發布日期：2022-10-09 點擊率：41
在疫情下，預計工業機器人數量還會增加，以實現生產率目標，并幫助工人重返制造業崗位。隨著額外的自動化系統被使用，通常靠近工人，設備設計者必須設定正確的設備指令，這些指令包括電磁兼容性和功能安全。
自動化實現安全性和生產率
假定機器人自動化將繼續滲透到企業中。雖然，實現工業流程自動化可以提高生產率，但其他的要求也正在出現。鑒于最近發生的事件，減少工作空間中的人員數量還可以通過緩解社會疏離來幫助改善勞動力安全。
未來的工廠可能會包含更多類型的機器人，包括獨立的制造單元，其中可能包含SCARA，笛卡爾和線性機器人的混合體，以及旨在緊密合作的協作機器人（cobot）對人類。諸如自動駕駛車輛之類的移動機器人也將成為其中的一部分，用于在各個位置之間移動組件和成品。
為確保電氣系統可以共存并保持安全和高效，設備設計人員需要考慮電磁輻射和抗干擾能力，以符合電磁兼容性（EMC）要求，并確保功能安全系統提供所需的保護。
電磁干擾的危害
生產率和安全性都取決于工廠工作區中所有正常工作的機器人系統。一臺機器與另一臺機器發生電磁干擾而引起的故障可能會導致系統頻繁重啟，機器人的未編程和意外運動以及對功能安全系統的干擾之類的影響。這可能包括錯誤觸發安全機制，導致不必要的設備停機或在需要時安全保護裝置無法運行。修復故障后，工件可能會變質，從而導致生產損失以及與停機相關的額外成本。更嚴重的是可能會造成人身傷害，尤其是在人類在沒有人看管的機器人附近工作的情況下。
工業機器人的安全和EMC標準
擁有和運行任何類型的機器的企業都需要確保這些機器對其員工而言是安全的。他們是直接與機器交互（例如使用或維修設備），還是只是在機器附近工作。諸如歐盟機械指令2006/42 / EC之類的標準定義了安全要求，包括機器的設計和特定的安全組件。
隨著越來越多的技術集成到機器中，例如無線連接，某些機器人可能需要遵守法規的各個方面，例如歐盟無線電設備指令（RED）。對于設備生產商而言，重要的是要證明已經考慮了所有可能的危害，并且已經應用了適當的標準來證明符合性。
ISO 10218-1：2011中定義了工業機器人的安全要求，其中涵蓋了固有的安全設計和保護措施。ISO 10218-2：2011與機器人系統有關，涵蓋了包括機器人系統或單元的設計，安裝，操作和維護在內的各個方面。
隨著協作機器人（cobot）的出現，協作機器人旨在與人類工人在相同的環境中運行，并且通常進行交互和直接協助，因此出現了新的安全挑戰。通過排除配備警衛或進行檢查的人員，無法避免常見的傷害危險，例如移動的機械臂與人碰撞。因此，需要安全機制，例如接近感測，以在碰撞即將來臨時通過自動停止該機制來最小化碰撞的風險。還可能出現工人可能只是在工作區域走進協作機器人的情況，這可能要求設計人員使用可變形的材料消除鋒利的邊緣或覆蓋機器人的某些部分。與ISO 10218標準相關的標準ISO / TS 15066特別涵蓋了協作機器人。
但是，如果不考慮電磁干擾的潛在影響，就無法保證功能安全。ISO 10218或15066并未涵蓋噪聲，相反，有兩個IEC標準專門解決了有關功能安全的EMC要求：技術規范IEC / TS 61000-1-2和IEC 61326-3-1。這些在主要功能安全標準的第二版IEC 61508中進行了引用。
IEC 61000-1-2提出了一種實現電氣系統功能安全的方法，并明確涵蓋了電磁現象。它可以作為電氣系統應用于機器人技術。同樣，適用的IEC 61000-6-2和61000-6-4是EMC標準，分別定義了工業環境中使用的電氣和電子設備的抗擾性和發射要求。
EMC和安全性設計
需要結合使用電容器濾波和明智地放置電感扼流圈，以將傳導的電磁干擾降低到符合EMC標準所需的水平，并證明機器人滿足所有功能安全要求。此外，可能需要電磁屏蔽以確保不受外部源輻射干擾的影響，并防止來自子系統（例如安裝在機器人上的開關轉換器）的輻射。
電源通常代表與傳導干擾作斗爭的最前沿。X和Y電容器是確保不受外部噪聲影響并防止機器人電源將干擾傳遞回線路的基本組件。濾波器的理想效果是消除高頻噪聲，如圖1所示。
（圖1.沒有（左）和有（右）X和Y濾波電容器的電源電壓信號。）
為了過濾電力線上的共模和差模噪聲電流，將X個電容器放置在跨線（相間或相間到中性）位置，并將Y電容器接地，如圖2所示。
（圖2. X和Y電容器連接。）
與所有的工業應用一樣，用于機器人自動化系統的X和Y電容器需要能夠承受明顯高于標稱電源電壓的施加電壓。它們還必須承受高溫并在整個工作范圍內保持穩定的特性。聚丙烯薄膜電容器的特性使這些器件成為X和Y濾波電容器的理想選擇。另外，它們具有相對較低的成本和自愈特性，可確保器件在較長的時間內保持其電容量，這是其他誘人的特性。
KEMET的F862-V054金屬化聚丙烯薄膜X2電容器和R41T Y電容器可在惡劣環境下使用，因此適合工業機器人應用。兩者均符合AEC–Q200的汽車認證要求，從而確認了它們在惡劣環境條件下可靠運行的能力。R41T系列可用于Y2和X1的“線對地”和“跨線”連接，特別適合在電容器故障可能導致電擊危險的情況下使用（圖3）。
（圖3.適用于市電連接的應用的金屬化聚丙烯和紙膜安全電容器的概述，以最大程度地減少許多電氣設備中的傳導共模和差模電磁干擾。）
僅通過數據表信息很難計算電容器的使用壽命，以選擇合適的組件，使機器人能夠滿足適用的可靠性目標。特別是，在預期的溫度，濕度和偏壓（THB）條件下的壽命是無法預測的。為了解決這個問題，KEMET開發了KEMET預期壽命模型（K-LEM）。可以通過KEMET工程中心網站在線獲得膠片壽命計算器，它是同類工具中的第一個工具，允許用戶在計算電容器壽命時考慮THB效應。
（圖4. KEMET的K-LEM計算器提供了在各種條件下（包括溫度，濕度和偏壓的影響）的薄膜電容器壽命預測。）
不斷增長的工業機器人自動化市場為設備設計師提供了提供滿足功能安全性和電磁兼容性適用標準的下一代解決方案的機會。易于獲得適用于EMI抑制濾波器的尖端電容器，并由在線工具支持以協助設計和壽命計算。
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