ab. Die tatsächliche Bremsleistung sollte unter repräsentativen Worst-Case-Bedingungen gemessen und validiert werden.

FAQ 7: Kann eine Federkraftbremse STO in einem AGV ersetzen?

Nein. Eine Federkraftbremse und STO erfüllen unterschiedliche Funktionen. Eine Federkraftbremse kann bei richtiger Auslegung für mechanisches Halten oder Bremsen sorgen, während STO verhindert, dass der Antrieb Drehmoment erzeugt. Abhängig von der Risikobewertung kann ein AGV beide Funktionen innerhalb einer entsprechend konzipierten Sicherheitsarchitektur erfordern.

FAQ 8: Reicht STO für FTF-Notstoppsysteme aus?

STO kann Teil eines FTF-Notstoppsystems sein, wenn die Drehmomententfernung für das erforderliche Stoppverhalten sorgt. Muss das Fahrzeug kontrolliert abbremsen oder innerhalb einer definierten Distanz anhalten, können zusätzliche Sicherheitsfunktionen erforderlich sein. Das komplette Not-Aus-System muss den geltenden Sicherheitsanforderungen entsprechen.

FAQ 9: Was sollten Ingenieure bei der Auswahl eines integrierten Servomotors für ein AGV beachten?

Ingenieure sollten Nenn- und Spitzendrehmoment, Betriebsgeschwindigkeit, Nutzlast, Antriebssicherheitsfunktionen, STO-Implementierung, Bremskompatibilität, Kommunikationsschnittstellen, thermische Leistung und Umgebungsbedingungen bewerten. Sie sollten auch die Sicherheitsdokumentation des Herstellers überprüfen und beurteilen, ob das gesamte AGV-System seine Stopp- und Halteanforderungen erfüllt.

FAQ 10: Welche Sicherheitsstandards sind für STO und Bremsen in AGVs relevant?

Relevante Normen können sein: IEC 61800-5-2 für funktionale Sicherheit von Antriebssystemen, IEC 60204-1 für elektrische Ausrüstung von Maschinen, ISO 13850 für Not-Aus-Funktionen, ISO 13849-1 für sicherheitsbezogene Steuerungssysteme und ISO 3691-4 für fahrerlose Flurförderzeuge und deren Systeme. Die anwendbaren Standards hängen vom Design, der Anwendung und der Gerichtsbarkeit des AGV ab.