工业安全

制造业的“安全密码” | 解锁功能安全的进阶指南

2024年12月10日

嘿，小伙伴们!功能安全这个话题，现在可是制造业的“当红炸子鸡”!看看周围，从智能工厂到自动驾驶，功能安全已经悄悄变成了产品研发的“必修课”。别以为这只是监管部门的“强制要求”，市场已经用真金白银告诉我们：安全，就是竞争力!

不过这里有个有趣的地方：功能安全可不是“一刀切”的解决方案。就像每个人都有独特的指纹一样，不同的产品、不同的应用场景，都需要量身定制的安全方案。

什么是功能安全?

功能安全是指在设备或系统遇到潜在故障或意外情况时，能够以可预测的安全方式响应输入。根据IEC 61508标准，功能安全是受控设备 (EUC) 与其控制系统整体安全的一部分，依赖于E/E/PE安全相关系统及其他风险降低措施。

功能安全要求电子设备及相关软件具备内置安全机制，以将潜在风险降低到可承受的水平。其不仅防止人员伤害，还能帮助检测和诊断故障并安全减轻其影响，避免对设备及周围财产造成损害。

常见的功能安全特性

STO(安全转矩关闭)

安全中断伺服驱动器向电机的供电，使电机处于无转矩状态

SS1与SS2(安全停止)

通过受控减速使轴静止，随后中断电机电源(SS1)或保持受控静止状态(SS2)

SBC(安全制动控制)

提供安全信号，用于控制外部和内部制动抱闸

SDB(安全动态制动)

通过外部电阻缩短电机端子，实现更快的减速

SOS(安全操作停止)

监控达到的停止位置，偏差超出限制时触发STO

SLS(安全限制速度)

在特定速度限制下使运动继续进行，出错时触发安全停止

功能安全有多重要?

欧洲法律推动了功能安全要求的发展，企业意识到保护员工与降低风险的必要性。即使没有严格的法规要求，OEM及其客户也可能面临声誉受损、高额保险费用、OSHA违规和潜在的事故后果。

将功能安全特性应用于新型机器设计，有助于提高设备的生产力和盈利能力。因为它们允许在维护或清洁期间继续生产，只需将设备调整为安全的慢速运行。触发立即关闭的功能安全特性可以避免设备故障、昂贵的维修和严重的停机事故。

因此，大型及跨国企业纷纷聚焦于设备的功能安全，视之为核心诉求。各行业侧重各异，如食品业强调安全限速，制造业则看重安全转矩关闭。若制造商无法或无意提供这些关键特征，势必将遭受市场份额流失。

如何实现功能安全?

在进行功能安全设计时，首先要识别设计中的固有风险。这些风险将决定关键的功能安全特性及其实施位置。专业的运动控制合作伙伴可以提供内置功能安全的综合系统，并给予设置指导。

科尔摩根自动化系统组件 (KAS) 提供即插即用的功能安全运动控制解决方案，包含驱动器、电机、功能安全控制器、软件和反馈设备，旨在提供出色的功率密度并轻松实现功能安全。

借助KAS，安全特性可通过直观的图形界面 (基于PLCopen或创新Pipe Network编程环境) 进行编程。无缝兼容SafePLC软件，便于安全控制器编程。OEM可选用AKD2G伺服驱动器，搭配EtherCAT FSoE接口，实现在外部控制器上安全控制，也可直接编程至驱动器。该连接简化了功能安全特性的访问、激活及更新，无需直接链接驱动器。

特定应用的安全解决方案

在需要人工参与的应用中，功能安全至关重要。但不同应用的首选安全功能特性也会有差异。

以物料搬运的X-Z龙门机器人为例，操作人员有时需要接近机械手以进行工具更换、维护或清洁。为防止机械臂意外撞击，需采取安全措施。这需要双安全制动抱闸，安全转矩关闭 (STO) 激活或断电时，安全制动控制 (SBC) 负责轴定位。驱动器维护时若需运行，安全操作停止 (SOS) 不可或缺。当遇Z轴异动时则触发STO，继而激活SBC。