Czy pojazd AGV może polegać na STO bez hamulca mechanicznego?

Zautomatyzowane pojazdy kierowane (AGV) są niezbędne w nowoczesnym transporcie materiałów, inteligentnym magazynowaniu i automatyzacji przemysłowej. W miarę jak systemy AGV stają się coraz bardziej kompaktowe, energooszczędne i inteligentne, inżynierowie coraz częściej oceniają technologie zintegrowanego sterowania silnikami, aby uprościć architekturę napędów i poprawić bezpieczeństwo operacyjne. Jednym z ważnych pytań jest to, czy pojazd AGV może polegać na funkcji bezpiecznego wyłączania momentu (STO) bez hamulca mechanicznego.

Odpowiedź zależy od konstrukcji mechanicznej pojazdu AGV, środowiska pracy, wymagań dotyczących zatrzymywania i architektury bezpieczeństwa funkcjonalnego. Funkcja STO może uniemożliwić silnikowi wytwarzanie momentu obrotowego, ale nie hamuje aktywnie silnika ani nie gwarantuje natychmiastowego zatrzymania poruszającego się pojazdu AGV. Gdy pojazd porusza się po zboczu, przewozi duży ładunek lub pracuje w środowisku, w którym niekontrolowany ruch stwarza zagrożenie, może być konieczny hamulec mechaniczny lub inny zaprojektowany mechanizm zatrzymujący.

Aby określić, czy pojazd AGV może bezpiecznie działać bez hamulca mechanicznego, musimy rozróżnić usuwanie momentu obrotowego, kontrolowane zwalnianie i mechaniczne utrzymywanie. Musimy także wziąć pod uwagę sposób, w jaki zintegrowane serwomotory, sterowniki bezpieczeństwa i systemy zatrzymania awaryjnego współpracują ze sobą, aby chronić ludzi, sprzęt i przewożone towary.

Co to jest bezpieczne wyłączanie momentu obrotowego (STO) w pojeździe AGV?

Safe Torque Off (STO) to funkcjonalna funkcja bezpieczeństwa zintegrowana z wieloma serwonapędami i systemami sterowania silnikami. W pojeździe sterowanym automatycznie (AGV) funkcja STO zapobiega generowaniu momentu obrotowego przez napęd silnikowy w przypadku wykrycia stanu związanego z bezpieczeństwem, pomagając zmniejszyć ryzyko niebezpiecznego ruchu.

STO jest szczególnie ważne w zastosowaniach AGV, gdzie autonomiczna nawigacja, wykrywanie przeszkód i funkcje zatrzymania awaryjnego muszą współpracować, aby chronić operatorów, sprzęt i transportowane materiały. Gdy sterownik bezpieczeństwa aktywuje funkcję STO, przetwornica częstotliwości wyłącza zdolność wytwarzania momentu obrotowego poprzez przeznaczony do tego obwód bezpieczeństwa. Jednakże STO nie hamuje aktywnie silnika ani nie gwarantuje natychmiastowego zatrzymania pojazdu AGV. Pojazd może poruszać się dalej z powodu bezwładności, sił zewnętrznych lub grawitacji, zwłaszcza podczas jazdy na pochyłościach.

Jak działa STO w systemie napędowym AGV?

Typowy system sterowania ruchem AGV integruje kilka komponentów do zarządzania ruchem i bezpieczeństwem:

• Sterownik bezpieczeństwa: monitoruje wejścia związane z bezpieczeństwem, takie jak przyciski zatrzymania awaryjnego i sygnały skanera ochronnego, i inicjuje wymaganą reakcję bezpieczeństwa.

• Zintegrowany serwomotor: generuje moment obrotowy wymagany do przyspieszania, zwalniania i jazdy AGV.

• Obwód bezpieczeństwa STO: Wyłącza zdolność napędu do wytwarzania momentu obrotowego silnika, gdy funkcja STO jest aktywna.

• System zatrzymania awaryjnego: inicjuje zatrzymanie ze względów bezpieczeństwa, gdy wystąpi niebezpieczna sytuacja lub operator zażąda zatrzymania awaryjnego.

• Hamulec mechaniczny, jeśli jest wymagany: Zapewnia fizyczne hamowanie lub zdolność trzymania, aby zapobiec niekontrolowanemu ruchowi w określonych warunkach.

Podczas normalnej pracy serwonapęd reguluje moment obrotowy i prędkość silnika, aby utrzymać zadany ruch pojazdu AGV. Po uruchomieniu funkcji STO napęd zapobiega dalszemu wytwarzaniu momentu obrotowego, niezależnie od zwykłych poleceń ruchu. Rzeczywiste zachowanie pojazdu podczas hamowania zależy zatem od jego pędu, oporu układu napędowego, mechanizmów hamulcowych i środowiska pracy.

Na przykład pojazd AGV poruszający się po poziomym korytarzu magazynu może stopniowo zwalniać po włączeniu funkcji STO z powodu oporów toczenia. Jednakże pojazd AGV jadący w dół może nadal poruszać się pod wpływem grawitacji, jeśli nie jest dostępny odpowiedni mechanizm hamulcowy.

Jaka jest różnica między STO a hamulcem mechanicznym?

Chociaż hamulce STO i mechaniczne przyczyniają się do bezpieczeństwa maszyny, pełnią różne funkcje.

STO nie zastępuje bezpośrednio hamulca mechanicznego. Jeśli pojazd AGV musi utrzymać swoją pozycję na rampie, uniemożliwić ruch po utracie zasilania lub zatrzymać się na określoną odległość, inżynierowie muszą ocenić, czy konieczny jest hamulec mechaniczny lub inne odpowiednie rozwiązanie hamulcowe.

Dlaczego STO jest ważne dla bezpieczeństwa pojazdów AGV?

STO pełni ważną funkcję bezpieczeństwa w zautomatyzowanych systemach transportu materiałów, ponieważ pomaga zapobiegać niezamierzonemu momentowi obrotowemu silnika w przypadku wystąpienia niebezpiecznych warunków. Prawidłowo zintegrowany z architekturą bezpieczeństwa pojazdu AGV może zmniejszyć zależność od zwykłych poleceń sterowania ruchem w przypadku funkcji usuwania momentu obrotowego.

Jednakże bezpieczeństwo całego AGV zależy od czegoś więcej niż tylko możliwości STO napędu. Inżynierowie muszą ocenić drogę hamowania, prędkość pojazdu, maksymalną ładowność, stan podłoża, działanie na zboczu i możliwość utraty mocy. Projekt powinien również uwzględniać czas reakcji czujników, sterowników bezpieczeństwa i układów napędowych.

W przypadku pojazdów AGV działających w pobliżu personelu lub przewożących ciężkie ładunki, STO należy traktować jako jeden z elementów kompletnej strategii bezpieczeństwa funkcjonalnego, a nie jako samodzielne rozwiązanie służące do zatrzymywania i utrzymywania pojazdu.

Wybierając zintegrowany serwomotor do pojazdu AGV, zalecamy sprawdzenie implementacji STO w napędzie, zapoznanie się z dokumentacją bezpieczeństwa producenta i określenie, czy wymagane są dodatkowe funkcje hamowania, aby spełnić wymagania aplikacji dotyczące zatrzymywania i utrzymywania.

BESFOC Zintegrowane serwomotorów prądu stałego  produkty

BESFOC Zintegrowane serwomotorów krokowych  produkty

Zintegrowany system serwomotorów Besfoc Dostosowana usługa

Zintegrowany system serwomotorów Besfoc Dostosowana usługa

Czy pojazd AGV może polegać na STO bez hamulca mechanicznego?

Pojazd AGV może potencjalnie działać bez hamulca mechanicznego, ale tylko wtedy, gdy jego ocena ryzyka i konstrukcja systemu wykażą, że wynikające z tego zachowanie podczas zatrzymywania i utrzymywania jest akceptowalne we wszystkich odpowiednich warunkach pracy.

Brak hamulca mechanicznego nie oznacza automatycznie, że pojazd AGV jest niebezpieczny. Niektóre zastosowania charakteryzujące się niskimi prędkościami i niskim ryzykiem można zaprojektować w oparciu o kontrolowane hamowanie, opór pasywny i sprawdzoną strategię bezpieczeństwa. Jednak poleganie wyłącznie na STO wprowadza ograniczenia, którymi należy się zająć.

Praca bez hamulca mechanicznego może być akceptowalna

Można rozważyć konstrukcję pojazdu AGV bez hamulców, jeśli spełnione są następujące warunki:

1. Pojazd AGV porusza się po płaskiej powierzchni.

W przypadku pojazdu poruszającego się na płaskiej, kontrolowanej podłodze fabryki ryzyko niekontrolowanego ruchu po usunięciu momentu obrotowego może być mniejsze niż w przypadku pojazdu poruszającego się po pochyłej powierzchni. Niemniej jednak należy nadal ocenić pęd resztkowy, zanieczyszczenie podłoża, tarcie kół i zewnętrzne siły pchające.

2. Pojazd porusza się przy stosunkowo małych prędkościach.

Niższe prędkości robocze zazwyczaj zmniejszają energię kinetyczną i mogą ułatwić radzenie sobie z problemem zatrzymania. Jednakże sama niska prędkość nie gwarantuje, że funkcja STO bez hamowania jest bezpieczna.

3. Aplikacja nie wymaga pozytywnego trzymania.

Jeśli pojazd AGV nie musi utrzymywać swojej pozycji wbrew grawitacji lub innym siłom zewnętrznym podczas zatrzymania ze względów bezpieczeństwa, mechaniczny hamulec trzymający może nie być konieczny. Warunek ten należy raczej zweryfikować niż założyć.

4. Droga hamowania mieści się w dostępnej obwiedni bezpieczeństwa.

Całkowite zatrzymanie należy ocenić w oparciu o maksymalną dozwoloną odległość przejazdu pojazdu AGV po spełnieniu żądania bezpieczeństwa. Projekt musi uwzględniać opóźnienia w wykrywaniu, reakcję sterownika, reakcję napędu, bezwładność pojazdu, ładowność i dostępne siły hamowania.

5. Dostępny jest odpowiedni alternatywny mechanizm zatrzymujący.

Zatwierdzone kontrolowane zatrzymanie ze względów bezpieczeństwa, oddzielny układ hamulcowy lub inne zaprojektowane rozwiązanie może zapewnić niezbędną skuteczność hamowania. Projekt musi zapewniać, że usunięcie momentu obrotowego nie pozostawi pojazdu AGV w niekontrolowanym lub niebezpiecznym stanie.

Nawet jeśli te warunki wydają się spełnione, musimy sprawdzić system pod kątem przewidywalnych usterek i najgorszych warunków pracy.

Kiedy pojazd AGV nie powinien polegać wyłącznie na STO

Hamulec mechaniczny lub inne odpowiednie rozwiązanie hamulcowe jest zazwyczaj konieczne, gdy pojazd AGV musi się zatrzymać lub pozostać nieruchomy w warunkach, których STO nie jest w stanie w sposób niezawodny zaradzić.

Podstawową zasadą jest to, że STO może być wystarczające dla określonej funkcji bezpieczeństwa usuwania momentu obrotowego, niekoniecznie wystarczające do spełnienia całkowitych wymagań dotyczących zatrzymywania i utrzymywania pojazdu AGV.

Czy STO może zastąpić funkcję zatrzymania awaryjnego w pojeździe AGV?

Nie. STO to funkcja bezpieczeństwa napędu, natomiast zatrzymanie awaryjne to polecenie lub funkcja związana z bezpieczeństwem, mająca na celu doprowadzenie niebezpiecznej pracy maszyny do bezpiecznego stanu.

System zatrzymania awaryjnego może wykorzystywać STO w ramach swojego wdrożenia, ale wymagane zachowanie przy zatrzymywaniu zależy od zastosowania i oceny ryzyka.

Szczególnie istotne są dwie powszechnie przywoływane kategorie zatrzymywania.

Zatrzymanie kategorii 0: Natychmiastowe usunięcie momentu obrotowego

Zatrzymanie kategorii 0 obejmuje zatrzymanie poprzez natychmiastowe odłączenie zasilania siłowników maszyny, przy czym zatrzymanie osiąga się poprzez usunięcie energii, a nie poprzez kontrolowaną sekwencję zwalniania.

W napędzie realizującym STO, funkcja STO może być wykorzystana do osiągnięcia wymaganego usuwania momentu obrotowego.

W przypadku poruszającego się pojazdu AGV pojazd może płynąć aż do zatrzymania. Jeśli ta droga hamowania jest nie do przyjęcia, samo usunięcie momentu obrotowego nie wystarczy.

Zatrzymanie kategorii 1: kontrolowane zwalnianie, po którym następuje usunięcie momentu obrotowego

Zatrzymanie kategorii 1 obejmuje kontrolowany proces zatrzymania, po którym następuje odłączenie zasilania siłowników.

Na przykład pojazd AGV może najpierw zwalniać poprzez napęd silnikowy, a następnie aktywować funkcję STO po osiągnięciu stanu bezpiecznego zatrzymania lub ukończeniu zamierzonej sekwencji zwalniania.

Takie podejście może skrócić drogę hamowania i poprawić przewidywalność, pod warunkiem, że funkcja kontrolowanego zatrzymania i jej implementacja związana z bezpieczeństwem spełniają wymagania aplikacji.

Dokładna architektura musi zostać zaprojektowana i zweryfikowana pod kątem mających zastosowanie norm bezpieczeństwa maszyn, w tym odpowiednich przepisów IEC 60204-1 i ISO 13850.

Co ważne, nie należy automatycznie zakładać, że normalne zatrzymanie programowe, po którym następuje STO, zapewnia zatrzymanie kontrolowane ze względów bezpieczeństwa. Tam, gdzie kontrolowane hamowanie samo w sobie ma krytyczne znaczenie dla bezpieczeństwa, wymagana jest odpowiednio zaprojektowana i zwalidowana funkcja bezpieczeństwa.

Jak obliczyć drogę hamowania pojazdu AGV bez hamulca mechanicznego

Przy ocenie pojazdu AGV bez hamulca mechanicznego droga hamowania jest krytycznym czynnikiem decydującym o tym, czy sam STO może spełnić wymagania bezpieczeństwa danego zastosowania. Ponieważ STO usuwa moment obrotowy silnika bez aktywnego hamowania pojazdu, pojazd AGV może kontynuować ruch z powodu bezwładności, oporu toczenia lub grawitacji.

Kluczowe czynniki wpływające na drogę hamowania pojazdu AGV

Na odległość, jaką pojazd AGV pokonuje po aktywacji STO, wpływa kilka czynników:

• Prędkość pojazdu: Wyższe prędkości zazwyczaj powodują dłuższą drogę hamowania.

• Masa całkowita: cięższy pojazd AGV lub ładunek zwiększa energię kinetyczną.

• Czas reakcji systemu: Pojazd kontynuuje jazdę, dopóki czujniki, sterowniki bezpieczeństwa i napęd zareagują.

• Warunki podłoża: Tarcie powierzchniowe i opór kół wpływają na hamowanie bierne.

• Nachylenie robocze: Grawitacja może wydłużyć drogę hamowania lub spowodować przyspieszenie pojazdu AGV w dół.

Jak oszacować drogę zatrzymania

Praktyczne oszacowanie powinno obejmować dwa elementy: odległość przebytą podczas reakcji systemu i odległość przebytą podczas hamowania pojazdu AGV do zatrzymania.

Rozważmy na przykład pojazd AGV poruszający się z prędkością 1,5 m/s z czasem reakcji systemu wynoszącym 0,15 sekundy. W tym okresie reakcji pojazd przejeżdża około 0,23 metra.

Jeżeli pojazd AGV następnie zwalnia z założoną szybkością 0,3 m/s² ze względu na opór bierny może przebyć kolejne 3,75 metra, zanim się zatrzyma. Szacowana całkowita droga hamowania wynosi zatem około 4 metry.

Ten przykład ma charakter wyłącznie ilustracyjny. Rzeczywista droga hamowania zależy od konstrukcji pojazdu, ładunku, stanu podłogi, oporu układu napędowego i środowiska pracy. Opóźnienie bierne należy mierzyć i walidować w najgorszych warunkach, a nie zakładać, że pozostanie stałe.

W jaki sposób inżynierowie mogą poprawić bezpieczeństwo zatrzymywania?

Projektując pojazd AGV bez hamulca mechanicznego, inżynierowie powinni zweryfikować najgorszą drogę hamowania i upewnić się, że dostępna jest wystarczająca odległość ochronna. Jeżeli pasywne hamowanie nie jest w stanie zapewnić wymaganej skuteczności hamowania, możliwe rozwiązania obejmują zmniejszenie maksymalnej prędkości jazdy, wcześniejsze wykrywanie zagrożeń, wdrożenie odpowiedniej funkcji kontrolowanego zatrzymania lub dodanie odpowiedniego mechanizmu hamującego.

Kluczową zasadą jest to, że STO zatrzymuje wytwarzanie momentu obrotowego, a nie ruch pojazdu. Bezpieczna konstrukcja pojazdu AGV musi uwzględniać odległość przebytą po aktywacji STO i zapewniać, że niekontrolowany toczenie się lub toczenie nie spowoduje niedopuszczalnego ryzyka.

W jaki sposób zintegrowany serwomotor wpływa na konstrukcję hamulca AGV?

Zintegrowane serwosilniki łączą silnik z powiązaną elektroniką napędu oraz, w zależności od produktu, urządzeniami sprzężenia zwrotnego i interfejsami komunikacyjnymi. Architektura ta może uprościć konstrukcję układu napędowego AGV poprzez redukcję okablowania zewnętrznego i liczbę oddzielnych komponentów.

Integracja silnika nie eliminuje jednak konieczności niezależnej oceny bezpieczeństwa hamowania i bezpieczeństwa funkcjonalnego.

Wybierając zintegrowany serwomotor do pojazdu AGV, zalecamy sprawdzenie następujących czynników.

Zintegrowana funkcja STO

Sprawdź, czy napęd obsługuje STO i czy jego implementacja jest odpowiednia dla wymaganej funkcji bezpieczeństwa.

Przejrzyj dokumentację producenta dotyczącą bezpieczeństwa, w tym obowiązujące informacje dotyczące integralności bezpieczeństwa, zakres diagnostyki, reakcję na błędy i wymagania instalacyjne.

Nie należy zakładać, że każdy zintegrowany serwosilnik zawiera certyfikowany STO tylko dlatego, że zawiera napęd.

Kompatybilność z hamulcami mechanicznymi

Określić, czy silnik może być wyposażony w hamulec trzymający lub podłączony do zewnętrznego mechanizmu hamującego.

Hamulec należy dobrać zgodnie z wymaganym momentem trzymania, prędkością wału, częstotliwością załączania, ograniczeniami termicznymi i konfiguracją układu napędowego.

W przypadku pojazdów AGV z napędem kołowym inżynierowie powinni ocenić całą przekładnię mechaniczną, a nie polegać wyłącznie na wartości znamionowej hamulca wału silnika.

Charakterystyka momentu obrotowego i prędkości

Silnik musi zapewniać wystarczający ciągły i szczytowy moment obrotowy do przyspieszania, jazdy i zwalniania.

Tam, gdzie wymagane jest kontrolowane zatrzymanie, przemiennik częstotliwości musi także zapewniać odpowiednią wydajność hamowania w granicach swoich ograniczeń elektrycznych, termicznych i mechanicznych.

Niewymiarowy silnik może mieć trudności z osiągnięciem wymaganego profilu hamowania, szczególnie gdy pojazd przewozi duży ładunek lub porusza się po pochyłości.

Integracja komunikacji i bezpieczeństwa

Pojazdy AGV często wykorzystują przemysłowe sieci komunikacyjne do koordynowania nawigacji, sterowania ruchem i poleceń nadzorczych.

Jednak zwykłe polecenia komunikacyjne nie są automatycznie oceniane pod kątem bezpieczeństwa. System bezpieczeństwa musi wykorzystywać odpowiednie sygnały, sprzęt lub certyfikowane mechanizmy komunikacji związane z bezpieczeństwem, jeśli wymaga tego projekt.

W przypadku awarii komunikacji należy postępować zgodnie z wymogami bezpieczeństwa systemu, a nie polegać wyłącznie na zwykłym poleceniu zatrzymania.

Kompaktowość a bezpieczeństwo funkcjonalne

Zintegrowane serwosilniki mogą zmniejszyć przestrzeń instalacyjną, uprościć prowadzenie kabli i usprawnić uruchomienie. Zalety te są szczególnie przydatne w przypadku kompaktowych pojazdów AGV pracujących w wąskich korytarzach magazynowych.

Niemniej jednak najmniejsze rozwiązanie napędowe niekoniecznie jest najbezpieczniejsze i najbardziej odpowiednie.

Kompaktowy zintegrowany serwomotor z STO może być odpowiedni dla jednego projektu AGV, podczas gdy inny pojazd może wymagać dodatkowego hamulca, bezpiecznej funkcji kontrolowanego zatrzymania lub dedykowanego podukładu hamulcowego.

Ostateczny wybór powinien opierać się na zatwierdzonych wymaganiach aplikacji, a nie na samej integracji komponentów.

Co się stanie, gdy pojazd AGV straci moc bez hamulca mechanicznego?

Kiedy automatycznie sterowany pojazd (AGV) traci moc bez hamulca mechanicznego, jego silnik może nie zapewniać już kontrolowanego momentu obrotowego, ale pojazd niekoniecznie zatrzymuje się natychmiast. Pojazd AGV może nadal poruszać się z powodu bezwładności lub toczyć się pod wpływem grawitacji, w zależności od prędkości, ładunku, oporu układu napędowego i środowiska pracy.

Dla producentów pojazdów AGV zrozumienie zachowań związanych z utratą mocy jest niezbędne przy ocenie bezpiecznego wyłączania momentu (STO), wyborze zintegrowanych serwomotorów i projektowaniu niezawodnego systemu bezpieczeństwa.

Strata mocy na płaskiej powierzchni

Kiedy pojazd AGV traci moc na równej podłodze, może stopniowo zwalniać z powodu tarcia kół, oporów toczenia i oporów układu napędowego. Siły te różnią się jednak w zależności od stanu podłogi, materiału kół, masy pojazdu i konstrukcji mechanicznej.

Bez hamulca mechanicznego droga hamowania pojazdu AGV może być nieprzewidywalna. Jeśli pojazd porusza się w wąskich korytarzach lub w pobliżu personelu, dalszy ruch po utracie zasilania może spowodować ryzyko kolizji lub zmiażdżenia.

Strata mocy na pochyłej powierzchni

Pojazd AGV poruszający się po rampie jest narażony na większe ryzyko, ponieważ grawitacja może spowodować jego dalszą jazdę lub przyspieszenie w dół po utracie momentu obrotowego silnika.

Im cięższy pojazd AGV i jego ładunek, tym większa siła grawitacyjna działająca na pojazd na zboczu. Bez wystarczającej siły hamowania lub trzymania pojazd może się toczyć w niekontrolowany sposób.

Z tego powodu pojazdy AGV działające na rampach lub pochyłych powierzchniach często wymagają odpowiedniego hamulca mechanicznego lub innego rozwiązania technicznego, aby zapobiec niezamierzonemu ruchowi.

Utrata mocy podczas przenoszenia dużego obciążenia

Ciężki ładunek zwiększa całkowitą masę ruchomą pojazdu AGV i energię kinetyczną, potencjalnie zwiększając drogę hamowania. Nagła utrata mocy może zatem spowodować dodatkowe ryzyko, w tym kolizje, przemieszczenie ładunku i uszkodzenie transportowanego towaru.

Inżynierowie powinni ocenić scenariusze utraty mocy przy maksymalnym obciążeniu i maksymalnej prędkości roboczej, a nie polegać wyłącznie na testach przeprowadzonych z nieobciążonym pojazdem.

W jaki sposób inżynierowie mogą zmniejszyć ryzyko utraty mocy?

Projektując pojazd AGV bez hamulca mechanicznego, zalecamy ocenę następujących czynników:

• Droga hamowania: Sprawdź, jaką odległość przejedzie pojazd po utracie mocy w najgorszych warunkach pracy.

• Praca na zboczu: Określ, czy grawitacja może spowodować niezamierzony ruch.

• Ładowność: Oceń skuteczność hamowania przy maksymalnym obciążeniu znamionowym.

• Architektura bezpieczeństwa: Potwierdź, że STO i inne funkcje bezpieczeństwa uwzględniają zidentyfikowane zagrożenia.

• Wymagania dotyczące trzymania: Określ, czy do utrzymania pojazdu AGV w miejscu niezbędny jest hamulec mechaniczny lub inny odpowiedni mechanizm.

Hamulec uruchamiany sprężyną i zwalniany elektrycznie może być odpowiedni, gdy pojazd AGV musi stawić czoła ruchowi po utracie mocy. Jednakże moment trzymania, czas załączenia i zdolność hamowania dynamicznego należy sprawdzić pod kątem zamierzonego zastosowania.

Kluczową kwestią jest to, że utrata mocy nie gwarantuje bezpiecznego zatrzymania pojazdu AGV. STO zapobiega generowaniu momentu obrotowego silnika po włączeniu, ale nie rozprasza energii kinetycznej ani niezależnie nie zapobiega ruchowi spowodowanemu grawitacją. Niezawodna konstrukcja AGV musi uwzględniać zarówno skuteczność zatrzymywania, jak i nieruchome utrzymywanie, aby zapewnić bezpieczną pracę w przewidywalnych warunkach usterek.

Jak wybrać pomiędzy STO-tylko i STO z hamulcem mechanicznym

Odpowiednia konfiguracja zależy od profilu ruchu pojazdu AGV, oceny ryzyka, konstrukcji mechanicznej i wymagań dotyczących zatrzymywania.

Tabela podkreśla ważny punkt: dodanie hamulca mechanicznego nie czyni automatycznie pojazdu AGV bezpiecznym. Hamulec musi zostać prawidłowo wybrany, zamontowany, w razie potrzeby monitorowany i włączony do ogólnej strategii bezpieczeństwa.

Podobnie pominięcie hamulca jest dopuszczalne tylko wtedy, gdy kompletny projekt zapewnia wymagany poziom redukcji ryzyka.

Normy i względy bezpieczeństwa funkcjonalnego dla AGV STO

Producenci pojazdów AGV i integratorzy systemów powinni ocenić odpowiednie standardy bezpieczeństwa maszyn podczas projektowania systemów zatrzymywania opartych na STO.

Odpowiednich może być kilka standardów, w zależności od architektury maszyny, zamierzonego zastosowania i jurysdykcji.

• IEC 61800-5-2: Dotyczy wymagań bezpieczeństwa funkcjonalnego dla elektrycznych systemów napędowych mocy o regulowanej prędkości, w tym funkcji napędu związanych z bezpieczeństwem, takich jak funkcje STO i bezpiecznego zatrzymania.

• IEC 60204-1: Obejmuje wyposażenie elektryczne maszyn, w tym wymagania dotyczące zatrzymywania maszyn i bezpieczeństwa elektrycznego.

• ISO 13850: Określa zasady projektowania funkcji zatrzymania awaryjnego.

• ISO 13849-1: Zapewnia metodologię projektowania i oceny części systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem przy użyciu poziomów wydajności.

• IEC 61508: Zapewnia ogólne ramy bezpieczeństwa funkcjonalnego elektrycznych, elektronicznych i programowalnych elektronicznych systemów związanych z bezpieczeństwem.

• ISO 3691-4: Dotyczy wymagań bezpieczeństwa i weryfikacji autonomicznych wózków przemysłowych i ich systemów, w tym wielu zastosowań AGV i autonomicznych robotów mobilnych.

Obowiązujące wymagania zależą od konkretnej kategorii pojazdu, środowiska operacyjnego i konstrukcji systemu. Inżynierowie powinni zapoznać się z aktualnymi wydaniami odpowiednich norm i ustalić, które przepisy mają zastosowanie do ich stosowania.

Certyfikat STO nie potwierdza ważności całego pojazdu AGV

Napęd z certyfikowanym STO może zapewniać określoną funkcję bezpieczeństwa, ale jego certyfikacja nie oznacza automatycznie, że pojazd AGV jako całość spełnia wymogi bezpieczeństwa.

Pełna ocena bezpieczeństwa musi uwzględniać wykrywanie zagrożeń, logikę bezpieczeństwa, komunikację, reakcję napędu, zachowanie mechaniczne i wynikającą z tego redukcję ryzyka.

Na przykład funkcja STO może spełniać określone wymagania dotyczące wydajności, podczas gdy pojazd nadal jedzie zbyt daleko po usunięciu momentu obrotowego, aby uniknąć kolizji.

Podobnie certyfikowany obwód STO nie może zapobiec ruchowi spowodowanemu grawitacją, jeśli układ mechaniczny nie ma odpowiedniej zdolności utrzymywania.

Dlatego bezpieczeństwo funkcjonalne należy oceniać na poziomie systemu, a nie tylko na poziomie silnika lub napędu.

Praktyczne zalecenia projektowe dla producentów pojazdów AGV

Podczas opracowywania pojazdu AGV ze zintegrowanymi serwomotorami zalecamy przestrzeganie zorganizowanego procesu inżynieryjnego w celu ustalenia, czy wymagany jest hamulec mechaniczny.

Krok 1: Zidentyfikuj istotne zagrożenia

Oceń ryzyko kolizji, ryzyko zmiażdżenia, działanie rampy, ruch ładunku, czynności konserwacyjne i możliwe scenariusze utraty mocy.

Należy wziąć pod uwagę zarówno normalne działanie, jak i przewidywalne warunki odbiegające od normy.

Krok 2: Zdefiniuj wymagane zachowanie podczas zatrzymywania

Określ, czy pojazd AGV musi wybiec do zatrzymania, zwolnić w kontrolowany sposób, zatrzymać się na określoną odległość, czy też pozostać nieruchomy po zatrzymaniu.

Są to różne wymagania techniczne i mogą wymagać różnych funkcji bezpieczeństwa.

Krok 3: Oblicz odległość zatrzymania w najgorszym przypadku

Oceń maksymalną prędkość, maksymalny ładunek, czas reakcji, efektywne hamowanie, stan podłoża i nachylenie.

Używaj zmierzonych i zweryfikowanych danych dotyczących wydajności, zamiast polegać wyłącznie na teoretycznych założeniach dotyczących tarcia.

Krok 4: Oceń wymagania dotyczące utraty mocy i utrzymywania

Określ, czy pojazd może toczyć się pod wpływem grawitacji lub sił zewnętrznych po usunięciu momentu obrotowego.

Jeśli konieczne jest trzymanie nieruchome, należy określić odpowiedni hamulec mechaniczny lub inne rozwiązanie konstrukcyjne, które spełnia wymagane warunki obciążenia i usterek.

Krok 5: Wybierz odpowiedni silnik i napęd

Sprawdź moment obrotowy silnika, prędkość, pojemność cieplną, funkcje bezpieczeństwa napędu, kompatybilność hamulców i wymagania komunikacyjne.

W przypadku zintegrowanych serwomotorów należy sprawdzić, które funkcje bezpieczeństwa są uwzględnione, a które należy zaimplementować w innym miejscu systemu.

Krok 6: Zweryfikuj kompletną architekturę bezpieczeństwa

Przetestuj zachowanie podczas zatrzymywania w reprezentatywnych najgorszych warunkach, w tym przy maksymalnym obciążeniu, maksymalnej prędkości roboczej, odpowiednich nachyleniach i mających zastosowanie scenariuszach usterek.

Dokumentuj funkcje bezpieczeństwa, wyniki weryfikacji, ograniczenia, wymagania dotyczące kontroli i procedury konserwacji.

Proces ten pomaga uniknąć typowego błędu projektowego: zakładając, że funkcja STO napędu silnikowego automatycznie eliminuje wszelkie ryzyko zatrzymania i zatrzymania pojazdu AGV.

Wniosek: czy STO bez hamulca mechanicznego to właściwy wybór dla pojazdu AGV?

Pojazd AGV może potencjalnie działać bez hamulca mechanicznego, ale decyzja musi być poparta pełną oceną techniczną, a nie samą dostępnością STO.

STO zapobiega wytwarzaniu momentu obrotowego silnika; nie gwarantuje natychmiastowego zatrzymania, kontrolowanego zwalniania ani utrzymywania w bezruchu. W przypadku pojazdów AGV działających na równym podłożu z ograniczonymi wymaganiami dotyczącymi zatrzymywania, architektura bez hamulców może być wykonalna, jeśli wykazane zostanie, że wynikające z tego zachowanie jest bezpieczne. W przypadku pojazdów poruszających się po pochyłościach, przewożących ciężkie ładunki, pracujących w pobliżu personelu lub wymagających niezawodnego trzymania po utracie mocy, niezbędny może być hamulec mechaniczny lub inne odpowiednie rozwiązanie hamulcowe.

Wybierając zintegrowany serwomotor do pojazdu AGV, zalecamy wspólną ocenę możliwości STO, wydajności silnika, kompatybilności hamulców, architektury komunikacji i bezpieczeństwa funkcjonalnego na poziomie systemu.

Najbardziej efektywny projekt niekoniecznie oznacza ten z najmniejszą liczbą komponentów. To ten, który osiąga wymaganą wydajność zatrzymywania i utrzymywania, równoważąc bezpieczeństwo funkcjonalne, dokładność sterowania ruchem, niezawodność systemu, wymagania konserwacyjne i całkowity koszt integracji.

Często zadawane pytania:

Często zadawane pytania 1: Czy pojazd AGV może działać bez hamulca mechanicznego, jeśli korzysta z funkcji STO?

Tak, pojazd AGV może działać bez hamulca mechanicznego, jeśli kompleksowa ocena ryzyka wykaże, że jego droga hamowania, zachowanie przy utracie mocy i wymagania dotyczące trzymania mogą zostać spełnione w bezpieczny sposób. STO zapobiega wytwarzaniu momentu obrotowego silnika, ale nie zatrzymuje aktywnie pojazdu ani nie gwarantuje jego zatrzymania. Zastosowania obejmujące pochyłości, duże obciążenia lub niebezpieczny, niekontrolowany ruch mogą wymagać dodatkowego układu hamulcowego.

FAQ 2: Jaka jest różnica pomiędzy STO a hamulcem mechanicznym w pojeździe AGV?

STO wyłącza zdolność napędu silnikowego do generowania momentu obrotowego, podczas gdy hamulec mechaniczny zapewnia fizyczną siłę hamowania lub trzymania. STO nie rozprasza aktywnie energii kinetycznej, podczas gdy hamulec mechaniczny może zatrzymać lub utrzymać pojazd, jeśli jest odpowiednio zaprojektowany i przystosowany do wymaganego obciążenia.

Często zadawane pytania 3: Czy STO zatrzymuje pojazd AGV natychmiast podczas zatrzymania awaryjnego?

Nie. Funkcja STO usuwa zdolność napędu do wytwarzania momentu obrotowego, ale nie gwarantuje natychmiastowego zatrzymania. Pojazd AGV może nadal poruszać się z powodu bezwładności, oporu toczenia lub grawitacji. Jeżeli wymagana jest krótsza lub kontrolowana droga hamowania, system może wymagać odpowiedniej funkcji kontrolowanego zatrzymania lub dodatkowych środków hamowania.

FAQ 4: Czy pojazd AGV może stoczyć się w dół po aktywacji STO?

Tak. Jeśli pojazd AGV porusza się po pochyłej powierzchni, grawitacja może spowodować jego dalszy ruch lub przyspieszenie po aktywacji funkcji STO. Dla zachowania bezpieczeństwa może być konieczny odpowiedni hamulec mechaniczny lub inny zatwierdzony środek zapobiegający niezamierzonemu ruchowi.

Często zadawane pytania 5: Co się stanie, gdy pojazd AGV straci moc bez hamulca mechanicznego?

Pojazd AGV może się zatrzymać z powodu biernego oporu, ale jego droga hamowania może się różnić w zależności od prędkości, ładunku, stanu podłoża i charakterystyki układu napędowego. Na pochyłości pojazd może się toczyć pod wpływem grawitacji. Inżynierowie powinni ocenić najgorsze scenariusze utraty mocy, aby określić, czy wymagane są dodatkowe środki w zakresie hamowania lub utrzymywania.

FAQ 6: Jak obliczyć drogę hamowania pojazdu AGV bez hamulca mechanicznego?

Droga hamowania pojazdu AGV obejmuje odległość przebytą podczas reakcji układu bezpieczeństwa oraz odległość przebytą podczas zwalniania pojazdu. Szacunki zależą od prędkości pojazdu, czasu reakcji, masy całkowitej, opóźnienia pasywnego i warunków pracy. Rzeczywistą skuteczność hamowania należy zmierzyć i zweryfikować w reprezentatywnych najgorszych warunkach.

Często zadawane pytania 7: Czy hamulec sprężynowy może zastąpić STO w pojeździe AGV?

Nie. Hamulec sprężynowy i STO pełnią różne funkcje. Hamulec sprężynowy może zapewnić mechaniczne utrzymanie lub hamowanie, jeśli jest prawidłowo zaprojektowany, natomiast STO zapobiega generowaniu momentu obrotowego przez napęd. W zależności od oceny ryzyka pojazd AGV może wymagać obu funkcji w ramach odpowiednio zaprojektowanej architektury bezpieczeństwa.

FAQ 8: Czy funkcja STO jest wystarczająca dla systemów zatrzymania awaryjnego pojazdów AGV?

STO może stanowić część systemu zatrzymania awaryjnego AGV, gdy usunięcie momentu obrotowego zapewnia wymagane zachowanie podczas zatrzymywania. Jeżeli pojazd musi zwalniać w sposób kontrolowany lub zatrzymywać się na określoną odległość, konieczne mogą być dodatkowe funkcje bezpieczeństwa. Kompletny system zatrzymania awaryjnego musi spełniać obowiązujące wymagania bezpieczeństwa.

Często zadawane pytania 9: Co powinni wziąć pod uwagę inżynierowie przy wyborze zintegrowanego serwosilnika do pojazdu AGV?

Inżynierowie powinni ocenić znamionowy i szczytowy moment obrotowy, prędkość roboczą, ładowność, funkcje bezpieczeństwa napędu, wdrożenie STO, kompatybilność hamulców, interfejsy komunikacyjne, wydajność cieplną i warunki środowiskowe. Powinni także zweryfikować dokumentację producenta dotyczącą bezpieczeństwa i ocenić, czy kompletny system AGV spełnia wymagania dotyczące zatrzymywania i utrzymywania.

Często zadawane pytania 10: Jakie normy bezpieczeństwa dotyczą STO i hamowania w pojazdach AGV?

Odpowiednie normy mogą obejmować IEC 61800-5-2 dla bezpieczeństwa funkcjonalnego układów napędowych, IEC 60204-1 dla wyposażenia elektrycznego maszyn, ISO 13850 dla funkcji zatrzymania awaryjnego, ISO 13849-1 dla systemów sterowania związanych z bezpieczeństwem oraz ISO 3691-4 dla autonomicznych wózków przemysłowych i ich systemów. Obowiązujące standardy zależą od projektu AGV, zastosowania i jurysdykcji.