人們在很多機器中都能遇到帶有風險的垂直軸，所以必須要對電動機制動的功能進行周期性測試。按照新的安全標準，傳統(tǒng)的安全制動控制技術(shù)解決方案還是存在著問題的。此外，在標準控制器里嵌入測試功能也不符合安全標準ISO 13849 -1的要求。那么，人們應(yīng)該如何去做呢?Kollmorgen有限公司對這個問題的回答很簡單，原因是，他們靠的是基于傳動安全技術(shù)的解決方案，也就是“安全制動控制”(Safe Brake Control)功能帶有集成的制動測試。
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圖1 垂直軸上的荷載是有安全風險的。新的伺服調(diào)節(jié)器具有可靠監(jiān)控制動的安全功能
在此，Kollmorgen有限公司研制的新一代AKD2G型伺服逆變器便是一個通過該裝置提高機器和設(shè)備安全性的實例。新一代AKD2G型伺服逆變器借助于“安全制動控制(SBC)”和“安全制動測試(SBT)”為機器和設(shè)備提供調(diào)節(jié)器的重要安全功能。這個想法是借助于集成在傳動馬達里的駐車制動安全功能來實現(xiàn)的，該技術(shù)的首要應(yīng)用范圍是那些太復雜或太昂貴的冗余雙通道安全制動。這項技術(shù)常出現(xiàn)在人與機器人的合作生產(chǎn)中。現(xiàn)在，在生產(chǎn)、調(diào)整操作、裝配以及設(shè)備保養(yǎng)維護中，作業(yè)人員與工廠的現(xiàn)代化設(shè)備越來越親近。而這些作業(yè)只有在人與機器的關(guān)系密切且又具有安全性的前提下才能順利進行。
可靠的制動監(jiān)控
那么，對于垂直荷載人們能得出怎樣的結(jié)論呢?總的來說，必須在傳動電馬達里設(shè)計停車制動，該停車制動能夠可靠地控制垂直作用在軸上的荷載，在該技術(shù)方案的實施中必須做到以下兩點：停車制動的外形尺寸必須足夠大，帶有最大負荷30%的扭矩過量，并且能夠可靠識別出會導致超過確定的制動轉(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)的風險加大，這樣將無法確保作業(yè)人員的安全。Kollmorgen有限公司推出的S700和AKD2G系列的傳動調(diào)節(jié)器具有“安全制動測試(SBT)”功能，能夠可靠地識別出機器設(shè)備的磨損，這也就意味著傳動調(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“安全制動控制”（Safe Brake Control）功能，并集成有“安全制動測試”（Safe-Brake – Test）功能
“安全制動測試(SBT)”安全功能有一個任務(wù)，那就是在Kollmorgen有限公司的AKM和AKM2G系列的伺服電動機里規(guī)律性的測試所裝入的彈簧制動。傳動調(diào)節(jié)器里的安全技術(shù)件以確定的間隔，自動化地核查應(yīng)用中所要求的制動轉(zhuǎn)矩，由此來確保其重要的安全功能。
造成彈簧制動的額定制動轉(zhuǎn)矩損失有多種原因，其中，彈簧制動的摩擦襯片變得光滑或已經(jīng)磨損是造成彈簧制動的額定制動轉(zhuǎn)矩損失的典型原因。除此之外，殘存潤滑油或是彈簧斷裂也會導致彈簧制動的額定制動轉(zhuǎn)矩損失。由于材料疲勞而出現(xiàn)彈簧斷裂也會使彈簧制動無法達到全部的制動力矩。在應(yīng)用中，所有的彈簧不會同時斷裂，故彈簧制動的制動力矩將會逐步下降。因此，便需要通過“安全制動測試(SBT)”對安全功能進行監(jiān)控。通常，企業(yè)每班作業(yè)至少要進行一次這樣的風險評估。
因為“安全制動測試(SBT)”安全功能須在施加扭矩的條件下進行，所以唯一可行的方法就是將該安全測試功能集成到傳動調(diào)節(jié)器里，傳動調(diào)節(jié)器必須能夠生成安全制動測試功能所需要的必要條件。這與過去由存儲器程序化控制裝置(SPS)進行的測試功能類似，但同樣是有悖于現(xiàn)行標準的，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測試的參數(shù)。原因是，一個外部的安全的存儲器程序化控制裝置(Safety –SPS)不能施加扭矩，為此，必須要將“安全制動測試(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復雜的安全性能水平進行計算
安全技術(shù)裝置結(jié)構(gòu)簡單
Kollmorgen有限公司借助于其“安全制動控制”(Safe Brake Control)安全功能可為傳動進一步提供安全功能。用戶可通過Kollmorgen有限公司工作臺的圖解式用戶表面，非常方便地進行組態(tài)，且該組態(tài)不需要其他的安全技術(shù)應(yīng)用軟件。由于可靠的運動導向需要一個安全的通信，Kollmorgen有限公司新研制的AKD2G系列的“安全制動控制”(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)裝置通信便匯入機器現(xiàn)有的實時通信里。由此，連同用于控制安全動態(tài)功能(Safe-Motion-Funktionen)的安全E/A模塊均不需進行補充布線。優(yōu)點是：除了可節(jié)省在開關(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的附件，借助于電動機制動可靠的電流降低，來實現(xiàn)垂直荷載基于傳動而達到安全的技術(shù)解決方案。背景是：因為必須要保持通風狀態(tài)，所以需要較高電流。Kollmorgen有限公司使用了一個電磁線圈用于彈簧制動的通風，從而減少了所使用的電流。這樣做有兩方面的優(yōu)點：一方面能夠降低機器運行時的能耗，另一方面由于減少了電動機內(nèi)部擴散的熱，從而提高了電動機的功率。
伺服電動機的彈簧制動原本的任務(wù)是，固定荷載和在機器緊急停機時直接抓住荷載。這些部件在結(jié)構(gòu)上沒有安全結(jié)構(gòu)件，因此也不擁有有效負載或摩擦功率值。而當啟用傳動調(diào)節(jié)器時，便能夠靠控制彈簧制動，同時也能監(jiān)控彈簧制動，以簡單且節(jié)省費用的方式達到用一個第二外部制動也能達到路徑長度效率(PLe)的性能水平。
