圖片來源：Synapticon

Synapticon的CEO Nikolai Ensslen和Brinkmann Electronic的CEO Peter Brinkmann解釋了Fail Safe over EtherCAT（FSoE）如何確保機(jī)器人的功能安全。

Fail Safe over EtherCAT（FSoE）是一種通過EtherCAT傳輸安全相關(guān)數(shù)據(jù)的協(xié)議，可以確保機(jī)器人技術(shù)的功能安全。Synapticon的首席執(zhí)行官Nikolai Ensslen和Brinkmann Electronic的首席執(zhí)行官Peter Brinkmann解釋了在實(shí)踐中的重要性。

自主移動機(jī)器人（AMR）、自動導(dǎo)引車（AGV）和自動導(dǎo)引車（AGS）在復(fù)雜的生產(chǎn)線和大型倉庫中正變得越來越普遍。然而，自主自駕系統(tǒng)也可以在其他環(huán)境中提供有價值的服務(wù)，例如，顯著提高工作流程的效率。

然而，傳統(tǒng)的AGV，即第一代系統(tǒng)，通常都是由各種各樣的部件和電纜組成。除此之外，還有電池所需的空間。然后，這往往導(dǎo)致內(nèi)部空間不足，或者必須對系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。眾多不同的組件也需要在能源管理、控制和施工方面進(jìn)行大量的協(xié)調(diào)工作。這也使得維護(hù)成本很高，而且這些系統(tǒng)在遠(yuǎn)離大型生產(chǎn)和物流設(shè)施的地方使用并不經(jīng)濟(jì)。它們的規(guī)模和復(fù)雜性使較小的空間或經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱的公司難以應(yīng)用方案。因此，技術(shù)需要變得更精簡。然而，到目前為止，一個重要的方面和一個主要的挑戰(zhàn)是安全功能不可或缺的整合。

通過EtherCAT集成運(yùn)動和故障安全功能，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高

下一代AGVs現(xiàn)在可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。決定性的創(chuàng)新在于通過單一電纜和協(xié)議簡單連接所有組件。通過EtherCAT實(shí)現(xiàn)故障安全。在緊湊而節(jié)能的系統(tǒng)中，齒輪箱、電機(jī)、編碼器、伺服控制器、激光掃描儀、控制硬件和軟件以這樣一種方式協(xié)調(diào)和連接，在顯著減少資源和空間使用的情況下實(shí)現(xiàn)了智能和安全的運(yùn)動控制。

下一代AGV需要更少的組件以及更少的內(nèi)部布線--這與傳統(tǒng)的解決方案有很大的區(qū)別。這簡化了開發(fā)，使制造更精簡，維護(hù)更容易。節(jié)省下來的體積可以用來使AGV整體更小，或安裝更強(qiáng)大的電池。因此，這樣的系統(tǒng)具有更遠(yuǎn)的范圍，需要更少的停機(jī)時間。

Brinkmann Electronic 首席執(zhí)行官 Peter Brinkmann：“我從許多對話中了解到，當(dāng)前眾多創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)從一開始就依賴于 EtherCAT 和 FSoE?！?/p>

圖片來源：Brinkmann Electronic

AGV和機(jī)器人技術(shù)的安全性

安全仍然是一個關(guān)鍵問題。機(jī)器人系統(tǒng)正在向人類靠攏。這對于cobots來說尤其如此，但對于經(jīng)典的工業(yè)機(jī)器人來說也是如此。特別是在移動機(jī)器人和人類工人的路徑交叉的地方，功能安全是不可缺少的。FSoE技術(shù)允許簡單集成可靠的安全功能，如安全限速（SLS）、安全限位（SLP）、安全停車1（SS1）和安全停車2（SS2）。

因此，EtherCAT的故障安全功能正在從數(shù)字方面推進(jìn)，成為高效安全的最重要的構(gòu)建模塊；這被稱為現(xiàn)場總線安全。如果沒有FSoE，安全功能的集成需要大量的電纜和I/O。在傳統(tǒng)的AGV中，除了標(biāo)準(zhǔn)編碼器外，每個軸上都有一個安全編碼器，每個編碼器都有一根電纜，還有一個安全制動器，也有相應(yīng)的電纜。Cobot也有力/力矩傳感器和用于教學(xué)的輸入按鈕，這也需要大量的電纜。

有了FSoE，所有的功能都能以更少的精力整合。然而，直到現(xiàn)在，還沒有一個通用的完整解決方案來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，盡管一些AGV和協(xié)作機(jī)器人的制造商已經(jīng)開發(fā)了專有解決方案。嵌入式系統(tǒng)專家Synapticon作為集成運(yùn)動領(lǐng)域的首批供應(yīng)商之一，最近已將這種方法實(shí)現(xiàn)為適合大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。因此，F(xiàn)SoE現(xiàn)在可用于嵌入式控制器類，適用于協(xié)作機(jī)器人和AGV。

Synapticon 首席執(zhí)行官 Nikolai Ensslen。圖片來源：Synapticon

安全架構(gòu)，尤其適用于帶有機(jī)械手的移動機(jī)器人

FSoE 是一種相對較新的、不太復(fù)雜的架構(gòu)，適用于所有機(jī)器人，特別是帶有機(jī)械手的移動機(jī)器人。這使得從 Cobot 和 AGV 構(gòu)建混合系統(tǒng)成為可能，即只有一個控制器的移動平臺上的機(jī)械臂。以前 FSoE 的替代方案是PROFIsafe（安全控制器）或CAN 總線作為串行總線系統(tǒng)在安全關(guān)鍵系統(tǒng)中。然而，EtherCAT 已成為機(jī)器人領(lǐng)域機(jī)器人控制的標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在，F(xiàn)SoE 不僅在理論上，而且在實(shí)踐中都使 EtherCAT 具備安全性。與 CAN 不同，EtherCAT 支持低延遲的高帶寬和數(shù)據(jù)速率，這對于靠近或與人一起使用機(jī)器人系統(tǒng)至關(guān)重要。

EtherCAT 和 FSoE 不僅是標(biāo)準(zhǔn)化的，而且在產(chǎn)品種類方面也是市場領(lǐng)導(dǎo)者。國際 EtherCAT 社區(qū)不斷發(fā)展壯大，具有安全功能和 FSoE 的 EtherCAT 產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。今年的貿(mào)易展覽會，例如漢諾威博覽會或Automatica，已經(jīng)證明了這一點(diǎn)。

由于產(chǎn)品種類繁多，用戶可以在不同的供應(yīng)商之間進(jìn)行選擇，而不是局限于一個制造商。用戶變得更加獨(dú)立，這是當(dāng)今市場情況下的主要優(yōu)勢，在這種情況下，能夠更換組件具有重要的戰(zhàn)略意義。

“我從許多對話中了解到，許多當(dāng)前和創(chuàng)新的產(chǎn)品開發(fā)從一開始就依賴于 EtherCAT 和 FSoE?！?strong>Brinkmann Electronic 的首席執(zhí)行官 Peter Brinkmann 說道。

節(jié)省電纜、組件、空間和重量

Synapticon 擁有全面的高度緊湊型伺服驅(qū)動器產(chǎn)品組合，其安全性已通過 TüV SüD 認(rèn)證。最新證書現(xiàn)在還確認(rèn)了STO（安全扭矩關(guān)閉）和SBC（安全制動控制）方面的功能安全新的 Somanet Circulo 系列。Fail Safe over EtherCAT 可確保更高的效率和安全性，無論傳感器的集成目的如何，例如溫度、濕度、力或速度。特殊的控制和調(diào)節(jié)技術(shù)確保即使在最小的區(qū)域運(yùn)行時也能產(chǎn)生盡可能少的熱量。性能水平和能源效率受益于此。這對于機(jī)器人和自動化組件制造商很重要，對于依賴經(jīng)過認(rèn)證的安全技術(shù)的機(jī)器制造商也很重要。

Synapticon 驅(qū)動器以機(jī)械方式集成到電機(jī)和齒輪裝置中。這是節(jié)省空間、重量、電纜和安裝的另一個步驟。制造過程經(jīng)過優(yōu)化，工作步驟更少。另一方面，減少組件數(shù)量可以降低采購和倉儲的復(fù)雜性。

安全地將驅(qū)動器和傳感器相互連接

Brinkmann Electronic是一家在運(yùn)動和安全方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的服務(wù)開發(fā)商。憑借 Bel.guard 產(chǎn)品，Brinkmann Electronic 提供了一個安全運(yùn)動控制平臺。Bel.guard 有一個 FSoE 主站，因此可以以安全的方式集中評估和控制大量傳感器和驅(qū)動器。用于監(jiān)控、停止功能和簡單邏輯的集成安全功能可以最佳地適應(yīng)多軸系統(tǒng)。例如，這構(gòu)成了整個機(jī)器人或 AGV 安全架構(gòu)的基礎(chǔ)。

Synapticon 和 Brinkmann Electronic 的技術(shù)協(xié)調(diào)良好，可以優(yōu)化協(xié)同工作。此外，bel.guard 還能夠集成更多第三方傳感器和 EtherCAT 技術(shù)。

演示系統(tǒng)展示了組件的交互

為 SPS 2021 設(shè)置的演示系統(tǒng)展示了這些組件如何與硬件和軟件結(jié)合使用。在這里，Synapticon 的伺服驅(qū)動器和編碼器與 Brinkmann Electronic 的安全軟件一起使用。該系統(tǒng)由安全傳感器、工業(yè) PC 和電機(jī)/齒輪裝置組成。Synapticon的基本Integrated Motion 技術(shù)和Brinkmann Electronic Berlin 的評估平臺 bel.guard 在這方面發(fā)揮了核心作用，事實(shí)證明在這種情況下特別靈活。與來自其他知名制造商的帶或不帶齒輪的完整車軸的多種組合也是可能的。

“通過共同努力和使用開放式界面，該演示展示了一種新的解決方案質(zhì)量，它支持一種全新的思維方式?！盤eter Brinkmann 解釋說。

經(jīng)認(rèn)證的功能安全現(xiàn)在也使用基于 EtherCAT 的故障安全

未來，低壓環(huán)境將需要結(jié)合經(jīng)認(rèn)證的 STO 和 SBC 安全功能的解決方案。因此，使用 FSoE 將 SLS（安全限速）、SP（安全位置）、SLT（安全限轉(zhuǎn)矩）等安全運(yùn)動功能的認(rèn)證功能安全擴(kuò)展到現(xiàn)場總線安全是正確的一步。一些制造商已經(jīng)在開發(fā)基于這一下一個安全級別的產(chǎn)品。

超緊湊、功能強(qiáng)大的伺服驅(qū)動器旨在用于機(jī)器人技術(shù)中的集成軸設(shè)計(jì)和要求苛刻的機(jī)械工程中的運(yùn)動組件。它們用于機(jī)器人手臂、服務(wù)機(jī)器人、越來越多的機(jī)器以及自動化物流解決方案。FSoE 現(xiàn)在在安全方面提供了決定性優(yōu)勢。FSoE 在機(jī)器人技術(shù)中的出現(xiàn)意味著不再需要專有系統(tǒng)。FSoE 專門在安全領(lǐng)域提供的選項(xiàng)現(xiàn)在實(shí)際上已作為標(biāo)準(zhǔn)提供。這降低了系統(tǒng)級成本，同時提高了可擴(kuò)展性和靈活性。這些是最終在實(shí)踐中很重要的因素。