人們?cè)诤芏鄼C(jī)器中都能遇到帶有風(fēng)險(xiǎn)的垂直軸，所以必須要對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的功能進(jìn)行周期性測(cè)試。按照新的安全標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的安全制動(dòng)控制技術(shù)解決方案還是存在著問(wèn)題的。此外，在標(biāo)準(zhǔn)控制器里嵌入測(cè)試功能也不符合安全標(biāo)準(zhǔn)ISO 13849 -1的要求。那么，人們應(yīng)該如何去做呢?Kollmorgen有限公司對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答很簡(jiǎn)單，原因是，他們靠的是基于傳動(dòng)安全技術(shù)的解決方案，也就是“安全制動(dòng)控制”(Safe Brake Control)功能帶有集成的制動(dòng)測(cè)試。
![圖1 垂直軸上的荷載是有安全風(fēng)險(xiǎn)的。新的伺服<a title=]()
調(diào)節(jié)器具有可靠監(jiān)控制動(dòng)的安全功能" src="http://img.vogel.com.cn/2018/10/23/5bce8a1a311b6.jpg"/>
圖1 垂直軸上的荷載是有安全風(fēng)險(xiǎn)的。新的伺服調(diào)節(jié)器具有可靠監(jiān)控制動(dòng)的安全功能
在此，Kollmorgen有限公司研制的新一代AKD2G型伺服逆變器便是一個(gè)通過(guò)該裝置提高機(jī)器和設(shè)備安全性的實(shí)例。新一代AKD2G型伺服逆變器借助于“安全制動(dòng)控制(SBC)”和“安全制動(dòng)測(cè)試(SBT)”為機(jī)器和設(shè)備提供調(diào)節(jié)器的重要安全功能。這個(gè)想法是借助于集成在傳動(dòng)馬達(dá)里的駐車(chē)制動(dòng)安全功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該技術(shù)的首要應(yīng)用范圍是那些太復(fù)雜或太昂貴的冗余雙通道安全制動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)常出現(xiàn)在人與機(jī)器人的合作生產(chǎn)中?，F(xiàn)在，在生產(chǎn)、調(diào)整操作、裝配以及設(shè)備保養(yǎng)維護(hù)中，作業(yè)人員與工廠的現(xiàn)代化設(shè)備越來(lái)越親近。而這些作業(yè)只有在人與機(jī)器的關(guān)系密切且又具有安全性的前提下才能順利進(jìn)行。
可靠的制動(dòng)監(jiān)控
那么，對(duì)于垂直荷載人們能得出怎樣的結(jié)論呢?總的來(lái)說(shuō)，必須在傳動(dòng)電馬達(dá)里設(shè)計(jì)停車(chē)制動(dòng)，該停車(chē)制動(dòng)能夠可靠地控制垂直作用在軸上的荷載，在該技術(shù)方案的實(shí)施中必須做到以下兩點(diǎn)：停車(chē)制動(dòng)的外形尺寸必須足夠大，帶有最大負(fù)荷30%的扭矩過(guò)量，并且能夠可靠識(shí)別出會(huì)導(dǎo)致超過(guò)確定的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩值誤差和磨損的原因。如果出現(xiàn)這種情況，荷載滑轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)加大，這樣將無(wú)法確保作業(yè)人員的安全。Kollmorgen有限公司推出的S700和AKD2G系列的傳動(dòng)調(diào)節(jié)器具有“安全制動(dòng)測(cè)試(SBT)”功能，能夠可靠地識(shí)別出機(jī)器設(shè)備的磨損，這也就意味著傳動(dòng)調(diào)節(jié)器具有有效的安全功能。
圖2 S700型伺服調(diào)節(jié)器帶有“安全制動(dòng)控制”（Safe Brake Control）功能，并集成有“安全制動(dòng)測(cè)試”（Safe-Brake – Test）功能
“安全制動(dòng)測(cè)試(SBT)”安全功能有一個(gè)任務(wù)，那就是在Kollmorgen有限公司的AKM和AKM2G系列的伺服電動(dòng)機(jī)里規(guī)律性的測(cè)試所裝入的彈簧制動(dòng)。傳動(dòng)調(diào)節(jié)器里的安全技術(shù)件以確定的間隔，自動(dòng)化地核查應(yīng)用中所要求的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，由此來(lái)確保其重要的安全功能。
造成彈簧制動(dòng)的額定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?fù)p失有多種原因，其中，彈簧制動(dòng)的摩擦襯片變得光滑或已經(jīng)磨損是造成彈簧制動(dòng)的額定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?fù)p失的典型原因。除此之外，殘存潤(rùn)滑油或是彈簧斷裂也會(huì)導(dǎo)致彈簧制動(dòng)的額定制動(dòng)轉(zhuǎn)矩?fù)p失。由于材料疲勞而出現(xiàn)彈簧斷裂也會(huì)使彈簧制動(dòng)無(wú)法達(dá)到全部的制動(dòng)力矩。在應(yīng)用中，所有的彈簧不會(huì)同時(shí)斷裂，故彈簧制動(dòng)的制動(dòng)力矩將會(huì)逐步下降。因此，便需要通過(guò)“安全制動(dòng)測(cè)試(SBT)”對(duì)安全功能進(jìn)行監(jiān)控。通常，企業(yè)每班作業(yè)至少要進(jìn)行一次這樣的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。
因?yàn)椤鞍踩苿?dòng)測(cè)試(SBT)”安全功能須在施加扭矩的條件下進(jìn)行，所以唯一可行的方法就是將該安全測(cè)試功能集成到傳動(dòng)調(diào)節(jié)器里，傳動(dòng)調(diào)節(jié)器必須能夠生成安全制動(dòng)測(cè)試功能所需要的必要條件。這與過(guò)去由存儲(chǔ)器程序化控制裝置(SPS)進(jìn)行的測(cè)試功能類(lèi)似，但同樣是有悖于現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的，這尤其關(guān)系到ISO 13849(控制器與安全相關(guān)部件的設(shè)計(jì)和集成)的規(guī)定。根據(jù)ISO 13849的規(guī)定，必須要可靠配置制動(dòng)測(cè)試的參數(shù)。原因是，一個(gè)外部的安全的存儲(chǔ)器程序化控制裝置(Safety –SPS)不能施加扭矩，為此，必須要將“安全制動(dòng)測(cè)試(SBT)”安全功能集成到Kollmorgen有限公司研制的伺服調(diào)節(jié)器里，并且要能夠借助于“安全制動(dòng)控制(SBC)”與性能水平相協(xié)調(diào)。
圖3 單通道結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)：不是冗余結(jié)構(gòu)，要按照ISO 13849復(fù)雜的安全性能水平進(jìn)行計(jì)算
安全技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單
Kollmorgen有限公司借助于其“安全制動(dòng)控制”(Safe Brake Control)安全功能可為傳動(dòng)進(jìn)一步提供安全功能。用戶可通過(guò)Kollmorgen有限公司工作臺(tái)的圖解式用戶表面，非常方便地進(jìn)行組態(tài)，且該組態(tài)不需要其他的安全技術(shù)應(yīng)用軟件。由于可靠的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向需要一個(gè)安全的通信，Kollmorgen有限公司新研制的AKD2G系列的“安全制動(dòng)控制”(Safe Brake Control)裝置適用于以太網(wǎng)(Ethercat)安全協(xié)議FSoE。這樣，安全技術(shù)裝置通信便匯入機(jī)器現(xiàn)有的實(shí)時(shí)通信里。由此，連同用于控制安全動(dòng)態(tài)功能(Safe-Motion-Funktionen)的安全E/A模塊均不需進(jìn)行補(bǔ)充布線。優(yōu)點(diǎn)是：除了可節(jié)省在開(kāi)關(guān)箱內(nèi)的占位外，該安全技術(shù)裝置最多還可節(jié)省20%的成本。該安全技術(shù)裝置的部件和線纜比較少，這樣也可減少該安全技術(shù)裝置出現(xiàn)故障的可能性，從而提高了該安全技術(shù)裝置的可使用性。
Kollmorgen有限公司青睞于使用纖細(xì)的附件，借助于電動(dòng)機(jī)制動(dòng)可靠的電流降低，來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直荷載基于傳動(dòng)而達(dá)到安全的技術(shù)解決方案。背景是：因?yàn)楸仨氁３滞L(fēng)狀態(tài)，所以需要較高電流。Kollmorgen有限公司使用了一個(gè)電磁線圈用于彈簧制動(dòng)的通風(fēng)，從而減少了所使用的電流。這樣做有兩方面的優(yōu)點(diǎn)：一方面能夠降低機(jī)器運(yùn)行時(shí)的能耗，另一方面由于減少了電動(dòng)機(jī)內(nèi)部擴(kuò)散的熱，從而提高了電動(dòng)機(jī)的功率。
伺服電動(dòng)機(jī)的彈簧制動(dòng)原本的任務(wù)是，固定荷載和在機(jī)器緊急停機(jī)時(shí)直接抓住荷載。這些部件在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有安全結(jié)構(gòu)件，因此也不擁有有效負(fù)載或摩擦功率值。而當(dāng)啟用傳動(dòng)調(diào)節(jié)器時(shí)，便能夠靠控制彈簧制動(dòng)，同時(shí)也能監(jiān)控彈簧制動(dòng)，以簡(jiǎn)單且節(jié)省費(fèi)用的方式達(dá)到用一個(gè)第二外部制動(dòng)也能達(dá)到路徑長(zhǎng)度效率(PLe)的性能水平。
